现代仿古建筑屋面设计及施工技术研究

1?工程概况

孔府西苑二期酒店工程使用功能为五星级酒店，位于山东曲阜，明故城内，半壁街以西、通相圃街以 北，与孔庙比邻仅一街之隔，地理位置处于孔子历史文化的中心。总建筑面积70?098.87?m ² ，主要由酒店公共部分、客房区、孔子文化交流中心等组成，地上2层，地下1层，地下部分为汽车库、设备用房、洗衣房等酒店附属用房。

以该酒店工程为研究对象，开展现代仿古建筑屋面设计及施工技术研究，将现代材料及施工方法应用于仿古建筑，解决了大坡度屋面混凝土浇筑成型难、金属大屋檐与封檐板及博风板安装、筒瓦坡屋面施工等技术难题，确保满足现代化建筑的功能要求，施工方便快捷，工期大幅缩短，劳动力成本更加可控。

2?仿古建筑屋面设计及应用难点分析

孔府西苑二期酒店工程在设计时把建筑布局与孔庙的关系以及与整个曲阜古城城市肌理的关系放在首位，抽取代表性的文化、色彩、细节、特征与符号，展现出古典的美感，使城市风格和谐统一。曲阜孔庙为宫殿式建筑群，抬梁砖木结构，屋面举折、铺金黄色琉璃瓦；孔府建筑群尺度相对亲人，风格质朴，灰墙灰瓦。孔府西苑二期酒店在建筑形态上更偏向于孔府，公共区建筑屋面主要为高屋脊举折屋面，形成优美的屋面曲线；客房区建筑屋面较为平直，采用没有屋脊的卷棚顶，造型轻巧。整个建筑群风格古典质 朴、简洁大气，既与周边建筑相协调，又能很好地衬托出东侧孔庙的恢弘气势。针对本工程的屋面仿古设计元素进行提炼总结，屋面仿古设计包括屋面结构、屋檐和筒瓦屋面部分，深入分析各部分古建做法的演变及现代施工应用难点。如图1所示。

      

图1?屋面仿古设计

2.1?屋面结构仿古设计

中国建筑的主体受力体系以木结构为主，屋面构造是利用榫卯技术将复杂交错的构件紧密连接，既承载重量又展现雕刻艺术，形成独特而富有美感的结构体系，施工工艺复杂且难度较大。屋顶造型由大木构架形式决定，自檐头至屋脊采用不同的举架或举折，屋面由不同坡度的多条折线构成，这些折线从屋檐开始逐段升高，即越高处的坡度越陡。

孔府西苑酒店二期在建筑形态上更偏向于孔府，公共区建筑屋面主要为高屋脊举折屋面。通过对曲阜当地古建筑的屋面坡度分析，找出具有代表性的孔庙、孔府和颜庙屋顶的比例关系，其中孔庙建筑屋面坡度最陡，其次是孔府，最缓和是颜庙。酒店位于孔庙一侧，为了既体现出对孔庙的尊崇又不失古建筑风采，酒店坡度参照孔庙采用了相对较陡的坡度，公共区主要以若干折线所组成屋脊，角度从从26°~35°~42°曲折变化，屋面坡度接近100?%。在此背景下，采用古建施工方法及施工材料无法满足施工要求及抗震、节能等功能要求，大坡度屋面混凝土的浇筑是研究的重难点。

2.2?屋檐仿古设计

中国古木造建筑采用“架构制”原则，即在柱顶构建由横梁与横枋围成的“间架”，其上再层层叠加梁架支撑横桁，桁上铺椽接瓦，形成稳固的屋顶结构体系，同时也设计了出檐以防雨防晒。为解决檐深导致的采光与溅水问题，古人创新性地采用飞檐结合封檐板，双层瓦椽构造微曲面屋檐，有效排水并增加采光，山墙增设博风板，抵御雨雪侵袭。

在现代技术条件下，利用钢筋混凝土结构可以制作更深远的出檐及复杂曲线，因此双层瓦椽构造逐渐被取代。同时檐口作为建筑最突出的部分，其材料要兼顾精细度和耐久性，满足现代建筑的保温及防水要求，因此孔府西苑二期酒店工程设计时拟采用氟碳铝板替代木板制作飞椽，并对其深化设计方式进行研究。

