紹興傳統(tǒng)民居屋頂構(gòu)造分析

李 娟 劉業(yè)金 康 寶 沈建海 童宏偉

(1.紹興文理學(xué)院 土木工程學(xué)院，浙江 紹興 312000；2.紹興職業(yè)技術(shù)學(xué)院，浙江 紹興 312000；3.長(zhǎng)業(yè)建設(shè)集團(tuán)有限公司，浙江 紹興 312000；4.浙江環(huán)宇建設(shè)集團(tuán)有限公司，浙江 紹興 312000)

0 引言

傳統(tǒng)民居有著悠久的歷史，在中國(guó)建筑史上占有十分重要的地位.屋頂是房屋形態(tài)構(gòu)成中的基本元素.劉加平教授運(yùn)用氣候?qū)W和建筑物理學(xué)對(duì)傳統(tǒng)建筑屋頂?shù)钠露扰c氣候的關(guān)系進(jìn)行了定量的研究，建立了瓦屋面坡度計(jì)算的物理模型[1]1-2.鄭力鵬在相關(guān)研究中論述了坡屋頂由緩變陡并不降低其防風(fēng)性能，且有利于防水；坡屋頂加檐墻的做法有其防風(fēng)防火的作用[2].亞歷山大曾高度評(píng)價(jià)了屋頂對(duì)于建筑的象征意義.他寫(xiě)道:“屋頂在人們的生活中扮演了重要的角色，最原始的建筑可以說(shuō)除了屋頂之外而一無(wú)所有,如果屋頂被隱起來(lái)而看不見(jiàn)的話，或者沒(méi)有加以利用，那么人們將難于獲得一個(gè)賴以棲身的掩蔽體的基本感受”[3].

《營(yíng)造法原》記載傳統(tǒng)民居屋頂坡度的構(gòu)建利用提棧實(shí)現(xiàn)，本文通過(guò)實(shí)地測(cè)繪求證紹興傳統(tǒng)民居屋頂提棧做法，并針對(duì)其屋頂構(gòu)造層次具體做法進(jìn)行驗(yàn)證，以期在紹興傳統(tǒng)民居保護(hù)和修繕中，在提棧起坡和屋頂構(gòu)造方面提供數(shù)據(jù)參考.另外，紹興地處夏熱冬冷地區(qū)，紹興傳統(tǒng)屋頂挑檐在遮陽(yáng)和避雨等方面起到非常重要的作用，但相關(guān)參數(shù)化的研究較少，本文旨在該方面進(jìn)行探索，以期對(duì)新建傳統(tǒng)建筑挑檐設(shè)計(jì)方面起到借鑒作用.

1 紹興地區(qū)傳統(tǒng)民居形式

1.1 硬山

紹興地區(qū)的傳統(tǒng)民居遺存甚多，大部分為清末時(shí)期的建筑，基本為臺(tái)門(mén)建筑.根據(jù)紹興市規(guī)劃局與紹興文理學(xué)院聯(lián)合進(jìn)行的歷史建筑普查結(jié)果分析，紹興地區(qū)傳統(tǒng)民居屋頂多為硬山(如圖1)，其最大的特點(diǎn)就是屋面呈反曲的弧線[4]，硬山頂前后兩個(gè)坡面，左右兩端不挑出山墻，等級(jí)較低，主要適用于民居建筑，有一部分山墻高于屋頂形成馬頭墻.

圖1 硬山屋頂

1.2 小式做法

通過(guò)筆者對(duì)紹興傳統(tǒng)民居的走訪，發(fā)現(xiàn)其中的硬山建筑基本以小式為主(如圖1).硬山建筑以小式為最普遍，清《工程做法則例》列舉了七檁小式、六檁小式、五檁小式幾種小式硬山建筑的例子，這幾種也是硬山建筑常見(jiàn)的形式[5].硬山建筑也有不少大式的做法，比如宮殿、寺廟的附屬用房大部分采用硬山的形式.大式硬山建筑與小式硬山的區(qū)別如表1.

表1 大式硬山建筑與小式硬山的區(qū)別

建筑做法區(qū)別 大式硬山小式硬山建筑尺度面寬、柱高、進(jìn)深較大面寬、柱高、進(jìn)深較小屋面做法如屋面多施青筒瓦,置脊飾吻獸或使用琉璃瓦小青瓦建筑裝飾梁枋多施油彩畫(huà)裝飾簡(jiǎn)單素雅

2 屋頂構(gòu)造

紹興地區(qū)的傳統(tǒng)民居構(gòu)造層次一般為房梁上設(shè)檁條，檁條上密鋪椽子，以承受屋頂?shù)耐搴屯叩葮?gòu)造層次.椽子上層做法分為兩種，一種是木基層，叫望板；一種是磚基層，叫望磚.屋面的坡度上陡下緩，借助提棧形成.

