复折式屋顶计算器

复折式屋顶的优点与缺点

每一项设计选择都是有得有失。下表按因素逐一列出其中的权衡，采用本页其他示例相同的24英尺跨度和60°下段坡度。

双坡度法 与 半圆法

得到复折式屋顶横截面有两种常用方法，上方计算器以两个标签页的形式同时提供。二者的区别在于几何构造替你决定了多少参数。开始输入数据之前，先选好方法。

简单来说：如果你希望屋顶外观正统、并且不在意高度由几何关系替你决定，就选半圆法；如果你有具体的高度、净高要求或必须用完的木料长度，就选双坡度法。按半圆法建造的24英尺跨度屋顶，无论把下段坡度设为55°还是75°，屋脊高度都固定在12.00英尺——只有折点位置会变化。而在双坡度法下，同样24英尺的跨度可以做成任何高度：60°/25°的组合、折点位于半跨中点时得到13.19英尺；仅移动折点、不改变任何角度，高度就能在7.11英尺到19.27英尺之间变化。

复折式屋顶框架施工与折点接合

折点是复折式屋顶上双坡屋顶完全没有的部分，也是复折式屋顶最容易出问题的地方。它下方没有任何支撑。在双坡屋顶上，每根椽条都从墙上的一个承重点一直延伸到屋脊上的一个承重点，中间是一条直线，木料本身承受压力。而在复折式屋顶上，荷载传递路径要在半空中的折点处转折，这个接合处必须能够承受这个转折。

这里的力学关系值得说清楚。陡峭的下段椽条主要产生向下的推力，只有很小一部分是向外的。平缓的上段椽条主要产生向外的推力，向下的部分很小。这两个推力方向并不一致，二者之间的差值会让接合处产生转动趋势，把折点向外、向远离建筑中心的方向推。如果不加以约束，两侧的折点都会向外张开，屋脊下沉，屋顶会逐渐变平，趋近于一个平缓的双坡屋顶的形状。下面提到的每一个加固细节，都是为了阻止这一种运动。

图D展示了两个关键细节，均以60°的下段坡度绘制。左侧是折点本身。两根椽条在同一条垂直对接切口处相交——每根构件各切一刀，两刀都按同一条线标记——桁架每一面都有一块连接板跨接在这条切口上。虚线轮廓表示的是靠近观察者一侧的连接板，之所以画成虚线，是因为它位于木料前方，不在同一平面内。请注意紧固件的位置：它们分布在两根构件上，而不是集中在接合线附近，因为距离切口一英寸处的一颗钉子，对接合处真正需要的抗转动能力几乎没有贡献。在现场搭建的2×6桁架中，标准做法是使用半英寸胶合板或OSB板，沿每根椽条至少延伸12英寸，既涂胶又打钉；工厂预制桁架则用冲压钢板来完成同样的作用。

嵌在接合处凹角中的是檩条，图中以截面形式展示。它沿折点线贯穿整栋建筑的长度，把每一副桁架与相邻的桁架连接起来，防止任何单一接合处自行转动。檩条下方是系梁，用螺栓穿过两根椽条、固定在折点正下方——这才是直接抵抗张开变形的构件，在可居住的阁楼中它还兼作楼面搁栅，这也是为什么阁楼改造和折点加固往往需要一起设计。

右侧图展示的是同一根下段椽条落在墙顶板上的底部，它说明了一个让熟悉双坡屋顶框架的人感到意外的细节。鸟嘴形切口由一段水平的承坐切口（搭在墙顶板顶面）和一段垂直的踵切（贴住墙顶板外侧面）组成。这个切口的垂直深度等于承坐切口长度乘以 tan θ——所以在60°坡度下，仅2英寸长的承坐切口就已经削去了3.5英寸的椽条厚度。这就是为什么复折式屋顶的下段椽条只做短承坐切口，而不是贯穿整个墙顶板宽度的切口，也是为什么切口以上剩余的厚度需要按椽条厚度三分之二这一常用上限进行核算。这个细节一旦做错，就等于在檐口处又制造出一个铰点，与折点处的铰点相呼应。按坡度列出的鸟嘴形承坐切口深度列出了安全的承坐切口长度，复折式屋顶框架施工详解则介绍了整体吊装顺序——先立桁架，再装折点檩条，然后装系梁，最后铺屋面板。

结构要求——风荷载、雪荷载与建筑规范

在建筑规范中，复折式屋顶并不被当作一个整体屋面，而是被当作两个受力表现不同的坡面来对待，这也正是它值得专门核算、而不能想当然处理的原因。IRC（国际住宅规范）R802节涵盖椽条框架、跨度和连接方式，复折式屋顶按其中两段独立的椽条跨距分别进行核算——下段和上段各自进行跨度校核，任何一段都不能沿用另一段的允许长度。这些跨度校核会根据恒载——即屋面材料和框架构件自身的重量——加上活载来确定椽条规格，活载通常在少雪地区不低于20 psf，在北方寒冷气候中则更高。由美国木材协会（AWC）发布的NDS（国家设计规范）负责规范木构件和连接件本身，商业建筑或多户住宅则适用IBC（国际建筑规范）而非IRC。请核实当地AHJ（有管辖权的主管部门）采用的具体版本：佛罗里达州的修订条款将风荷载规定设定得远高于基础规范。美国土木工程师学会（ASCE）7号标准则提供风荷载和雪荷载的计算工况。

在风荷载方面，陡峭的下段坡面已经不再表现得像一个屋面。当坡度大于约60°时，ASCE 7会将该表面视为实质上垂直的墙面，因此迎风的下段坡面承受的是完整的墙面风压，而不是平缓屋面所受的部分上吸力，而最强的吸力恰好出现在气流分离的折点沿线。当设计风速超过约115 mph时，ASCE 7会将该场地划为强风区，当地规范要求每处椽条与墙顶板的连接节点都设置抗风夹或H形夹，并在折点处设置经过工程设计的连接板。下方受压、折点处受吸——这种组合正是复折式屋顶在飓风区口碑不佳的原因。问题不在于这种形状本身，而在于只用钉子固定、且没有连续传力路径直达地基的折点。

在雪荷载方面，受力情况几乎完全相反。陡峭的下段坡面几乎能把积雪全部滑落，因此接近全部的雪荷载都会落在平缓的上段坡面上，ASCE 7还会在坡度变化处额外叠加一项漂移附加荷载。实际结果是，上段椽条和折点连接通常由雪荷载决定规格，而下段椽条则由跨度决定规格。传统谷仓屋顶角度——67.5°配22.5°的组合——正是在多雪地区出于这个原因演化而来，在地面雪荷载较大的地方，它仍然是一个可靠的起点。复折式屋顶雪荷载工况和风荷载传力路径针对具体场地核算这些数字，谷仓屋顶参考资料则给出谷仓专用的跨度和间距数据。

相关工具

下面每个页面都针对计算中的某一部分做了更深入的展开，配有各自的表格和示例计算。