中庭天窗构造  

    设在屋顶上的窗为天窗。进深或跨度大的建筑物，室内光线差，空气不畅通，设置天窗以增强采光和通风，改善室内环境。所以在宽大的单层厂房中，天窗的运用比较普通。近30年来，在大型公共建筑中设置中庭甚为流行，于是天窗在民用建筑中也日渐多起来。  

    美国建筑师约翰·波特曼是第一个将中庭引入现代旅馆的人，1967年他在亚特兰大海特经纪旅馆中设计了中庭，立刻吸引了众多的旅客。从此世界旅馆业竞相效仿，后来在其他建筑中运用，也获得成功。现在，无论在旅馆、购物中心、贸易中心、娱乐中心、办公楼、图书馆、还是在银行、博物馆、医院、学校、展览馆，甚至在住宅中都出现了中庭设计。  

    中庭是一个多功能空间，既是交通枢纽，又是人们交往活动的中心，所以有人称它为共享大厅。厅内常布置庭园、水景、小岛、绿色植物，要求有充足的自然光，所以人们又把它称为四季大厅。  

    中庭的突出特点是具有半室内半室外的空间环境性质，认识这一点对天窗设计具有重要意义。以下从中庭天窗的设计要求、天窗形式、天窗构造三个方面进行论述。  

    一、中庭天窗的设计要求

中庭天窗的设计要求  

    设计中庭天窗应满足以下要求：  

    （一）中庭内有良好的光环境和热环境  

    中庭是一个具有半室内半室外性质的高大空间。从半室外性质讲，中庭内需要引入充足的自然光，创造出半室外的光环境；从半室内性质讲，应使位于中庭底部的空间能保持舒适的温度，人们在其中活动不受外界气候的干扰，以体现出半室内的热环境，要做到这些，需要从以下几方面着手。  

    首先，应选择好天窗形式（将在随后加以论述）。就总体来说，适合于中庭天窗的形式有两大类：一类是光线从顶部来的天窗，通常称为玻璃顶；另一类是光线从侧面来的天窗。地处温带气候或常年阴天较多的地区，最好选用玻璃顶，它的透光率高，比侧向进光的天窗透光率至少高出5倍以上，所以在阴天多和不太炎热的地区选用这类天窗，既可使中庭获得足够的自然光，又不致造成室内过热现象，光环境和热环境都能满足要求。但如果在炎热地区选用玻璃顶，大量直射阳光进入中庭内，容易造成过热现象，所以在炎热地区以选用侧向进光的天窗为宜。  

    其次，要控制好中庭长度高之间的比例关系。宽敞而低矮的中庭，地面获得的直射光数量多，窄而高的中庭，直射光的数量少。所以天空越是不亮的地区，中庭越应设计得矮些宽些，以便使底层获得足够的光线。  

    第三，要妥善安排中庭各个墙面的反光性质。高反光的墙面能使中庭底层地面获得较多的光线，反之只能有极少的光反射到地面，中庭如果全部用玻璃墙或透空的走廊围合时，反射到地面的光线几乎为零。  

    从以上分析可知，中庭要获得良好的光环境和热环境，除了设计好天窗本身外，还必须考虑中庭的空间尺度比例、四周墙面的反光性质和色彩深浅等因素。  

    （二）天窗玻璃要安全可靠、热工性能好

    天窗处于中庭上空，当重物撞击或冰雹袭击天窗时，应防止玻璃破碎后落下砸伤人，所以天窗玻璃要有足够的抗冲击性能。各个国家制定建筑规范时，对此都有严格的限制。要求选择不易碎裂或碎裂后不会脱落的玻璃，常用的有以下几种：  

    1．夹层安全玻璃  

    这种玻璃由两片或两片以上的平板玻璃，用聚乙烯塑料粘合在一起制成。其强度大大胜过老式的夹丝玻璃，而且被击碎后能借助于中间塑料层的粘合作用，仅产生辐射状裂纹，而不会脱落。这种玻璃有净白和茶色等多种颜色，透光系数为28％～55％。  

    2．丙烯酸酯有机玻璃  

    这种透光材料最初是用于军用飞机的座舱，可采用热压成型或压延工艺制成的穹形、拱形或方锥形等标准单元，然后再拼装成大面积玻璃顶，其刚度非常好。早期的丙烯酸酯有机玻璃是净白的，现在已能生产乳白色、灰色、茶色等多种有机玻璃，这对消除眩光十分有利。染色的和具有反射性能的有机玻璃有利于控制太阳热的传人，隔热性能较好。  

