女兒墻(英文名:parapet wall)是一個建筑專業術語,又稱孫女墻、壓檐墻、城垛子,指沿建筑物頂部邊緣修建的矮墻。主要作用除維護安全外,亦會在底處施作防水壓磚收頭,以避免防水層滲水、或是屋頂雨水漫流。
中國女兒墻的名稱來自古代文學中女墻、睥[pì]睨、女桓等詞,原指城墻上用于戰斗防御的鋸齒狀墻體,古代時期多作為城墻上的戰斗防御、架設武器用構造,后至明末清初發展為園林、建筑裝飾元素。西方“parapet wall”一詞來自希伯來語???????,早先羅馬時期指用于軍事偵察防御功能的建筑形式,文藝復興后發展為裝飾和安全要素。現當代語境中,中西方女兒墻均指建筑邊緣用于保護安全、防止漏水、風格裝飾等功能修建的功能矮墻。
女兒墻主要由壓頂、墻身和排水系統組成。根據建筑形態可分為連續等高女兒墻、城垛式女兒墻、矮墻式女兒墻、山花式女兒墻等等。墻體以阻止水流、降低屋頂壓差、避免應力集中、貝克原則等作為設計原理。建造過程前后均需注意溫差和不合理設計帶來的開裂、漏水等安全隱患。
命名
傳說故事
關于“女兒墻”的名稱由來有一個故事,傳說古時候有一位砌匠,砌匠在妻子意外去世后同女兒一起生活,因為工作繁忙總是把女兒帶在身旁。一次工作中,女兒因好奇心向外張望而不小心掉下屋頂身亡。砌匠發現后傷心欲絕,為了杜絕這種悲劇再次發生,他在屋頂砌了一圈矮墻,后世因此稱之為“女兒墻”。實際中建筑用語“女兒墻”這一叫法,由中國古代文學中 “女墻”“睥睨”“女桓”等詞演變而來。
中文詞源
現當代語境中建筑用語“女兒墻”這一叫法,由中國古代文學中 “女墻”“睥睨”“女桓”等詞演變而來。春秋戰國時期《左傳·襄公六年》中寫道“四月,晏弱城東陽而逐圍萊。甲寅,之環城,傅于”“堞,女墻也”,提及了女墻這一名稱。后發展至唐宋時期,女兒墻的含義逐漸廣泛,泛指所有建筑矮墻,出現了平頭形式的女兒墻。漢朝《釋名·釋宮室》書中寫道“城上垣,曰睥睨,亦曰女墻,言其卑小比之于城”,因古代女子地位底下,用女兒墻指代墻體的附屬小墻。宋朝建筑著作《營造法式》書中寫道“言其卑小,比之于城若女子之于丈夫”,這句話所指的是城墻邊上部升起的部分,將城墻與女兒墻的關系比作女子與丈夫。元末明初時期,古典名著《三國演義》第五十一回寫道“只見女墻邊虛所搠旌旗,無人守護”,用女墻一詞指代城墻頂部砌筑成的連續鋸齒狀的矮墻。明末清初時期,戲曲家李漁在《閑情偶記·居室部》中寫道“予以私意釋之,此名以內之及肩小墻,皆可以此名之。蓋女者,婦人未嫁之稱,不過言其纖小,若定指城上小墻,則登城御敵,豈婦人孺子之事哉?”,解釋了自己關于女兒墻的定義的觀點,認為女兒墻指的是城墻上矮小的墻體。女兒墻的含義拓寬至園林建筑中規范女性行為所建的小墻,其形態仿照女子“睥睨”姿態建而建筑,在明清古建筑中均可以見得。
英語翻譯
女兒墻普遍翻譯為“parapet”和“parpet wall”,然而根據《世界圖書詞典》《新編牛津美語大詞典》《麥夸里辭典》的解釋,“parapet”和“女兒墻”雖然均可以指代古代城墻邊緣修建用于在戰爭中保護士兵的矮墻,現代語境中指民用建筑或橋梁等邊緣修建的矮墻,但“parapet”還有指代橋梁和陽臺上修建的矮墻,其語義范圍大于中文的”女兒墻“,因而部分學者認為將“女兒墻”翻譯為“roof parpet”最能精準描述其功能與建造位置,即現代語義中建筑屋檐修建的防護功能矮墻。
