第六章屋頂構造

第六章屋頂構造

6.1屋頂設計概述

6.3坡屋頂

6.5節能屋頂

6.2平屋頂

6.4大跨度建筑屋頂

31.學時分配：4學時。2.教學基本要求：了解屋頂的基本類型和各自特點了解節能屋頂特別是太陽能屋頂的發展情況掌握平、坡屋頂排水設計方法、原則和要求以及相關規范內容掌握各種具有保溫、隔熱功能的防水屋頂的構造要點和適用情況3.教學重難點平屋頂排水設計各種防水屋頂的基本構造組成和適用范圍。

第六章屋頂構造

1.屋頂的主要作用（1）承受荷載承受自身及其上部的荷載，將這些荷載通過其下部的墻體或柱子，傳遞至基礎。（2）圍護作用與墻體、樓板共同作用圍合形成室內空間，同時能夠抵御自然界風、霜、雨、雪、太陽輻射、氣溫變化以及外界各種不利因素對建筑物的影響。（3）造型作用屋頂是完成建筑整體造型最核心的要素，是建筑造型設計中最重要的內容。6.1.1屋頂的作用和設計要求6.1屋頂設計概述

52.屋頂的設計要求（1）結構要求（2）功能要求（3）建筑藝術要求6.1屋頂設計概述

61.屋頂的形式（1）按照材料分類：鋼筋混凝土屋頂、瓦屋頂、金屬屋頂、玻璃屋頂等。（2）按照結構形式分類：梁板結構屋頂、屋架結構屋頂、薄殼結構屋頂、拱頂、折板屋頂、懸索屋頂、網架屋頂、膜結構屋頂等。（3）按照外形分類：平屋頂、坡屋頂和其它形式的屋頂（包括薄殼屋頂、拱屋頂、折板屋頂、懸索屋頂、網架屋頂等等）。6.1.2屋頂的形式與組成6.1屋頂設計概述

7圖6.1屋頂的形式6.1屋頂設計概述

2.屋頂的坡度（1）屋頂坡度的表示方法（2）屋頂坡度的形成方法1）材料找坡又稱墊置坡度或填坡，是指屋頂坡度由輕質材料在水平放置的屋面板上鋪墊形成。2）結構找坡又稱擱置坡度或撐坡，是將屋面板擱置在下部形成傾斜角度的支撐結構上形成的。（3）影響屋頂坡度的因素1）屋面防水材料的特點2）建筑所在區域的降水量大小6.1屋頂設計概述

9圖6.2屋頂坡度的表示方法圖6.3常用防水材料適用屋頂坡度6.1屋頂設計概述

10表6.2屋面的排水坡度屋面類型屋面排水坡度（%）卷材防水、剛性防水平屋面2～5平瓦20～50波形瓦10～50油氈≥20鋼架、懸索結構金屬板≥4壓型鋼板5～35種植土屋面1～36.1屋頂設計概述

113.屋頂的組成

概括來說，屋頂由支承構件、屋面和頂棚組成。

支承構件——主要起承受和傳遞荷載的作用，在支撐構件上表面設置屋面；屋面——根據功能要求，常由一些具有防潮、防水、保溫、隔熱性能的材料按照一定的構造做法形成的構造層次共同組成。頂棚——屋面板的下表面就是頂棚，當然也可以在其下部另外再做頂棚，這就是吊頂。6.1屋頂設計概述

12

我國建筑防水材料一般分為五大類：防水卷材、防水涂料、密封材料、剛性防水材料和堵漏止水材料1.防水卷材

（1）瀝青卷材

低溫柔性差、溫度穩定性差、易老化、容易產生起鼓、瀝青流淌、油氈開裂等問題。（2）高聚物改性瀝青卷材

（3）合成高分子防水卷材高溫不流淌、低溫不脆裂、拉伸強度高、延伸率較大。

重量輕、可冷施工、適用溫度范圍寬、耐候性好、抗拉強度高、延伸率大。6.1.3屋頂的防水材料6.1屋頂設計概述

132.防水涂料

按照液態類型分：溶劑型、水乳型以及反應型。按照材料不同分：瀝青基防水涂料是以瀝青為基料配成的水乳型或溶劑型防水涂料。其常用的分散劑為石棉和膨潤土。高聚物改性瀝青防水涂料是以石油瀝青為基料，用合成高分子聚合物對其改性，加入適量的助劑配置而成的水乳型或溶劑型防水涂料。合成高分子防水涂料是以合成橡膠或合成樹脂為原料，加入適量的活性劑、改性劑、增塑劑、防霉劑以及填充料等制成的單組分或雙組分防水涂料。6.1屋頂設計概述