    3．聚碳酸酯有机玻璃  

    这是一种坚韧的热塑性塑料，具有很高抗冲击强度和很高的软化点。国外广泛用于商店橱窗，作为一种防破坏和防偷盗的玻璃材料。在天窗设计中常用于建造顶部进光的玻璃屋顶。  

    4．其他玻璃  

    除上述几种玻璃外，用于天窗的透光材料还有玻璃钢、钢化玻璃。玻璃钢又叫加筋纤维玻璃，具有强度大、耐磨损、半透明等优点，有平板、弧形、波形等品种。  

    天窗玻璃除要求抗冲击性好外，还应有较理想的保暖隔热性。上述玻璃的热工性能都较差，为了改善中庭的热环境，可以选用以下各种玻璃：  

    1．镜面反射隔热玻璃  

    生产玻璃时，经热处理、真空沉积或化学方法，使玻璃的一面形成一层具有不同颜色的金属膜，形式金、银、蓝、灰、茶等各种颜色，它能象镜子一样，具有将入射光反射出去的能力。6mm厚的普通玻璃透过太阳的可见光高达78％，而同样厚度的镜面反射玻璃仅能透过26％，这种玻璃的隔热性能是很好的。这种玻璃不但象镜子能反映四周景物，也能象普通玻璃一样透视，不会影响从室内向外眺望景色。  

    2．镜面中空隔热玻璃  

    镜面隔热玻璃虽有较好的隔热性能，但它的导热系数仍和普通玻璃一样。为了提高其保暖性，可将镜面玻璃与普通玻璃共同组成带空气层的中空隔热玻玻璃，它的导热系数可由单层玻璃的5.8W／（mK）降为1.7W／（m·K），透过的阳光可降到10％左右。可见这种镜面中空隔热玻璃的保温和隔热性能均比其他玻璃好。  

    3．双层有机玻璃  

    由丙烯酸酯有机玻璃挤压成型，纵向有加劲肋，肋间形成孔洞。这种双层中空的有机玻璃的保温性能好，强度比单层有机玻璃高。  

    4．双层玻璃钢复合板  

    将两层玻璃钢熔合在蜂窝状铝芯上构成中空的玻璃钢板材，具有保温性好、强度高、半透明的优良性能。  

    （三）天窗应有良好的防水性能  

    中庭天窗常常是成片布置，玻璃顶要有足够的排水坡度，排水路线要短捷畅通。细部构造应注意接缝严密，防止渗水。玻璃表面遇冷会产生凝结水，要妥善设置排除凝结水的沟漕，防止冷凝水滴落到中庭地面，造成不良影响。  

    二、中庭天窗形式  

中庭天窗形式  

    按进光的途径不同分为顶部进光的天窗和侧面进光的天窗。前者主要用于气候温暖或阴天较多的地区，后者多用于炎热地区。  

    天窗的具体形式应根据中庭的规模大小、中庭的屋顶结构型式、建筑造型要求等因素确定。常见的有以下各种天窗形式：  

    （一）棱锥形天窗  

    棱锥形天窗有方锥形、六角锥形、八角锥形等多种形式。尺寸不大（2m以内）的棱锥形天窗，可用有机玻璃热压采光罩。这种采光罩为生产厂家生产的定型产品，也可按设计要求订制。它具有很好的刚度和强度，不需要金属骨架，外形光洁美观，透光率高，可以单个使用，也可以将若干个采光罩安装在井式梁上组成大片玻璃顶，构造简单，施工安装方便。  

    当棱锥形天窗的尺寸较大时，需要用金属型材作成棱锥形的天窗骨架，然后将玻璃镶嵌在骨架上。  

    当中庭采用角锥体系平板网架作屋顶承重结构时，可利用网架的倾斜腹杆作支架，构成棱锥式玻璃顶。  

    （二）斜坡式天窗  

    斜坡式天窗分为单坡、双坡、多坡等形式。玻璃面的坡度一般为15°～30°，每一坡面的长度不宜过大，一般控制在15m 以内，用钢或铝合金作天窗骨架。  

    （三）拱形天窗  

    拱形天窗的外轮廓一般为半圆形，用金属型材作拱骨架，根据中庭空间的尺度大小和屋顶结构型式，可布置成单拱，或几个拱并列，布置成连续拱。透光部分一般采用有机玻璃或玻璃钢，也可以用拱形有机玻璃采光罩组成大片玻璃顶。  