歷史沿革
中國
春秋至元末
中國關于女兒墻的記載最早可追溯至春秋戰國時期(約公元前770年-公元前221年),女兒墻的發展自此直至明朝初期,均主要用于軍事防御,攻擊功能根據社會需求而增加,但是其主要的功能一直留存。春秋戰國時期的女兒墻形態隨戰斗形式和武器形態而變化,后發展至唐宋時期,出現了平頭形式的女兒墻。元末明初時期,女兒墻為符合斗爭需求呈現鋸齒狀,垛口上方設有眺望孔,墻體凹處架設兵器,既可以眺望遠方,又可以保護城內士兵安全。古代女兒墻作為國家防御建筑,因戰亂頻發、荒災不斷而被中國文人賦予了思鄉、懷舊和愛國的情懷。李賀曾寫“月落大堤上,女垣棲烏起”,劉長卿曾寫“官舍已空秋草沒,女墻猶在夜烏啼”,劉禹錫在《石頭城》中曾寫“淮河東邊舊時月,夜深還過女墻來”,均借女兒墻表達內心情思。
明清
明清時期(公元1368年至1911年)中央集權政權穩固,國家多民族和諧統一,女兒墻的建造不再以軍事防御為主要目的。受封建禮教文化影響,女兒墻多用于構建私密性、遵從性的空間布局,在保護安全的基礎功能之上,表現封建禮制傳統中的等級差異、尊卑關系和倫理約束。建筑材料與主體保持一致,傳統建筑以木泥為主要建筑材料,明朝開始使用磚石,墻體有發展自古代女兒墻瞭望孔的嵌花鏤空設計,不同地區采用具體不同的設計風格,與地方文化融合達到最佳的觀賞效果。山東魏氏莊園建于清光緒十六年至十九年,整體建筑結合了防御城垣與傳統北京四合院的建筑形式,女兒墻設有鋸齒形、直線形,部分中有鏤空,豐富了視覺觀感,是美感與功能結合的典范。
西方
西方的女兒墻最初在羅馬時代由大塊的大理石板構成,中間有打孔,整體為正方形或對稱圖案,用于軍事戰爭中的偵查和防御功能。中世紀時期女兒墻是戰爭系統的重要建筑形式,隨著小城市和土地領主的數量增加,為保護土地領主的豐厚家產,住房和城堡不僅設有架設炮塔的大型城墻,在外墻凸出處造呈鋸齒狀形態女兒墻,成為中世紀典型的城堡樣式,晚期哥特式女兒墻常采用城垛樣式。文藝復興時期,女兒墻很大程度被欄桿取代,成為調節建筑比例的重要構成,不再以防御為目的,而是防掉落的保護功能。當時建筑師追逐古希臘和古羅馬建筑風格風潮,流行以清晰的幾何形為特征的建筑外立面形式,為了追求更加和諧的比例關系,因此女兒墻作為墻頂的構件被納入到整體比例的控制,成為建筑圖繪的設計范圍中立面表達的語言。
現當代發展
現當代語境中,隨建筑設計重心逐漸轉向實用,中西方女兒墻均指建筑屋頂、陽臺等邊緣建造的矮墻,以鋼筋混凝土、鋼、鋁、玻璃等作為材料,為保護人身安全、美化建筑效果、避免防水層滲水、屋頂雨水漫流而建。20世紀現代主義法國建筑師勒·柯布西耶(Le Corbusier)在《新建筑五要素》一書中提出由女兒墻所建屋頂花園是建筑必需品,具有功能性、經濟性和建筑行,是現代建筑設計的獨特標志,從他的繪制草圖中可以看出女兒墻已經不再受外墻約束,成為平屋頂的獨立衍生物而存在。德國建筑師瓦爾特·格羅皮烏斯(Walter Gropius)建造包豪斯校舍屋頂時,設置高于屋頂平面的連續矮墻,通過對女兒墻高度的巧妙控制打造建筑的水平感。
結構功能
結構
