直坡屋頂?shù)恼队氨磉_(dá)研究

王秀珍,焦 勝,李 強(qiáng)

1.湖南工程學(xué)院建筑工程學(xué)院,湖南湘潭 411104

2.湖南大學(xué)建筑學(xué)院,湖南長(zhǎng)沙 410082

3.濱州學(xué)院建筑工程系,山東濱州 256600

坡屋頂是中國(guó)傳統(tǒng)建筑常采用的屋頂形式，從里弄民居到皇宮別苑，坡屋頂?shù)臉邮讲粌H是建造技藝的表現(xiàn)也是社會(huì)等級(jí)的象征；在國(guó)外，從古到今也有大量坡屋頂建筑存在。

在建筑工程圖學(xué)類教材中，傳統(tǒng)的硬山頂、歇山頂?shù)戎逼挛蓓敵Ｗ鳛槔L制投影圖的實(shí)例，并對(duì)坡面名稱及同坡屋頂?shù)耐队爸R(shí)有過(guò)相應(yīng)講解；在《房屋建筑學(xué)》教材中，介紹了直坡頂?shù)臉?gòu)造作法，其他如建筑師資格考試資料等對(duì)坡屋頂也有涉及，但都不夠系統(tǒng)全面，對(duì)方法和原理的闡述較少，并缺少知識(shí)之間的銜接；直接導(dǎo)致建筑類專業(yè)學(xué)生及初次繪制坡屋頂?shù)墓こ淘O(shè)計(jì)人員在繪制坡屋頂建筑平、立面圖時(shí)，對(duì)坡度的大小，脊線的位置，交接處的連接情況等往往很難把握，特別是對(duì)較為復(fù)雜的坡屋頂。

鑒于這種現(xiàn)象的普遍存在，筆者特對(duì)坡屋頂?shù)恼队皥D及其形成原理作了綜合整理介紹。

1 坡屋頂坡度形成、坡面名稱

我國(guó)古建筑屋頂坡度的確定主要與屋面材料有關(guān)。《周禮考工記》中有規(guī)定：“葺屋三分（草房屋舉高等于進(jìn)深的三分之一，即坡度33.7°），瓦屋四分（坡度26.6°），瓦屋頂中，瓦材不一、朝代不同，坡度亦有變化[1]；此外，當(dāng)?shù)亟涤暄┝俊夂颉⑽蓓斀Y(jié)構(gòu)形式、造型要求、經(jīng)濟(jì)條件等也影響坡度。現(xiàn)代鋼筋砼結(jié)構(gòu)坡屋頂，其坡度更多考慮的是造型、結(jié)構(gòu)與層高等的需要，有時(shí)同一棟建筑屋頂會(huì)出現(xiàn)幾個(gè)坡度。

坡屋頂坡度是由結(jié)構(gòu)構(gòu)件的的形狀或其支承情況形成的，即為結(jié)構(gòu)找坡。常采用梁架式、椽架支承，墻、屋架或斜梁，以及空間結(jié)構(gòu)支承（見圖1）。

四坡頂主要用三角形屋架形成坡度，屋架以木材為多，也有采用鋼筋砼，鋼材等；其端部一般借助于半屋架、斜大梁、人字木、梯形屋架等構(gòu)件；傳統(tǒng)歇山頂端部、廡殿頂角部構(gòu)造則較為復(fù)雜。坡屋頂轉(zhuǎn)折交接處較難處理，L形轉(zhuǎn)折處主要借助于半屋架、斜屋架或?qū)俏菁艿葮?gòu)件；T形交接處主要使用檁條、小屋架、斜梁等構(gòu)件連接[2]。

圖1 坡屋頂結(jié)構(gòu)形成Fig.1 The structure formation of sloping roof

坡屋頂表面主要為多邊形坡面，坡面交線及邊線稱為檐線和脊線；脊有正脊（水平脊）、斜脊（或稱戧脊）和垂脊，垂脊位于鉛垂面，是歇山屋頂?shù)闹饕咕€。嚴(yán)格說(shuō)來(lái)，傳統(tǒng)坡屋頂正脊一般是曲線。

以上內(nèi)容在《房屋建筑學(xué)》、《建筑制圖》等教材中有論及，在此不作深入討論。對(duì)此類教材中的圖及內(nèi)容本文均不另加說(shuō)明。

