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.長業(yè)建設(shè)集團有限公司，浙江 紹興 312000；4.浙江環(huán)宇建設(shè)集團有限公司，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.劉加平教授運用氣候?qū)W和建筑物理學(xué)對傳統(tǒng)建筑屋頂?shù)钠露扰c氣候的關(guān)系進行了定量的研究，建立了瓦屋面坡度計算的物理模型[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].亞歷山大曾高度評價了屋頂對于建筑的象征意義.他寫道:“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除了屋頂之外而一無所有,如果屋頂被隱起來而看不見的話，或者沒有加以利用，那么人們將難于獲得一個賴以棲身的掩蔽體的基本感受”[3].

《營造法原》記載傳統(tǒng)民居屋頂坡度的構(gòu)建利用提棧實現(xiàn)，本文通過實地測繪求證紹興傳統(tǒng)民居屋頂提棧做法，并針對其屋頂構(gòu)造層次具體做法進行驗證，以期在紹興傳統(tǒng)民居保護和修繕中，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，本文旨在該方面進行探索，以期對新建傳統(tǒng)建筑挑檐設(shè)計方面起到借鑒作用.

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，大部分為清末時期的建筑，基本為臺門建筑.根據(jù)紹興市規(guī)劃局與紹興文理學(xué)院聯(lián)合進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)，其最大的特點就是屋面呈反曲的弧線[4]，硬山頂前后兩個坡面，左右兩端不挑出山墻，等級較低，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

通過筆者對紹興傳統(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、進深較大面寬、柱高、進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裝飾簡單素雅

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

“提棧”源于《營造法源》，在清工部《工程做法則例》中稱為舉架，在宋《營造法式》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，本文對倉橋直街的青藤書屋等建筑運用紅外線測距儀、伸縮棒和卷尺進行了相關(guān)數(shù)據(jù)的測量.青藤書屋屬于不對稱屋面(如圖2)，屋頂坡面長度不相同，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《營造法原》規(guī)定第一界取0.35非常接近.

圖2 青藤書屋提棧示意圖

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，乃因為紹興地區(qū)潮濕，年降雨量大，雨水很容易由于毛細作用滲透進屋面構(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，造成資源浪費和翻修困難.同時泥背太過潮濕，瓦不可能很牢固地貼在泥背上，有被破壞的風(fēng)險，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致的拼接，覆蓋整個屋面；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.換種說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號民居)

當然也會出現(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，并沒有磚基層或木基層.這是最簡陋的做法，一般這種傳統(tǒng)民居的居民由于經(jīng)濟拮據(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)過悠長歲月的適應(yīng)與生長，形成挑檐的形式，其成因主要與避雨和遮陽因素相關(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，《營造法原》形制為逐級遞加1/10.這種屋面曲線與最速降線的吻合度很高，故有人說是排水工程做法的要求.“上尊而宇卑，則吐水疾而溜遠”(指屋頂上部陡峭,檐部平緩,屋檐反翹,排水又快又遠.)表述了傳統(tǒng)建筑屋頂便利的排水性能.

根據(jù)飄雨角計算公式[1]30-31，可以檢驗紹興傳統(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代入公式計算，cosr=0.32，飄雨角r等于19°.實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，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墻體以及門窗的侵襲，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

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?shù)靥柛叨冉怯兄苯拥年P(guān)系.正午太陽高度角最大時是夏至日(太陽直射北回歸線——北緯23°26′)，正午太陽高度角最小時是冬至日(太陽直射南回歸線——南緯23°26′).紹興的緯度是北緯29°42′02″至30°19′15″，計算過程取值30°，夏至那天的太陽高度角是90-(30-23.5)=83.5°，冬至的太陽高度角是90-(30+23.5)=36.5°.如圖5所示，L1為冬至日太陽光線，光線穿過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為夏至日太陽光線，光線被挑檐遮擋，投影與檐柱底部，避免太陽直射對建筑室內(nèi)溫度的影響，同時也起到保護木質(zhì)門窗以及外墻的作用，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)曲線坡狀，屋面的坡度上陡下緩，借助提棧形成， 屋頂提?；痉?《營造法原》 所載型制.

圖5 太陽高度角示意圖，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)過悠長歲月的適應(yīng)與生長，挑檐的形式與避雨和遮陽因素相關(guān)，通過飄雨角和太陽高度角的計算，得出周家老宅的飄雨角為25.7°，夏季太陽高度角為83.5°，冬季太陽高度角為36.5°，闡述了挑檐有避雨和遮陽的作用.