143.密封材料按外觀形態可以分為定型密封材料和不定型密封材料。4.剛性防水材料剛性防水是通過控制混凝土的水灰比、最小水泥用量、含砂率、灰砂比、配筋，以及使用外加劑來保證混凝土的密實度，提高抗滲性與抗裂度，從而達到防水的目的。有外加劑防水混凝土和防水砂漿兩類。5.堵漏止水材料包括無機粉狀防水堵漏材料類、水溶性及油溶性聚氨酯、氰凝、丙凝、橡膠止水帶和遇水膨脹橡膠等。6.1屋頂設計概述

151.平屋頂的界定坡度小于1：10的屋頂稱為平屋頂

平屋頂也必須設置一定坡度以利于排水，一般排水坡度為2%～5%。6.2平屋頂6.2.1平屋頂基本構造組成

2.平屋頂的基本構造組成

圖6.4平屋頂的基本構造組成

163.各類型防水屋面的構造組成與做法要求（1）卷材防水屋面

又被稱作柔性防水屋面，采用防水卷材與粘結劑結合，形成連續致密的構造層作為屋面防水層的屋面做法。1）卷材防水屋面構造組成

圖6.5卷材防水屋面構造組成6.2平屋頂

17（2）涂膜防水屋面

1）涂膜防水屋面構造組成圖6.6涂膜防水屋面構造組成6.2平屋頂

18（3）剛性防水屋面1）剛性防水屋面構造組成圖6.7剛性防水屋面基本構造6.2平屋頂

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排水是屋面的基本功能之一，也是屋頂構造設計的基本內容之一。屋面工程排水設計應遵循“合理設防、防排結合、因地制宜、綜合治理”的原則。1.屋頂排水方式6.2.2平屋頂排水

圖6.8平屋面排水方式6.2平屋頂

20（1）無組織排水又稱自由落水，是指設置一定屋面坡度，讓雨水順屋面坡度從檐口自然落至室外地面。其構造簡單、造價低廉，但從檐口直接落下的雨水，對建筑本身及周圍環境影響較大，一般適用于層數低以及雨水少的地區，或是積灰較多的工業廠房。（2）有組織排水是指根據屋面大小和形狀把屋面分成若干排水區，使雨水有組織地排入天溝、檐溝中，經雨水口排至雨水斗，再經雨水管排至地面，然后排入城市地下排水系統的一種排水方式。圖6.9有組織排水種類6.2平屋頂

212.屋頂排水方式的選擇（1）符合表6.3中任一情況應采用有組織排水（2）積灰多的屋面應采用無組織排水，如采用有組織排水應采取防堵措施；（3）多跨廠房盡可能采用天溝外排水，天溝較長時采用兩端外排水中間內排水；（4）嚴寒地區為防止雨水管凍堵，宜采用內排水；（5）濕陷性黃土地區應盡量采用外排水；（6）臨街建筑宜采用有組織排水。表6.3應采取有組織排水的情況

地區檐口離地高度（米）天窗跨度（米）相鄰屋面年降雨量≤900年降雨量＞9008～105～89～126～9高差≥4米的高處檐口高差≥3米的高處檐口6.2平屋頂

223.平屋頂有組織排水設計要點

有組織排水設計要求排水路線較短，雨水管負荷均勻、排水順暢。有組織排水設計包括以下步驟和內容：（1）劃分排水分區（2）確定排水坡面的數目及排水坡度（3）確定天溝斷面大小和天溝縱坡的坡度值（4）確定雨水管的規格及間距6.2平屋頂