2 基本坡屋頂正投影形成與畫法

傳統(tǒng)兩坡頂中，硬山可視為側(cè)放的五棱柱，其投影圖較易取得；懸山頂與硬山頂相似。

現(xiàn)代四坡頂建筑一般為直坡頂，有一條正脊和四條斜脊。同坡屋頂屋面有相同的水平傾角，屋脊與屋檐平行，且其水平投影與屋檐的水平投影等距離。斜脊或天溝的水平投影是屋檐水平投影夾角的分角線，對(duì)于正交的屋檐即為正負(fù)45°方向的斜線(圖2a)。

圖2 坡頂正投影圖Fig.2 Sloping roof orthographic drawing

四坡廡殿頂（又稱五脊殿）正面與普通四坡頂同，但其側(cè)面坡面線為曲線，且屋面坡度愈往上愈陡，以利于排水，平面投影圖的主要區(qū)別在于四角(圖2b)。

歇山屋面共有六個(gè)平面，正脊延長(zhǎng)，兩側(cè)形成兩個(gè)山花面；有一條正脊、四條垂脊、四條戧脊，故又稱九脊殿。

其投影圖可視為三棱柱被兩個(gè)對(duì)稱的正垂面和側(cè)平面切割后形成的。其前后各一個(gè)平面，正面投影圖中垂脊戧脊交接處應(yīng)沒有水平線(圖2c)。

攢尖頂在中國(guó)主要用在園林建筑亭中，方亭、八角亭可簡(jiǎn)化為棱錐體，圓亭可近似圓錐體；卷棚頂類似兩坡頂，但其坡面為曲線，其平面圖同兩坡頂，立面不同；盝頂可視為攢尖頂切出上面一截所成，因此坡屋頂上部為平屋頂（圖2d）。

國(guó)外也有許多類似中國(guó)亭式建筑的坡屋頂，如非洲傳統(tǒng)的草頂民居等，形式多樣，立面線條豐富，已不局限于直坡頂。

3 復(fù)合直坡頂?shù)膱D面表達(dá)

復(fù)合坡屋頂可看成由基本坡屋頂按不同連接方式組合而成，如直坡頂交接、順連、接披或斜放形成多邊形坡屋頂；交接分正交、斜交；正交可分為轉(zhuǎn)角正交，T形正交等。

3.1 屋檐等高的坡屋頂正交

屋檐等高的坡屋頂有兩種情況:一種是參與交接各部分同寬時(shí)，天溝與正脊交于同一點(diǎn)。兩坡懸山屋頂墻體不與檐齊平，平立面圖與硬山略有不同。圖3a為T形連接的硬山屋頂三面投影圖。

一種是參與交接各部分不同寬時(shí)，屋脊不等高，交接處天溝為直線。

圖3 等高的正交坡屋頂Fig.3 Orthogonal slope roof of the same height

屋檐等高且各處坡度相同的同坡屋頂投影圖可按平面與平面相交的問題求解，符合四坡頂?shù)耐队耙?guī)律，且同時(shí)具備另一條：屋頂上過(guò)某點(diǎn)當(dāng)有兩條交線時(shí)，過(guò)該點(diǎn)必還有第三條交線[3]。

作同坡屋頂水平投影圖時(shí)，可將屋頂輪廓區(qū)域劃分成互相重疊的矩形，在矩形內(nèi)按投影規(guī)律分別畫出脊線或天溝線，去掉多余的線條即可。圖3b為分兩個(gè)矩形和三個(gè)矩形畫出的同坡屋頂平面和立面圖。

屋檐等高的歇山頂可按不同體塊畫出各部分的投影圖，交接處同兩坡或四坡頂情況。見圖3c。

3.2 屋檐不等高的坡屋頂正交

應(yīng)用基本立體相交的原理來(lái)繪制其圖形，交接處可按立體與立體相交求相貫線的方法來(lái)解；兩坡頂、四坡頂及歇山屋頂平面圖除交接處外，其它與屋檐等高的正交坡屋頂相同，其三面投影圖見圖4。

圖4 不等高的正交坡屋頂Fig.4 Orthogonal slope roof of unequal height

3.3 直坡頂?shù)钠渌B接方式

3.3.1 毗 連 包括并立連接、順接和垂直連接。并立連接單坡建筑又稱接披，均為坡屋頂連接的最簡(jiǎn)單形式，如圖5。

圖5 毗連Fig.5 Adjacent

3.3.2 坡面相撞 不等高的同坡屋頂立面組合易造成拘束呆板的效果，可采用坡面相撞的連接方式，交接處沒有閉合，保持了交接部分的獨(dú)立性；用簡(jiǎn)單的組合可造成豐富的形體，使建筑在各個(gè)方向呈現(xiàn)出造型優(yōu)美，錯(cuò)落有序的效果。