女兒墻的組成要素為壓頂、墻身和排水系統。壓頂一般指代女兒墻頂部結構,包括陽臺翻邊的頂部、窗臺頂部披水板、坡度屋頂頂部的防水結構等等,為避免水流與女兒墻頂部直接接觸造成墻體基材發霉腐爛而建,有疏導水流的作用,部分設有避雷裝置保護建筑墻體。女兒墻常采用混凝土圈梁壓頂,圈梁厚度最小為120mm(根據江蘇省住宅工程質量通病控制標準),壓頂內側下端作滴水處理,以防止水滲入墻體。墻身范圍指壓頂以下到屋頂與外墻銜接的中間部分,分為內墻身與外墻身,根據上人需求與建筑需求有美觀效果,同時具有防水措施。排水系統主要由檐溝、雨水管兩部分構成,通過檐溝匯集屋頂平面與水,設置一定坡度將水引致排水管排出屋頂。
功能
主要功能
當代女兒墻的主要功能是保護人員的安全(針對上人女兒墻)、裝飾建筑立面、幫助建筑排水,其中不上人的女兒墻還具有固定油氈或固定防水卷材的作用。女兒墻作為屋頂上的欄桿或房屋外形處理的一種措施而建,配合整體建筑風格而設計,同時依據國家有關規定,建筑十層以上上人屋面女兒墻高度一般不得低于1.1m,欄桿高度應從所在樓地面或屋面至欄桿扶手頂面垂直高度計算,當底面有寬度大于或等于0.22m,且高度低于或等于0.45m的可踏部位時,應從可踏部位頂面起算,保障了屋頂作業人員的安全。女兒墻底處施作防水壓磚收頭(也就是常說的女兒墻泛水),將積水引致水落口,通過水落管排除,以避免防水層滲水和屋頂雨水漫流。
防火
除了上述的主要功能外,女兒墻還具有防火功能。在中國江南一帶的民居選用不燃材料,墻頂砌筑高度超過易燃的屋頂高度,從而形成熱輻射的屏障,防止火勢在相鄰建筑中蔓延。不同地區封火山墻的發展出多種不同樣式,分為“馬鞍墻”“馬頭墻”“牌坊墻”“拉弓墻”“人字形”等,作為“封火山墻”的女兒墻不僅有實用的防火功能,還有一定的裝飾作用。
主要類型
女兒墻存在多種分類方式。依據建筑材料分類,可分為鋼結構、鋼混結構、磚混結構、磚結構。具體到民居女兒墻按照功能可分為上人屋頂女兒墻和不上人女兒墻兩種類型。根據藝術風格分類,可分為西方文化風格女兒墻如巴洛克式女兒墻,中西方文化結合風格如寶瓶欄桿女兒墻,傳統文化女兒墻如晉中市女兒墻,以及民族特色女兒墻如西藏自治區女兒墻等。根據建筑形態可分為連續等高女兒墻、城垛式女兒墻、矮墻式女兒墻、山花式女兒墻等等。
工作原理
組織水流
女兒墻在建筑排水方面的作用是將屋頂的水在建筑屋面外邊緣處擋住,利用水在重力作用向下流的特性,將匯集的雨水導入指定排水系統排出建筑外部。女兒墻引導水流的作用不僅體現在屋頂整體排水方案上,還體現在墻頂的水流組織上,將防水層鋪滿墻頂且將女兒墻頂部向內傾斜并在墻內外兩個方向配合設計有滴水,可以避免水滲入墻體內,將水流快速遠離墻體并且不把建筑的內外立面弄臟。
降低屋頂壓差
女兒墻的存在可以有效地減小屋頂的壓力差,隨著女兒墻的高度增加,可以明顯降低屋頂邊緣的風壓差值,進而可以有效得減小風壓對屋頂邊緣和角部的破壞。實驗表明,當連續等高女兒墻高度h與建筑物高度H滿足h /(H+h)>0.23時,角部及迎風邊緣負值風壓可以減小 50%以上。女兒墻的存在,減少了屋頂邊緣的壓力差(具體見右圖),防止屋頂因風產生渦流而被吸走。
避免應力集中
設計女兒墻時在屋頂與女兒墻內側相接的邊緣處,為防水卷材留足伸縮的余量,以此避免因防水卷材的伸縮而對女兒墻造成的應力集中的問題。常規的方法是在轉角處放置斜塊,還可以用在轉角處固定海綿管代替斜塊的作法,這兩種方法,都是保證了各個控制層(防水層、隔汽層、保溫層)的連續性。
貝克原則
