课程编号
18
第十八课：屋顶构造（Roof Construction）
本课介绍了屋顶的基本结构、荷载传递方式以及如何确保屋顶的稳定性。屋顶不仅需要承受自重和外部荷载，还需要防止水渗透、减少热损失，并确保建筑结构的整体稳定性。
一、屋顶的基本功能
1. 防水
• 防止雨水和雪水渗透，保护建筑内部。
2. 保温
• 降低热损失，提高建筑能效。
3. 承载荷载
• 承受屋面材料的重量（自重）
• 承受风、雪、施工维护人员的重量（活荷载）
4. 控制湿气
• 透气膜和防潮层的结合使用，避免冷凝水影响结构。
5. 提供建筑美学和空间
• 影响建筑的外观和内部空间利用，如屋顶阁楼。
二、屋顶的基本结构
1. 屋顶的形状
• 双坡屋顶（Pitched Roof）
• 最常见的屋顶类型，适用于雨水较多地区。
• 通过屋顶坡度快速排水，减少渗透风险。
• 平屋顶（Flat Roof）
• 适用于现代建筑，需要特殊的排水系统。
• 其他类型
• 单坡屋顶（Mono-pitch Roof）
• 折线屋顶（Mansard Roof）
• 四坡屋顶（Hip Roof）
2. 屋顶的基本构件
构件 | 功能 |
桁架（Truss） | 主要结构框架，支撑屋顶荷载 |
椽条（Rafters） | 形成屋面坡度，承受屋面覆盖材料 |
系杆（Tie Beam） | 防止屋架展开，承受拉力 |
垂直支柱（King Post/Queen Post） | 提供额外支撑，减少变形 |
檩条（Purlins） | 横向连接椽条，提高整体刚性 |
屋面板（Sheathing） | 作为屋顶覆盖层的基层，提供稳定性 |
三、屋顶荷载及传递方式
1. 屋顶荷载
• 恒载（Dead Load）
• 屋面材料自重，如瓦片、保温层、结构框架等。
• 活荷载（Live Load）
• 施工、维护人员的重量。
• 环境荷载（Environmental Load）
• 风荷载：风对屋顶的向上或向下作用力。
• 雪荷载：积雪产生的额外重量。
• 地震荷载：地震时屋顶的振动影响。
2. 荷载传递路径
1. 屋面荷载 → 桁架（Truss）
2. 桁架 → 墙体
3. 墙体 → 地基
结论：屋顶的三角形结构设计可以有效抵抗荷载，并防止屋顶结构发生横向变形。
四、屋顶桁架（Truss）系统
1. 标准桁架类型
类型 | 特点 | 适用情况 |
三角桁架（Simple Triangular Truss） | 结构简单，适用于小跨度屋顶 | 住宅建筑 |
芬克桁架（Fink Truss） | 结构较轻，适用于大跨度 | 普通住宅屋顶 |
W形桁架（Double W Truss） | 适用于更大跨度，减少变形 | 大型建筑 |
房间桁架（Room-in-the-Roof Truss） | 允许屋顶空间作为可用房间 | 阁楼、复式建筑 |
2. 屋顶桁架的制造
• 现代桁架使用 金属连接板（Gang Nail Plates） 进行固定，增强连接强度。
• 采用工厂预制，确保精度和施工速度。
五、复杂屋顶结构
• T型屋顶（T-Intersection Roof）
• 通过复合桁架（Compound Girder）支撑交接点。
• 带有山墙的屋顶（Gable Roof）
• 使用不同方向的桁架组合形成屋顶交叉结构。
• 阁楼屋顶（Room-in-the-Roof）
• 采用加厚的桁架结构，以承受额外的楼板荷载。
六、屋顶安装
1. 施工流程
1. 预制桁架运输至现场
2. 桁架安装在墙体顶部
3. 使用桁架固定件（Truss Clips）连接墙体
4. 安装椽条（Rafters）和檩条（Purlins）
5. 铺设屋面板（Sheathing）
6. 安装透气膜（Breather Membrane）
7. 固定屋顶覆盖材料（瓦片、金属板等）
2. 连接方式
• 桁架与墙体的连接
• 使用 桁架固定件（Truss Clips）确保桁架稳固，并防止风 uplift 作用。
• 桁架之间的连接
• 通过 斜向支撑杆（Diagonal Bracing） 提高屋顶刚性。
七、屋顶防护层
1. 透气膜（Breather Membrane）
• 安装在屋面板上方，防止水分进入，同时允许水汽散发。
• 适用于潮湿气候，防止冷凝水损坏屋顶结构。
2. 屋面覆盖材料
类型 | 特点 | 适用建筑 |
沥青瓦（Asphalt Shingles） | 经济，易安装 | 住宅屋顶 |
金属屋面（Metal Roofing） | 耐久，防火 | 商业建筑 |
陶瓦（Clay Tiles） | 耐候性强，使用寿命长 | 高端住宅 |
绿色屋顶（Green Roofs） | 生态环保，增加保温 | 现代建筑 |
八、屋顶优化设计
1. 提高抗风能力
• 在强风区使用更强的 固定装置
• 采用 更小的桁架间距 增强稳定性
2. 增强隔热和防潮
• 采用 高性能保温材料（如 PIR ）
• 结合 透气膜和防潮层，防止冷凝水积聚
3. 预制化施工
• 工厂预制桁架，提高施工效率
• 现场仅需拼装，减少误差
九、总结
1. 屋顶的基本功能包括防水、保温、承载荷载和控制湿气
2. 屋顶的核心结构是桁架（Truss），采用三角形设计，提高稳定性
3. 屋顶荷载包括自重、风、雪和地震作用，需合理设计
4. 不同类型的桁架适用于不同的屋顶跨度和使用需求
5. 透气膜用于防水透气，屋顶覆盖材料可选沥青瓦、金属屋面或绿色屋顶
6. 通过预制化施工提高屋顶安装效率，减少施工误差
下一课将探讨屋顶保温和通风系统，确保建筑屋顶在不同气候条件下的高效能使用。
