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                  木結構坡屋頂是如何搭建的?

                  文章出處:責任編輯:坤寶建材發布人氣: 發表時間:2020-03-11 14:33
                  導讀: 木結構坡屋頂是低層住宅常用的結構形式,在鄉村住宅、別墅中十分普及,但是由于建筑師的忽略,導致這些建筑往往粗制濫造,或者干脆采用混凝土板,嚴重影響了住宅的美感與實用性。

                  對比于發達國家,我國的鄉村住宅設計與施工還有一定差距。究其原因,不能僅僅歸結于經濟水平的差距,更多的是建筑師對木結構屋頂似懂非懂,只重外在形式而忽略內在結構,導致很多住宅徒有其表,金玉其外敗絮其中。深層次的原因,是建筑師習慣了“獨善其身”,不去關注結構與構造設計,最多是在施工圖中了解標準圖集,沒有任何推陳出新的愿望,于是就形成了很多技術進步緩慢的局面,這一點與建筑師的責任是分不開的。一名真正的建筑師,應當承擔起實際建造與外在美感的雙重責任,這就要求建筑師在追求設計美感時,要充分重視建筑的結構形式與建造方式,方能由內到外形成一件具有美感與實用性的作品。否則,會被外行誤認為是純粹玩弄建筑外形的“花架子”。

                  對于獨立鄉村住宅與別墅,為什么木結構坡屋頂更具魅力?這種情懷難以言表。但不得不說的是,從心理上,你如果告訴他這坡屋頂是木結構的,他自然會在頭腦中冒出“閣樓”、“溫暖”等這些語匯。事實上,從功能上來講,布線可以通過悶頂空間,而且悶頂空間處理得當還以兼顧冬季保暖與夏季通風隔熱的功能。 木結構坡屋頂主要分為兩大部分:木結構屋架與屋面。

                  木結構坡屋頂有單坡、雙坡與四坡之分,其中,雙坡與四坡屋頂最為常用。本文所述的木屋架不包括抬梁式、穿斗式這種重型屋架,而是現代采用的輕型木屋架。

                  一、木結構屋架

                  現代木結構住宅大多數采用輕型木結構屋架,按照受力形式可以分為棒式框架(stick framing)和桁架式框架(truss framing)兩種。

                  1.1棒式框架(stick framing)

                  棒式框架是較為傳統的一種結構形式,它是指屋架的持力構件是一個個單獨的“棒”,這個“棒”可以是椽條(raffter)或檁條(purlin)的一種結構形式。如下圖為椽條(raffter)持力屋架圖示。(注:一些歸納是筆者的個人理解,出于便于理解的目的,做了“規律性”的總結,如果有一些出入與錯誤,也在所難免)

                  可見,棒式框架的明顯特點是主要持力構件是椽條(raffter)(一般椽條間距不大,可以直接在上面鋪設屋面板),依靠頂端的屋脊板(ridge)與其他椽條(raffter)結合,以及椽條下端的雙層板(double plate)來作為受力墊層。

                  為了保持椽條之間的連結性,在頂部的屋脊板(ridge)的下方要設置屋架拉桿(collar tie),純粹起到聯系的作用。

                  對于坡度較緩的坡屋面,一般不去利用屋架的頂部空間,那么為了保持屋頂的平整以方便使用,一般會設置天花板龍骨(ceiling joist)(不是持力構件),上面鋪釘面板即可。

                  另外一種棒式框架是檁條(purlin)持力,在我國廣泛采用。如直接將檁條擱在橫向山墻上,形成硬山擱檁。然后在檁條上鋪設與其方向垂直的椽條,再鋪望板,最后再考慮瓦屋面做法。
                  以上便是棒式框架木結構的主要構件元素分析,但實際上,由此原型衍生出無數的變種,很難辨識,只要清楚掌握棒式框架木結構的主要特點即可理性分析,明確結構。