23圖6.10屋面有組織排水設計示例

6.2平屋頂

24（2）天溝、檐溝構造

1）天溝、檐溝應增鋪附加層2）天溝、檐溝與屋面交接處的附加層宜空鋪，寬度不應小于200㎜。3）天溝、檐溝卷材收頭應固定密封。高低跨屋面內排水天溝與立墻交接處，應采取能適應變形的密封處理。圖6.11無組織排水檐口構造6.2平屋頂

25圖6.12檐溝構造圖6.13檐溝設在女兒墻內側的構造

圖6.14檐溝設在女兒墻外側的構造

6.2平屋頂

26（3）泛水

泛水亦稱范水。是指為了加強垂直構件與水平構件交接部位的防潮防水能力，把水平鋪設的防水層沿兩構件交接部位垂直面向上翻起，形成轉角鋪設的防水做法。泛水一般在垂直面鋪設需達到一定的高度并固定牢靠，一般高度不宜小于250㎜。1）泛水處的防水構造多以卷材滿貼為主。泛水在垂直面的收頭應根據泛水高度和泛水墻體材料確定收頭密封形式。

2）女兒墻泛水6.2平屋頂

27圖6.15泛水構造一圖6.16泛水構造二

圖6.17泛水構造三

6.2平屋頂

282.涂膜防水屋面細部構造

（1）天溝、檐溝涂膜防水屋面天溝、檐溝構造

天溝、檐溝與屋面交接處的附加層宜空鋪，空鋪寬度不應小于20㎜。6.2平屋頂

29（2）泛水

泛水處的涂膜防水層，宜直接涂刷至女兒墻的壓頂下，收頭處理應用防水涂料多遍。涂膜防水屋面天溝、檐溝構造涂膜防水屋面泛水6.2平屋頂

306.3坡屋頂

1.坡屋頂的界定屋頂坡度大于1：10的屋頂稱為坡屋頂。2.坡屋頂的形式

單坡、雙坡屋頂，硬山及懸山屋頂，四坡屋頂、歇山及廡殿屋頂，圓形或多角形攢尖屋頂等。

3.坡屋頂的組成

坡屋頂由支承結構、屋面和頂棚組成。6.3.1坡屋頂的特點與組成

311.山墻承重

山墻上直接擱置檁條的硬山擱檁山墻承重結構是指以山墻作為屋頂的承重構件，一般用于開間小于等于4米的建筑。6.3.2坡屋頂的支承結構6.3坡屋頂

322.梁架承重是我國傳統的木構架形式。由柱和梁組成梁架系統，檁條擱置在梁間承受屋面荷載并將各榀梁架聯系成為一整體的骨架。內外墻體均填充在梁架之間，起分隔和圍護空間作用，不承受荷載。梁架交接處為榫齒結合，整體性與抗震性均較好，但耗用木料較多，防火、耐久性均較差。

3.屋架承重

用屋架架設檁條來支撐屋面荷載，屋架擱置在縱向外墻或柱上。這種結構可以提供大的使用空間，適于倉庫、車間等建筑。

6.3坡屋頂

33分為有組織排水和無組織排水兩種。雨量少的地區或簡易建筑，可作無組織排水。一般來說宜優先考慮有組織排水，在年降雨量大于900㎜地區的多層建筑多采用有組織排水。其它具體要求與平屋頂相同。1.平瓦屋面平瓦是用粘土燒制或水泥砂漿制成，一般尺寸在230㎜×400㎜，厚50㎜（凈厚20㎜）。6.3.3坡屋頂的排水6.3.4坡屋頂屋面及細部構造6.3坡屋頂

346.3坡屋頂

352.小青瓦屋面

我國傳統民居中常用小青瓦（板瓦、蝴蝶瓦）作屋面，小青瓦斷面呈弧形。鋪蓋方法是分別將瓦仰覆（陰陽）鋪排，仰鋪成溝，覆蓋成隴。蓋瓦搭設底瓦約1/3左右；上、下兩皮瓦搭疊長度：少雨地區為搭六露四，多雨地區搭七露三；露出長度不宜大于1/2瓦長。一般在木望板或蘆席上鋪灰泥，灰泥上鋪瓦。在檐口處底瓦盡頭處鋪滴水瓦（附有尖舌形的底瓦），蓋瓦則鋪花邊瓦。屋脊可做成各種形式。小青瓦塊小，易滲漏雨水，須經常維修，適用于舊房維修及少數地區民居。6.3坡屋頂