“貝克原則”(Baker Principle)是馬克思·貝克在《屋頂》書中針對女兒墻存在的普遍物理性的問題提出的解決方法的一個總結。該原則一共有四點:一是屋頂防水層要連續連通到壓頂下;二是空氣控制層要連續覆蓋屋頂和外墻構件;三是隔汽層要連續覆蓋屋頂和外墻構件;四是保溫層要連續覆蓋屋頂和外墻構件。
標準規范
關于女兒墻墻體設計有關標準條文規定:無拉接女兒墻當砌筑砂漿的強度等級不低于M2.5且厚度為240mm時,其突出屋面的高度,對整體性不良或非剛性結構的房屋不應大于0.5m,對剛性結構房屋的封閉女兒墻不宜大于0.9m。砌體女兒墻在人流入口和通道處應與主體結構錨固;非出入口無錨固的女兒墻高度,6°~8°時不宜超過0.5m,9°時應有錨固。防震縫處女兒墻應留有足夠的寬度,縫兩側的自由端應予以加強。
關于女兒墻構造設計有關標準條文規定:不上人屋面的女兒墻高度宜≤0.5m;當女兒墻上設護欄時,女兒墻護欄高度應≥1.1m,上人屋面高度不應該小于1300mm,建筑十層以上上人屋面女兒墻視為欄桿,高度一般不得低于1.1m,最高不得大于1.5m。供老人活動的屋頂平臺或屋頂花園,其屋頂女兒墻護欄高度不應小于1.1m;出平臺的屋頂突出物,其高度不應小于0.60m。欄桿高度應從所在樓地面或屋面至欄桿扶手頂面垂直高度計算,當底面有寬度大于或等于0.22m,且高度低于或等于0.45m的可踏部位時,應從可踏部位頂面起算。農房重建時,女兒墻等易倒塌構件的出屋面高度,不宜大于500mm。不應采用無錨固的磚砌鏤空女兒墻;非出入口無錨固砌體女兒墻的最大高度,超過0.5m時,人流出入口、通道處或9°時,出屋面砌體女兒墻應設置構造柱與主體結構錨固,構造柱間距宜取2.0~2.5m;砌體女兒墻內不宜埋設燈桿、旗桿、大型廣告牌等構件;因屋面板插入墻內而削弱女兒墻根部時應加強女兒墻與主體結構的連接;砌體女兒墻頂部應采用現澆的通長鋼筋混凝土壓頂;女兒墻在變形縫處應留有足夠的寬度,縫兩側的女兒墻自由端應予以加強高層建筑的女兒墻,不得采用砌體女兒墻。女兒墻應設置構造柱,構造柱間距不宜大于4m,構造柱應伸至女兒墻頂并與現澆鋼筋混凝土壓頂整澆在一起。
隱患與解決
常見問題
女兒墻雖然具有一定的保溫 、隔熱 、防水的作用,但是女兒墻裂縫與滲漏是常見的工程質量通病,主要表現在其根部和轉角處容易發生水平裂縫和斜向裂縫。在壓頂部分,容易發生垂直裂縫。表面的裂縫會影響建筑物的美觀,破壞整體的防水層,易引起屋面滲漏;在內,雨水侵入墻體后,一是影響墻面美觀,二是使內外墻裝飾層脫落,影響建筑物的使用功能和壽命。在冬季未閉合的裂縫,到夏季又疊加上少許新的增量,以某種累進方式逐年擴大并惡化,終至將壓頂及其周邊的水泥砂漿抹灰層拉斷,出現許多明顯的裂隙。在農村,屋頂女兒墻屬于豎向懸臂的非結構構件,其存在的安全隱患不容忽視。當女兒墻高度較大但缺少鋼筋混凝土構造柱、水平壓頂梁等構造措施時,地震時極易傾覆倒塌。在正常使用過程中,當有人員或重物傾靠時也存在一定危險。由于農戶經常在女兒墻上張拉繩索或支承木椽[chuán],以便晾曬衣物或搭設棚架,當遭遇大風、暴雨時,有將女兒墻拉倒、傾覆的可能。調查表明,散發腐蝕性粉塵較多的建筑物屋面上設置女兒墻后,在女兒墻處大量積聚粉塵,不易排除,加重腐蝕。
造成原因
室內外溫差大