2.3?筒瓦屋面仿古设计

传统筒瓦屋面采用黄泥白灰浆作为卧浆层，随着时代的发展卧浆层已经被新材料取代，现阶段黄泥白灰浆主要用于古建筑修缮。古代瓦施工流程是先做脊，再做瓦，能够减少踩踏屋面及破坏成品，而现代瓦施工是先做瓦，再做脊，根本原因是在瓦瓦泥浆中加入了水泥，水泥砂浆粘结性强，为先做瓦创造了条件。然而水泥砂浆和易性和保水性不佳，易开裂，凝结硬化快，需把控每垄瓦的施工时间，且水泥砂浆过高的粘结强度不利于屋面瓦后期的修缮工作。孔府西苑二期酒店工程的瓦瓦砂浆需综合考虑材料性能、环保要求、施工便捷性及后期维护成本进行选择。

“清水脊”是用施工现场的砖瓦进行加工并层层垒叠砌筑而成，是平民院落中最为讲究的，最为费工，成本最高的屋脊。孔府西苑二期工程涉及清水脊施工，结合现场施工要求对清水脊传统安装方法进行改进。

中国古建筑防水有“以排为主，以防为辅”、“多道设防，刚柔并济”的理念，古代建筑的屋顶通常采用高屋脊、大坡度的设计，靠近屋脊两侧的坡度超过60°，而在檐部的坡度不足30°，利用陡坡使水急下，再因惯性冲出檐外。因此古代屋面中并不会设置排水沟。本工程因建筑功能需要，需在坡屋面设置排水沟，进一步对排水沟做法进行研究。

3?仿古建筑屋面施工技术创新实践

3.1?大坡度混凝土仿古屋面施工技术

工程采用现代混凝土举折坡屋面结构替代古建大木构架举折坡屋面，选用现代建筑材料和施工工艺替代古建施工材料和方法，在混凝土屋面板施工完成 后，依次进行屋面找平层、防水层、保温层和保护层施工，通过钢筋混凝土框架结构获得大跨度大空间，较传统建筑，仿古屋面做法符合建筑节能要求，满足现代化建筑功能要求。屋面混凝土浇筑顺序如图2所示，以宽为1?m的环线按顺时针进行混凝土浇筑，完成整个屋面混凝土的浇筑施工。

      

图2?屋面混凝土浇筑顺序示意

经现场试验研究，大斜度坡屋面浇筑混凝土时，混凝土的坍落度应控制在160?mm，斜屋面上下层混凝土的浇筑时间间隔不大于2?h，以免形成施工缝。混凝土振实后，根据焊好的标高控制标记，拉线找平，将多余的混凝土刮平，不足的地方局部补足，并配合使用板厚控制插扦检查混凝土厚度，经检查无误差后，在表面撒一层同配合比的无石子水泥砂浆，并反复用力揉搓提浆，进一步提高混凝土表面抗渗能力。

3.2?现代仿古建筑大屋檐与封檐板及博风板施工技术

双层瓦椽的古建风格用现代的材料和结构的方式展现出来，充分利用金属板的延展性，在封檐板下部设计了一层线角，把檐口的厚重感削弱，同时从外观上看相当于飞檐的“第一层椽子”。封檐板翻转到结构板底300?mm处，与墙面金属幕墙同时施工屋面下的金属板吊顶，形成第二层椽子的装饰效果（图3）。

      

图3?金属板构建飞椽示意

封檐板及博风板均采用氟碳漆铝板构件代替木质材料，设计时除了考虑幕墙本身，还应考虑屋面滴水、勾头瓦与幕墙的相对关系，同时还需考虑屋面瓦与封檐板的相对比例关系以及檐口顶板建筑做法厚度，屋面反檐在混凝土浇筑时，尤其长度较长时，为避免出现累积误差，适当考虑封檐板与结构外檐的距离，距离控制在80?mm为宜。