                  1)椽條持力與檁條持力的差異

                  經過以上分析,可以直接明了地知道椽條持力與檁條持力的區別。明顯地,硬山擱檁的檁條持力結構明顯會使建筑變得過于笨拙沉重,不如椽條持力那么輕盈。

                  硬山擱檁早期在我國農村長期存在,因傾斜而裸露的屋頂逐漸被淘汰,代之而起的是鋼筋混凝土板坡屋頂(小洋樓最常見),這是對坡屋頂形式的簡單模仿,而且天花板還是傾斜的。

                  歐美的棒式框架椽條持力屋架之所以輕盈,是因為它是椽條持力,不需要山墻也可以解決受力問題,只需要在棒式屋架的端部位設置山墻墻體立柱(Gable Wall Stud)來支撐,下方增加橫向雙層板與縱向的相連即可。而且天花板一般做平整。因此,歐美(尤其是美國)的坡屋頂只是外在形式,室內天花是平整的。

                  其實檁條持力棒式屋架也可以做到。在日本,將傳統檁條椽式這種形式稍有改變,其形式與我國傳統抬梁式有同樣的效果,只不過更為簡潔,這與其精細的工藝是分不開的。

                  2)屋頂坡度與空間利用關系

                  棒式框架木結構屋頂坡度有緩有急,主要是出于對屋架空間利用的考慮。由于屋架空間是具有一定坡度的,因此,不好利用,一般都是出于造型目的。出于美觀的需要會用天花板龍骨(ceiling joist)封住,可以讓天花平整。

                  當然,也有習慣利用屋架下的空間的,比如德國獨立住宅常常習慣利用屋架下的空間。這種利用也是具有一定原因的。德國傳統住宅,常常把客廳、餐廳等空間布置在首層,而習慣把臥室布置在二層,因此,二層的臥室主要用來睡覺,對空間要求不甚高。這樣一來,就必須加大棒式框架屋頂的坡度方能形成合適的空間,于是就形成了空間維護墻體內傾,天花板平整的現象。因此,德國傳統住宅極為陡峭的形象便是出于這種功能的考慮。

                  1.2桁架式框架(truss framing)

                  對于美國、日本等一些國家,不習慣利用屋架空間,因此常把坡度做緩,因此可以把棒式框架(stick framing)的天花板龍骨與屋架連接起來形成桁架共同持力,從而形成桁架式框架(truss framing)。




                   
                  由圖中可見,整個桁架成為持力構件,因此相應地名稱也發生了變化(因為各個構件開始持力,為了區分棒式框架)。桁架式框架(truss framing)不再有椽條(raffter),而是具有上弦(top chord)、下弦(bottom chord)以及腹桿,包括斜腹桿(truss web)和垂直豎桿(king post)。 相比于棒式框架,桁架式框架由于是整個框架持力,因此要保持上下弦桿件與腹桿在同一個平面內,故而需要金屬齒板(metal gussets)來連接。

                  1)桁架間距與附加構件的關系

                  桁架的構件截面尺寸如果相對不大,那么出于安全的考慮,應當縮小桁架的間距,桁架式框架木結構屋頂便無需附加構件,可直接在桁架上鋪設屋面板。

                  一般情況下,桁架式框架一般利用兩端的承重墻體或木梁、柱進行支撐,由于間距不大,因此可以直接鋪設屋面板,桁架之間也無需連接構件。

                  如美國一獨立住宅,桁架框架緊密的搭載下部木木梁、柱上,上面直接鋪設屋面板,上部屋架空間可用于布線。

                  如果桁架框架的構件截面尺寸較大,持力效果好,那么就會增大之間的距離,桁架之間附加檁條(purlin)與椽條(raffter)以方便鋪設屋面板(與坡度方向垂直的木構件稱為檁條(purlin),與坡度方向平行的木構件稱為椽條(raffter),屋面板上木構件稱為順水條與掛瓦條,請勿混淆)。這種形式在我國得到廣泛采用。

                  2)半屋架與異型屋架

                  對于桁架式框架,由于下弦的存在,因此一般情況下,沒必要去利用屋架空間(悶頂),主要用來布線、放置設備、檢修等作用。由此,屋頂坡度也沒必要做得過大,更不用依靠山墻,故而常常做成四坡屋頂。 四坡屋頂的斜脊或天溝處值得關注。