363.油氈瓦（玻璃纖維油氈瓦）屋面

油氈瓦為薄而輕的片狀瓦材，油氈瓦以玻璃纖維為基架，覆以特別瀝青涂層，上附石粉表面隔離保護層組成的片材。油氈瓦一般適用低層住宅、別墅等建筑。通常適用屋面坡度為1：5。油氈瓦鋪設前先安裝封檐板、檐溝、滴水板、斜天溝、煙囪、透氣管等部位的金屬泛水，再進行油氈瓦鋪設，鋪設時基層必須平整，上、下兩排采取錯縫搭接，并用釘子固定每片油氈瓦。6.3坡屋頂

374.鋼板彩瓦屋面

鋼板彩瓦是用厚度0.5㎜～0.8㎜的彩色薄鋼板經冷壓形成，呈連片塊瓦型屋面防水板材。橫向搭接后中距768㎜，縱向搭接后最大中距為400㎜，掛瓦條間距為400㎜。一般用拉鉚釘或自攻螺絲連接在鋼掛瓦條上。6.3坡屋頂

385.彩色鍍鋁鋅壓型鋼板屋面⑴壓型鋼板分類

------單層板和夾心板兩種。

⑵壓型鋼板的連接壓型鋼板的縱向連接——搭接長度：屋面坡度≤1:10時為250㎜，屋面坡度＞1:10時為200㎜。兩板的搭接縫間需設通長密封條。橫向連接——有搭接式和咬接式兩種。壓型鋼板屋面搭接及緊固件固定構造6.3坡屋頂

391.大跨度建筑屋頂的結構類型按照結構材料分類：砌體結構、木結構、混凝土結構、鋼結構、膜結構、索結構、復合材料結構等。按照結構的空間布置形式分類：平面結構和空間結構，平面結構包括桁架結構、剛架結構、拱結構等，空間結構包括網架結構、殼體結構、膜結構、懸索結構、氣囊結構等。按照力的改向以及傳遞的特有機制進行分類：形態作用結構體系（包括懸索結構、帳篷結構、氣囊結構、拱結構），向量作用結構體系（包括平面桁架、剛架結構、空間桁架等），截面作用結構體系（包括梁結構、框架結構、板結構等），面作用結構體系（包括折板結構、薄殼結構等）。

6.4大跨度建筑屋頂

6.4.1大跨度建筑屋頂的結構類型與特點

402.大跨度建筑基本結構形式及特點

（1）桁架結構

是指桿件按三角形法則相互連接而成的幾何不變結構體系，且其外荷載與支座反力都作用在全部桿件軸線所在平面內。優點——平面桁架所有桿件（弦桿、豎桿、斜桿）均受軸向力，受力合力，是材盡其用的有效途徑。且平面桁架結構設計、制作、安裝均較簡便，適應跨度范圍很廣，在各類型廠房、倉庫建筑中有較多運用。缺點——結構所占空間大，側向剛度小，需要設置支撐把各榀平面桁架連成整體增加空間剛度。6.4大跨度建筑屋頂

41（2）剛架結構

是指由直線桿件組成具有剛性節點承重骨架的結構，是一種平面結構體系。分類：根據幾何形式--------平頂、坡頂（單坡或雙坡）、拱頂以及單跨、多跨和單柱懸挑等形式。根據截面形式--------矩形、I形、T形和箱形等。剛架根據結構用材-------鋼筋混凝土剛架、鋼剛架、膠合木剛架等。根據結構形式------實腹式和空腹式，空腹式如蜂窩式和格構式。優點——剛架結構自重輕、整體剛度較好。6.4大跨度建筑屋頂