女兒墻墻體裸露。冬夏季室內外溫差大,溫差引起不均勻伸縮與溫度應力使女兒墻開裂,裂縫又多集中在房屋的頂層女兒墻的根部。女兒墻上的壓頂圈梁一般在縱向的配筋只有較低,不能起到控制開裂的作用。因此在壓頂收縮的驅使下,女兒墻上部砌體開裂有加劇的趨勢。現澆鋼筋混凝土構件的圈梁與女兒墻砌體的膨脹系數不同,現澆鋼筋混凝土構件,其線膨脹系數約為10£/℃至14£/℃,而磚石砌體線膨脹系數約為5£/℃ 一8£/℃,由于兩者線膨脹系數相差較大,造成在同一部位會出現變形不協調的現象,線膨脹系數較小的磚砌體發生的變形較小,線膨脹系數較大的鋼筋混凝土圈梁發生的變形較大,磚砌體會對鋼筋混凝土圈梁產生約束作用,兩者在I結合部就會產生約束力與反約束力。對于女兒墻來說,鋼筋混凝土圈梁的剛度非常大,對圈梁基本沒有影響,從而對剛度比較小的女兒墻則產生作用,將女兒墻頂裂 、推出。在夏季最熱時,女兒墻磚砌體的膨脹與其干縮相抵消,一般不會產生較大的膨脹變形。而其上的壓頂混凝土則不然,經太陽直射,其表面溫度可達45℃,在壓頂長度膨脹下,這種應變可能將粘結的磚層推動,發生剪切變形而與底層分離,所產生的縱向位移以兩端為最大。
設計不合理
有的磚混結構建筑物縱墻長達數十米,未設計伸縮縫和轉角,不僅加大了女兒墻在冬夏的絕對伸縮值,并隨之加劇了女兒墻的開裂程度。頂層圈梁位置設計不當。未將頂層圈梁設置在屋面板下,而是設置在窗房屋的薄弱部位頂標高處,而外墻門窗是房屋比較薄弱的部位,窗頂圈梁受到墻體的約束,相比其它部位圈梁薄弱,在受外界溫度影響下極易產生熱脹變形的現象,從而使窗頂兩側的墻體出現水平或其他裂縫。未遵循設計規范規定。按規定,多層砌體房屋無錨女兒墻的最大高度0.5m。因此,女兒墻高度超過0.5m,就要每隔一定距離增設構造矮柱,并與女兒墻壓頂連成一體,以增強女兒墻的剛度。然而,多數設計的女兒墻高度超過0.5m,但未采取構造矮柱錨措施。建筑物平面形狀不規則,凹凸過大,會使質量中心與剛度中心偏移比較大;豎向設置大門、大窗,布置不規則,立面變化大,會使建筑物的整體剛度變得較差,易引起建筑物的不均勻沉降,從而導致女兒墻產生裂縫。
解決與預防
解決女兒墻產生裂縫或滲水問題,應先尋找原因,判斷情況后進行針對性處理。若出現小面積裂縫與滲漏,應清洗浮渣和灰塵等雜物,填入密封材料,去除起翹、松動、剝落的粉刷裝飾層,重新涂刷基層處理劑、涂抹防水涂料。若出現大面積裂縫與滲漏,首先清理滲漏部位,清洗補充粉刷裝飾層厚,剔除相應厚度的風化、損壞部分面層,用聚合物水泥或基層處理劑進行填充,噴涂防水涂料或涂抹聚合物水泥砂漿等。預防措施根據常見問題的原因而實施,主要為溫度控制、穩固保障和防水措施。針對溫度控制:女兒墻設有保溫隔熱層,采用磚混通風隔熱層的設計;屋面熱橋部位應做保溫處理,煙道口的保溫應采用巖棉等不燃材料,后用帶滴水鷹嘴的金屬壓頂板保護。針對穩固性:在工程設計中將頂層圈梁設計在下;重視砌筑質量,干磚在砌筑時提前2個小時澆水濕潤;在砌筑高度上一般控制在1.5m內,當大于1.5m時,沿柱高度方向約每隔500mm預留2φ6拉結鋼筋,使外墻砌體和鋼筋混凝土柱之間有良好的拉結,從而減小垂直方向的收縮,有利于避免產生水平方向的裂縫。針對防水措施:女兒墻泛水處設或進行多重防水處理,向內排水坡度不小于5%,壓頂內側下端作滴水處理。
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