                  比如斜脊處常常出現半屋架、異性屋架或木梁。 對于四坡屋頂,由于一般在平面上呈45°布置,因此橫向屋頂的端部位較為薄弱,一般可適當增加一個或多個異性屋架,然后布置椽條(如果是桁架間距較大的有檁體系,椽條稱則為木梁)。

                  二、屋面

                  以上分析了木結構屋架,而且可以發現一個現象:歐美西方國家的獨立小住宅習慣使用無檁體系,如棒式框架,除了的上端和下端兩根構件,幾乎再沒有垂直于坡度方向的構件,而是依靠緊密的椽條來鋪設屋面板;對于桁架式框架亦如此,其習慣使用間距緊密的桁架來鋪設屋面板,幾乎沒有垂直于坡度方向的構件(下弦上用于鋪釘天花板的縱向構件除外)。

                  而亞洲國家,以我國和日本為例,習慣于采用有檁體系,無論是棒式框架,還是桁架式框架,均把檁條當做主要構件,如棒式框架的硬山擱檁,以及桁架框架上的檁條。 明白了歐美西方國家與亞洲國家木結構坡屋頂的區別,對于理解屋面的構造至關重要。

                  2.1屋面構造

                  對于安裝好的木屋架,應該考慮屋架保溫隔熱的需求。對于利用屋架空間的住宅,應該對整個屋架進行保溫處理。

                  一般情況下是在屋架之間的空隙填塞保溫材料,如XPS擠塑聚苯乙烯泡沫板、不燃型玻璃纖維保溫氈毯等。 保溫層填塞后,為了防止室內蒸汽的進入,會再外面鋪一層防潮隔汽膜,然后鋪設木隔板,最后在木隔板上鋪釘一層防火雙面紙面石膏板,對于衛生間應鋪設防水紙面石膏板。

                  最后只需對石膏板做粉刷處理即可。 屋架內的構造層次如上所述,屋架外的構造則是直接在屋架上鋪設OSB定向刨花板,然后在OSB板上,鋪設一層防水保護卷材,最后屋面外表鋪設固定瀝青油氈瓦片,當然也可以鋪設彩鋼板或增加順水條、掛瓦條以鋪設波形瓦等。

                  由此,由內到外的構造層次應為:防火紙面石膏板——防潮隔汽層——保溫層——屋架——屋面板——防水卷材——瀝青油氈瓦(或其他瓦) 目前,考慮到屋架內填塞保溫層的麻煩,不如直接將屋架承重與保溫合二為一,形成SIP(Structural Insulated Panels),承重斷熱板。SIP板是雙面OSB定向刨花板,中間為保溫材料的承重構件,可以自由分割。

                  SIP板可適用于墻體、地板、屋頂等,關于它的詳細介紹將在以后闡述。

                  2.2屋面排水

                  木結構坡屋面如果不進行有組織排水,下雨天屋檐就會出現“水簾洞”的現象,嚴重影響建筑的使用與品質。

                  一般情況下,為了防止水流浸濕墻體,首先應對坡屋面進行挑檐處理。關于挑檐處理,歐美的無檁體系與我國的有檁體系還是有較大差別的。首先,歐美的無檁體系由于是直接依靠椽條持力(對于桁架來講,就是上弦或下弦),因此將椽條懸挑出外墻一些很容易就可以做到。

                  對于我國的有檁體系,由于是檁條持力,檁條上面鋪設椽條,然后再鋪釘屋面板。如果依靠椽條懸挑,那必然不甚安全,承載較弱,因此需要在檐下增加檁條,檁條只能通過附加木來承載。對于桁架框架來講,也可以通過附加木實現,不過最好是通過桁架上弦或下弦局部懸挑來實現。

                  屋架挑檐后,還應對雨水進行有組織排水處理。一般坡屋面采用檐溝外排水的形式。檐溝如果采用現澆混凝土,則太笨重,因此可以選用預制混凝土或金屬板、塑料板槽作為檐溝,直接安裝在屋檐處即可。

                  除了屋檐的排水需要關注外,屋脊與天溝的防水排水也是坡屋頂重要的節點。對于屋脊,可以采用屋脊瓦即可實現。對于天溝,由于是陰角,因此不便鋪設瓦才,因此可以在防水卷材上鋪設鍍鋅金屬板(或成品天溝)進行防水。


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