3.3?现代仿古建筑筒瓦屋面施工技术

不管是屋面基层还是瓦口，现代仿古建筑较传统屋面均发生巨大改变，要从屋面瓦瓦砂浆的选择、屋面脊安装、坡屋面防滑、屋面排水沟设置等进行研究。

3.3.1?屋面瓦瓦砂浆选择

本工程屋面卧瓦砂浆原设计为1∶1∶4水泥石灰砂浆，通过不同配比、不同材料组合砂浆的粘结性能试验，确定选用复合硅酸盐水泥，将粉煤灰代替石 灰，采用1∶2水泥粉煤灰砂浆作为卧瓦层，随着粉煤灰的增加，对砂浆的流动性起到一定的改善作用，且水泥粉煤灰砂浆早期强度低，有利于底瓦及盖瓦的铺设工作，干缩率小，对裂缝控制也很有利。

3.3.2?清水脊安装

本工程对清水脊做法进行改进，采用四段组砌式安装替代传统叠砌式安装。当正脊安装到端部时，首先安装翘角座子，在正脊翘角和翘角座子拼接处预埋 12拉结钢筋，翘角座子空腔内填实混凝土，待底座安装凝固后，再安装正脊翘角，将正脊翘角内腔填实混凝土，与翘角座子预埋钢筋拼接，采用铁丝拴住正脊翘角固定牢固，待正脊翘角与翘角座子凝固后拆除铁丝，拼接处勾缝处理。

3.3.3?屋面卧瓦防滑措施

经分析对角度大于35°的坡屋面卧瓦进行加固。钢丝网片规格为1?mm，网格为10?mm×10?mm，采用6钢筋与原有预埋钢筋绑扎，钢丝网片与6钢筋绑扎牢固，钢丝网片间距为300?mm；钢丝网片随底瓦卧浆，埋入卧浆层内。

3.3.4?屋面排水沟设置

本工程因建筑功能需要，需在坡屋面设置排水 沟，导致原有瓦屋面形态将会被破坏，经研究试验，当屋面瓦遇排水沟时，采用抽底瓦（压六露四），筒瓦通过，至少抽三块底瓦的方法，既解决了排水问 题，又不破坏整个瓦屋面形态。

4?技术创新点

（1）采用现浇混凝土大坡度屋顶结构代替古建抬梁砖木结构举折屋面，选用现代建筑材料和施工工艺替代古建施工材料和方法，在混凝土屋面板施工完成后，依次进行屋面找平层、防水层、保温层和保护层施工，通过钢筋混凝土框架结构获得大跨度大空间，满足现代化建筑功能要求。

（2）屋面博风板与封檐板应用氟碳漆铝板构件及现代施工技术替代传统工艺手法，设计时考虑幕墙本身及屋面滴水、勾头瓦与幕墙的相对关系，屋面瓦与封檐板的比例关系以及檐口顶板建筑做法厚度，施工安装效率高，增加了建筑的耐久性，减少后期修缮成本，氟碳漆铝板可工厂预制，工艺简单，整体效益好。

（3）采用1∶2水泥粉煤灰砂浆作为卧瓦层，提高了前期强度，加快了施工进度，便于后期修缮；对清水脊做法进行改进，采用四段组砌式安装替代传统叠砌式安装，提高了施工效率；基于新材料要求，设置屋面卧瓦防滑措施；在坡屋面增设排水沟，当屋面瓦遇排水沟时，采用抽底瓦（压六露四），筒瓦通 过，至少抽三块底瓦的方法，解决了排水问题，又不破坏整个瓦屋面形态。施工效果最终达到古建屋面的装饰效果，体现中华的民族文化。

5?结束语

仿古建筑能够精准地还原历史建筑的风貌，使得城市的历史文化遗产得以保留和传承，在城市更新进程中具有重要意义。现代仿古建筑屋面设计及施工工艺复杂且综合性强，通过工程实例对仿古建筑屋面设计及施工技术进行研究总结，深入提炼仿古设计元素，总结关键施工技术，应用现代施工技术及材料替代传统工艺手法，将古建筑繁杂的木工活归并成工序较简单的混凝土浇筑，施工方便快捷，工期大幅度缩短，劳动力成本更加可控，为同类工程施工提供有益借鉴。