    （四）圆穹形天窗  

    圆穹形天窗具有独特的艺术效果。天窗直径根据中庭的使用功能和空间大小确定，天窗曲面可为球形面或抛物形曲面，天窗矢高视空间造型效果和结构要求而定。直径较大的穹形天窗应用金属做成穹形骨架，在骨架上镶嵌玻璃。必要时可在天窗顶部留一圆孔作为通气口。  

    如果中庭平面为方型或矩形等较规整的形状，也可以采用穹形采光罩构成成片的玻璃顶。采光罩用有机玻璃热压成型。穹形采光罩也可以单个使用，有方底穹形采光罩和圆底穹形采光罩。  

    （五）锯齿形天窗  

    炎热地区的中庭可以采用锯齿形天窗，每一锯齿形由一倾斜的不透光的屋面和一竖直的或倾斜的玻璃组成。当屋面朝阳布置玻璃背阳布置时，可以避免阳光射进中庭。由于屋面是倾斜的，射向屋面的阳光将穿过玻璃反射到室内斜天棚表面，再由天棚反射到中庭底部，可见采用锯齿形天窗既可避免阳光直射，又能提高中庭的照度。倾斜玻璃比竖直玻璃面的采光效率高，所以在高纬度地区宜采用斜玻璃；而在低纬度地区有可能从斜玻璃面射进阳光时，宜改成竖直的玻璃面。  

    （六）其他形式的天窗  

    以上五种天窗是中庭天窗的基本形式。在工程设计中，还可结合具体的平面空间和不同的结构形式，在基本形式的基础上演变和创造出其他天窗形式。  

    三、中庭天窗构造  

中庭天窗构造  

    侧向进光的天窗构造与普通窗的构造有很多类似的地方。这里着重介绍顶部进光的玻璃顶构造，它由屋顶承重结构和玻璃面两部分构成。  

    （一）   玻璃顶的承重结构  

    玻璃顶的承重结构都是暴露在大厅上空的，结构断面应尽可能设计得小些，以免遮挡天窗光线。一般选用金属结构，用铝合金型材或钢型材制成，常用的结构型式有梁结构、拱结构、桁架结构、网架结构等。  

    （二）   玻璃采光面  

    用采光罩作玻璃光面时，采光罩本身具有足够的强度和刚度，不需要用骨架加强，只要直接将采光罩安装在玻璃屋顶的承重结构上即可。而其他形式的玻璃顶则是由若干玻璃拼成，所以必须设置骨架。大多数的玻璃顶,安装玻璃的骨架与屋顶承重结构是分开来设计的，即玻璃装在骨架上构成天窗标准单元，再将各单元装在承重结构上。跨度小的玻璃顶可将玻璃面的骨架与承重结构合并起来，即玻璃装在承重结构上，结构杆件就是骨架。  

    骨架一般采用铝合金或钢制作。骨架的断面形式应适合玻璃的安装固定，要便于进行密缝防水处理，要考虑积存和排除玻璃表面的凝结水，断面要细小不挡光。可以用专门轧制的型钢来作骨架，但钢骨架易锈蚀，不便于维修，现在多采用铝合金骨架，它可以挤压成任意断面形状，轻巧美观、挡光少、安装方便、防水密封性好、不易被腐蚀。  

    （三）   玻璃顶构造实例  

    下面举几个有典型意义的玻璃顶实例，进一步说明玻璃顶的构造。  

    玻璃顶平面尺寸为53.3m×42.7m，用井字形钢梁作玻璃顶承重结构，共有20个井格，每井格上安放一个10.7m×10.7m的方锥形玻璃顶。玻璃按25º倾斜面设置，采用铝型材骨架，玻璃四周的铝型材均带有积水槽，用来积存玻璃表面的凝结水。玻璃顶的檐部铝件也带有积水槽，以便将全部凝结水汇集到槽内再从出水孔排至天沟。  

    屋顶承重结构与天窗骨架合一，用铝型材制作，主要受力构件为顺水流方向的纵向型铝，它是断面较大的空心构件。垂直于水流方向的横向型铝通过连接件支承在纵向型铝上。透光材料采用双层空心丙烯酸酯有机玻璃，将它搁放在纵横型铝上再用型铝盖板卡紧，所以缝隙均嵌填密封胶条。  

    由于跨度小，屋顶用梁结构承重，槽形钢构件搁在梁上形成排水沟。天窗骨架采用T形断面的钢构件支承在排水沟上构成多坡式玻璃顶。坡面斜率为1:3，采用钢化玻璃，用油灰嵌固在骨架上。该玻璃顶全部用钢构件，取材容易，造价便宜，但应注意经常刷涂饰面涂料以防锈蚀。