42（3）拱結構

拱是受軸向壓力為主的結構型式，此結構是抗壓材料理想的型式。分類：按照截面形式--------等截面拱和變截面拱，按照構件形式-------實心拱和格構拱，按照結構材料-------混凝土拱、鋼拱、砌體拱、木拱、膠合木拱等。拱的軸線形狀越接近恒荷載條件下的理想壓力曲線，就越能取得經濟的效果。拱結構所用材料有金屬、鋼筋混凝土、木、磚、石等。優點——按其自身重量與跨度的比值而言，拱結構是跨越空間最經濟的結構體系之一。6.4大跨度建筑屋頂

43（4）網架結構

平板網架結構可以看做是格構化的板，結構所用材料一般為鋼材，也可用木材。分類：按網格組成-------交叉桁架體系、三角錐體系、四角錐體系、六角錐網架、蛛網式網架、折板型網架、組合網架、斜拉網架等。按弦桿層數-------雙層網架、三（多）層網架。按網格構成方式-------交叉桁架體系、角錐體系、其它體系：蛛網式網架，折板型網架、組合網架、斜拉網架等。優點——網架結構平面形狀靈活、結構自重輕、結構高度小、耗材省、空間剛度大、穩定性強、抗震性能優越，且桿件與節點比較規格化，利于工業化制作，安裝方便。6.4大跨度建筑屋頂

44（5）網殼結構網殼即曲面桁架，又稱曲面網架，簡稱網殼。是指桿件按一定規律布置，通過節點連接組成的格構化殼體結構。分類：網殼有單層、雙層以及單曲、雙曲之分，結構所用材料有鋼、木、鋁合金以及其他復合材料等。從外觀形態上我們通常將網殼分為筒殼、球殼和扭殼等。優點：網殼結構受力性能好、自重輕、空間剛度大、耗材省、形式豐富、造型美觀。6.4大跨度建筑屋頂

45（6）殼體結構

是一種曲面薄壁空間結構。它能充分發揮材料承載力，形成具有極大強度和空間剛度的承重結構，從而獲得內部無柱的大型空間。分類：單曲者有筒形薄殼，雙曲者有球殼、扁殼、扭殼以及它們的相互削切組合所形成的豐富形式。優點：其承重結構與屋面合二為一。造型優美、形式多樣結構所用材料有鋼筋混凝土、纖維增強混凝土、鋼、輕合金、木等。

6.4大跨度建筑屋頂

46（7）折板結構

是由許多薄平板以一定角度相互整體聯結而成的空間結構體系。通過板的形狀以及連接角度的變化，折板結構能創造出豐富的造型和空間。折板結構可用木材、金屬以及鋼筋混凝土制作，以鋼筋混凝土折板結構最為常見。分類：折板的形式有帶邊梁和無邊梁之分，也可以根據截面形式分為V形、有水平段的H形、Z形。優點：折板既具有一定的抗彎剛度，在縱向也能承擔軸向壓力，因此，它比普通的墻或柱具有更好的工作性能，既可以作為折板梁的方式用于屋蓋，也可以作為折板墻、折板柱和折板剛架，還可以作為折板拱的形式用于建筑。6.4大跨度建筑屋頂

47（8）懸索結構是由一系列受拉的高強度鋼索作為屋蓋的主要承重結構，并用它來懸吊整個屋蓋而無需其它吊索或斜拉索的柔性結構。優點：懸索結構受力合理、能充分發揮鋼材承載力，并能經濟地跨越較大空間，且自重輕、形式多樣。主要包括單層索體系、預應力雙層索體系、預應力鞍形索網、勁性索體系。

（9）膜結構

又稱薄膜結構、織物結構，是利用柔性鋼索、剛性支撐或人工氣壓差將一種特殊的人造材料——膜繃緊，而形成具有一定剛度、張力、能覆蓋大跨度空間的結構型式。6.4大跨度建筑屋頂

