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，***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***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，***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***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，***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。
***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，***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***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。
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，***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***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，***后再考慮瓦屋面做法。
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***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）。
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，***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。
***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，***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***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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