2.1 提棧

“提?！痹从凇稜I(yíng)造法源》，在清工部《工程做法則例》中稱為舉架，在宋《營(yíng)造法式》中名為舉折.提棧主要用于南方地區(qū)民間建筑.提棧的方法與舉架基本相同，也是從檐檁推算至脊檁，只是用詞和坡度換算系數(shù)不同.檐部提棧的起算系數(shù)一般等于界深的1/10，然后考慮房屋的檁數(shù)，依次遞增每進(jìn)一界的提棧系數(shù)[6].為了更好地探究紹興傳統(tǒng)民居屋頂提棧做法，本文對(duì)倉(cāng)橋直街的青藤書(shū)屋等建筑運(yùn)用紅外線測(cè)距儀、伸縮棒和卷尺進(jìn)行了相關(guān)數(shù)據(jù)的測(cè)量.青藤書(shū)屋屬于不對(duì)稱屋面(如圖2)，屋頂坡面長(zhǎng)度不相同，屬于八界提棧，其界深為3.6尺，所以其起算系數(shù)為1/10的界深，即0.36，與《營(yíng)造法原》規(guī)定第一界取0.35非常接近.

圖2 青藤書(shū)屋提棧示意圖

2.2 屋頂構(gòu)造層次

紹興地區(qū)傳統(tǒng)民居屋頂構(gòu)造用望磚居多，一般很少使用望板.究其原因，乃因?yàn)榻B興地區(qū)潮濕，年降雨量大，雨水很容易由于毛細(xì)作用滲透進(jìn)屋面構(gòu)造層次中的泥背和望板，而木材的防水、防腐性能不佳，從而導(dǎo)致望板非常容易腐朽、發(fā)霉，造成資源浪費(fèi)和翻修困難.同時(shí)泥背太過(guò)潮濕，瓦不可能很牢固地貼在泥背上，有被破壞的風(fēng)險(xiǎn)，因此紹興地區(qū)屋面構(gòu)造多采用望磚的形式.

2.2.1 木基層屋頂構(gòu)造

木基層屋頂構(gòu)造：梁架—檁條—椽子—望板—泥背—小青瓦.

木基層屋頂屬于較高等級(jí)的傳統(tǒng)民居屋頂構(gòu)造做法.木基層亦即木望板，由若干一定厚度的木板整齊細(xì)致的拼接，覆蓋整個(gè)屋面；望板上鋪設(shè)泥背，泥背是泥土和秸稈的混合物，厚度大概十幾厘米到二三十厘米.泥背的作用主要是防水、隔熱，同時(shí)也有粘合劑的作用，固定瓦片.泥背上鋪瓦片，瓦片豎向由高到低鋪設(shè)，為了起到防水的作用，采取上瓦壓下瓦的形式，橫向多采取正反交替的鋪法，形成凹凸的屋面形式，一列凸起的瓦蓋住一列凹瓦，很好地解決了瓦縫的防水問(wèn)題.凸瓦端部以勾頭收頭，凹瓦的端部設(shè)滴水.

2.2.2 磚基層屋頂構(gòu)造

磚基層屋頂構(gòu)造：梁架—檁條—椽子—望磚—油氈—石灰泥漿竹篾—小青瓦.

對(duì)于磚基層而言，就是用磚鋪設(shè)在椽子上面(如圖3).上層防水層一般采用普通油氈，目前有些修繕工程中也會(huì)采用防水卷材.最上面一層是瓦作，分為底瓦和面瓦，以兩塊面瓦中間夾一塊底瓦的形式搭放，上搭下呈現(xiàn)逐漸下降的趨勢(shì).換種說(shuō)法就是將微彎的板瓦凹面向上，順著屋頂?shù)钠路派先?，上一塊壓著下一塊的十分之七，擺成一道溝.溝和溝并列著，溝與溝之間的縫隙，若是小式，則用同樣的板瓦覆蓋，若是大式，則用半圓筒形的筒瓦，凹面向下覆蓋，使雨水自板背或筒背上落到溝中，順溝而下[7].瓦作一般為小青瓦，呈半月形.一般而言瓦作下面有一層竹篾，這是為了使小青瓦能穩(wěn)定地蓋在屋頂上，如若不設(shè)竹篾， 則刷層淺淺的石灰泥漿， 傳統(tǒng)做法是用草筋灰，以固定瓦片.為了美觀和防水，望磚可以用石灰石刷成白色.通常在屋頂最前端邊沿，瓦片前面常設(shè)一條壓檐木條，使椽子保持平整，同時(shí)起著竹篾的作用，用于防止瓦片向前傾覆.

圖3 磚基層屋頂(西小路54號(hào)民居)

當(dāng)然也會(huì)出現(xiàn)少量椽子上直接鋪瓦的情況.其只是在椽子上面鋪設(shè)油氈，上面直接蓋瓦片，并沒(méi)有磚基層或木基層.這是最簡(jiǎn)陋的做法，一般這種傳統(tǒng)民居的居民由于經(jīng)濟(jì)拮據(jù)， 但這樣的做法油氈易受損傷，不利防水，所以現(xiàn)在一般的傳統(tǒng)民居的修繕中已不采用這種做法.