481.大跨度建筑節點構造設計的技術要點

（1）不同材料體系連接方式

1）鋼

鋼材之間的基本連接方式主要有：焊縫連接、螺栓以及鉚釘連接。鋼結構與鋼筋混凝土之間的連接可以在鋼筋混凝土上安置鋼支座，用支座與鋼筋混凝土的預埋鋼件采用地腳螺栓錨連接或焊接。鋼材與木材之間的連接主要使用各種螺栓以及連接件。6.4.2大跨度建筑屋頂節點構造設計要點與經典案例分析6.4大跨度建筑屋頂

492）鋼筋混凝土鋼筋混凝土之間的連接方式為現澆連接、裝配式連接。鋼筋混凝土與木材之間的連接主要采用釘、銷以及螺栓連接在大跨度建筑中，鋼筋混凝土常與鋼結構結合使用。無論是同類材料之間或不同材料之間，鉸接連接因在施工方面裝配化程度較高、干法作業、利于環保等因素是一種較好的連接方式。剛性節點連接一般采用用預埋件焊接連接或現澆混凝土連接。鉸接連接

6.4大跨度建筑屋頂

502.經典案例分析國家游泳中心（水立方）——世界上最大的膜結構工程6.4大跨度建筑屋頂

51主體支撐采用多面體空間剛架結構，骨架用鋼材桿件制作，桿件間的連接用的是球節點形成不規則的12或14面體的多面體骨架，支撐骨架共用三萬多個鋼桿件，9800多個球節點。再在骨架外面覆蓋膜材，所用膜材是采用世界上最先進的環保節能ETFE膜材料，覆蓋在鋼骨架上的膜材充氣后形成形狀不規則的氣枕，這就成為了我們看見的“水分子”。整個水立方由3000多個氣枕組成，覆蓋面積達到11萬平方米。6.4大跨度建筑屋頂

526.5節能屋頂

1.正置式保溫屋面

6.5.1屋頂的保溫

圖6.41正置式保溫屋面構造圖6.42倒置式保溫屋面構造

53（2）倒置式屋面與普通保溫屋面相比較，主要有如下優點：

1）構造簡化，施工快捷簡便；2）不必設置屋面排汽系統；3）防水層受到保護，避免熱應力、紫外線以及其它因素對防水層的破壞；4）出色的抗濕性能使其具有長期穩定的保溫隔熱性能與抗壓強度；5）采用擠塑聚苯乙烯保溫板能保持較長久的保溫隔熱功能，持久性較好；6）日后屋面檢修不損材料，方便簡單；7）采用了高效保溫材料，符合建筑節能技術發展方向。2.倒置式保溫屋面（1）倒置屋面基本構造

6.5節能屋頂

541.實體材料隔熱屋面當屋頂材料的厚度增加時，屋頂的熱阻提高，熱惰性指標增加，可使實體材料的屋頂在太陽輻射下，室外的綜合溫度在圍護結構中有較多的衰減，從而降低屋頂內表面的平均溫度和最高溫度。但這種隔熱措施對夜間使用的建筑物應慎重采用。2.屋頂鋪絕熱板

屋面絕熱板是采用擠塑型聚苯板（XPS板）與特種水泥砂漿面層復合而成，平面尺寸400㎜×400㎜，它鋪設在屋面的防水層上，用于上人屋面，是倒置保溫屋面一種新型應用。6.5.2屋頂的隔熱圖6.43絕熱板屋面構造6.5節能屋頂

553.通風隔熱屋面

（1）架空隔熱屋面（2）兜風隔熱屋面（3）坡屋頂通風隔熱屋面6.5節能屋頂

564.淺色反射屋面

5.蓄水隔熱屋面

蓄水屋面是在平屋頂上蓄積一定高度的水層，利用水吸收大量太陽輻射熱后蒸發散熱，從而減少屋頂吸收的熱能，達到降溫隔熱的目的。但這種構造做法不宜在寒冷地區、地震區和震動較大的建筑物上使用，否則容易造成由于屋面的裂縫而形成滲漏。6.種植屋面

種植屋面又稱植被屋面，就是指在屋面或露臺上進行綠化布置，不僅美化了環境，而且可以調節空氣濕度，吸收有害氣體、廢氣，阻擋夏季過多的熱輻射進入室內，減少空調負荷。6.5節能屋頂