這種連接方式的成圖原理沒有介紹，其實(shí)很簡(jiǎn)單，可用Sketch Up軟件來(lái)驗(yàn)證。見圖6。

圖6 坡面相撞的連接Fig.6 Connecting slope collision

3.3.3 斜放或斜交 斜放坡屋頂其圖面表達(dá)依然遵循上述投影規(guī)律，但其正面圖表達(dá)的難度增加了，如圖7a所示。

斜交坡屋頂交接處應(yīng)分同坡同高和同坡不同高的情況。同高等坡的交接處，天溝線在一條直線上；見圖7b，同坡不同高的坡屋頂斜交，其天溝線不在一條直線上，而在其夾角的平分線上，見圖7c。

此外，還有直坡頂與其它不同類型坡屋頂相交的情況，如廣東圍垅屋就是曲線坡屋頂與直坡頂之間的交接[3]。

圖7 斜放或是斜交坡屋頂Fig.7 Slope roof of oblique placement or intersection

4 計(jì)算機(jī)繪制坡屋頂?shù)睦?/h2>

圖8 計(jì)算機(jī)繪制的坡屋頂Fig.8 The slope roof drawn by computer

平面復(fù)雜的坡屋頂圖適用于計(jì)算機(jī)生成，見圖8a。建筑設(shè)計(jì)院應(yīng)用較多的天正軟件，就有坡屋頂?shù)睦L制命令：在‘屏幕菜單’‘房間屋頂’命令中就有‘任意坡頂、攢尖屋頂和人字坡頂’命令，‘人字坡頂’命令可生成雙坡屋頂，但只限于矩形，多個(gè)雙坡頂相交的情況就畫不出來(lái)。‘任意屋頂’可以輕松生成同坡屋頂?shù)钠矫鎴D，復(fù)雜的多邊形坡屋頂平面也適用該命令生成，再用‘立面’命令中‘構(gòu)件立面’的命令可自動(dòng)生成坡屋頂?shù)牧⒚鎴D，或用‘立面屋頂’命令生成不同形式坡屋頂立面，方便快捷，非常好用；但‘任意屋頂’命令生成的屋頂平面不太精確，有多畫和漏畫線和錯(cuò)線的現(xiàn)象，如圖8b所示；而且在命令狀態(tài)欄中‘出檐長(zhǎng)’命令中是按默認(rèn)值輸入還是輸入其它值，平立面圖并沒有差別。

5 結(jié)語(yǔ)

繪制坡屋頂正投影圖時(shí)，應(yīng)根據(jù)具體情況進(jìn)行分析，不管其建筑設(shè)計(jì)是先由造型還是先從平面著手，都應(yīng)考慮好是否同坡，屋檐是否等高，屋脊是否在同一高度等問題，圖9是一例由建筑平面布置圖[5]再到結(jié)構(gòu)布置，到輪廓圖，到矩形分塊再最終畫出同坡屋頂平面圖的過(guò)程圖。

圖9 坡屋頂平面圖形成的過(guò)程Fig.9 The process of slope roof plans

實(shí)際工程中繪制坡屋頂平、立面圖時(shí)，還要考慮屋脊、檐溝、屋頂窗、山墻、煙囪等的構(gòu)造，故圖面內(nèi)容更加復(fù)雜；只有真正地了解了坡屋頂結(jié)構(gòu)和構(gòu)造形成等知識(shí)，掌握了投影圖形成的原理和方法等，才能最終繪制出正確的坡屋頂圖。

[1] 劉敦楨.中國(guó)建筑類型及結(jié)構(gòu)[M].北京:建筑工業(yè)出版社,1987

[2] 同濟(jì)大學(xué).房屋建筑學(xué)[M].北京:建筑工業(yè)出版社,2005

[3] 李秋香.中國(guó)村居[M].天津:百花文藝出版社,2002

[4] 陳宇軍.多邊形坡屋頂屋脊線的遞歸算法[J].建筑科,2007,23(1):86-93

[5] 任乃鑫.一級(jí)注冊(cè)建筑師資格考試.建筑技術(shù)作圖題[M].遼寧:大連理工大學(xué)出版社,2013