3 挑檐

紹興屬于亞熱帶季風(fēng)氣候，夏季高溫多雨，冬季溫和干燥，全年雨量充沛.紹興傳統(tǒng)民居經(jīng)過(guò)悠長(zhǎng)歲月的適應(yīng)與生長(zhǎng)，形成挑檐的形式，其成因主要與避雨和遮陽(yáng)因素相關(guān).

3.1 避雨

為了解決屋面排水的需求，紹興傳統(tǒng)屋頂屋脊處角度最大，其值接近45°；挑檐處坡度最小，其值接近20°；中部屋頂坡度取二者之中，《營(yíng)造法原》形制為逐級(jí)遞加1/10.這種屋面曲線與最速降線的吻合度很高，故有人說(shuō)是排水工程做法的要求.“上尊而宇卑，則吐水疾而溜遠(yuǎn)”(指屋頂上部陡峭,檐部平緩,屋檐反翹,排水又快又遠(yuǎn).)表述了傳統(tǒng)建筑屋頂便利的排水性能.

根據(jù)飄雨角計(jì)算公式[1]30-31，可以檢驗(yàn)紹興傳統(tǒng)民居挑檐的避雨性能：

式中,Vwin：年平均風(fēng)速；

Vrain：雨滴到達(dá)地面表面的速度，為8.5 m/s.

紹興市年平均風(fēng)速為2.0～2.9 m/s，取2.9 m/s代入公式計(jì)算，cosr=0.32，飄雨角r等于19°.實(shí)際情況完全滿足該角度，周家老宅的飄雨角為25.7°，大于最小飄雨角6.7°，之所以差值較大，原因是周家老宅檐下立柱的做法使房屋挑檐更加深遠(yuǎn)，更好地滿足了擋雨的效果(如圖4).挑檐有效的阻擋了雨水對(duì)墻體以及門(mén)窗的侵襲，避免木質(zhì)構(gòu)件因潮濕而形成的破壞.

圖4 飄雨角示意圖

3.2 遮陽(yáng)

傳統(tǒng)民居挑檐處坡度最緩，略微起翹，一方面有利于阻擋夏季日曬，另一方面有利于冬季采光的需求，“上反宇以蓋戴，激日暴而納光”(反曲的屋頂有利于防雨及采光.)形容了傳統(tǒng)屋頂良好的采光性能.

屋檐的出挑寬度與當(dāng)?shù)靥?yáng)高度角有直接的關(guān)系.正午太陽(yáng)高度角最大時(shí)是夏至日(太陽(yáng)直射北回歸線——北緯23°26′)，正午太陽(yáng)高度角最小時(shí)是冬至日(太陽(yáng)直射南回歸線——南緯23°26′).紹興的緯度是北緯29°42′02″至30°19′15″，計(jì)算過(guò)程取值30°，夏至那天的太陽(yáng)高度角是90-(30-23.5)=83.5°，冬至的太陽(yáng)高度角是90-(30+23.5)=36.5°.如圖5所示，L1為冬至日太陽(yáng)光線，光線穿過(guò)窗戶照射到房屋中部位置，使房屋輻射得熱，有利于提高室內(nèi)溫度.L2為夏至日太陽(yáng)光線，光線被挑檐遮擋，投影與檐柱底部，避免太陽(yáng)直射對(duì)建筑室內(nèi)溫度的影響，同時(shí)也起到保護(hù)木質(zhì)門(mén)窗以及外墻的作用，延緩建筑材料的老化，增加建筑的使用壽命.

4 結(jié)論

首先，紹興地區(qū)的傳統(tǒng)民居一般為硬山形式，屋頂呈現(xiàn)曲線坡?tīng)睿菝娴钠露壬隙赶戮?，借助提棧形成?屋頂提?；痉?《營(yíng)造法原》 所載型制.

圖5 太陽(yáng)高度角示意圖，夏至83.5°，冬至36.5°

其次，紹興傳統(tǒng)民居屋頂形式的構(gòu)造層次一般是：

木基層屋頂構(gòu)造：梁架—檁條—椽子—望板—泥背—小青瓦；

磚基層屋頂構(gòu)造：梁架—檁條—椽子—望磚—油氈—石灰泥漿竹篾—小青瓦；

泥背、油氈、石灰泥漿竹篾等起到保溫和防水的作用.

第三，紹興傳統(tǒng)民居經(jīng)過(guò)悠長(zhǎng)歲月的適應(yīng)與生長(zhǎng)，挑檐的形式與避雨和遮陽(yáng)因素相關(guān)，通過(guò)飄雨角和太陽(yáng)高度角的計(jì)算，得出周家老宅的飄雨角為25.7°，夏季太陽(yáng)高度角為83.5°，冬季太陽(yáng)高度角為36.5°，闡述了挑檐有避雨和遮陽(yáng)的作用.