采光顶与天窗的概念

所谓采光顶即是以采光为基本目的的屋顶。

所谓天窗就是设置于建筑屋顶上用以采光和通风的窗。除了直接面对天空的水平向为主的天窗外，我们一般也把用于屋顶下的类似于常规立面窗的高侧窗也称为天窗。

一般从概念上来说，我们习惯于将成片的、透光面积占比较大的采光单元称为采光顶，而将面积占屋顶比例较小的、单元化的采光单元归结为天窗。某种程度上，采光顶也可以理解为众多天窗的组合。

采光顶简介

大面积的玻璃采光顶最早应该是从对日照要求高的植物园温室开始的。后来，采光顶逐渐在越来越多的民用建筑中出现，除了日照及采光外，更成为调节室内空间气氛的重要手段。现在，玻璃采光顶常见于宾馆、车站站房等建筑的共享中庭、大厅以及追求天然光的特定建筑空间。

欧洲老火车站常见的钢结构采光顶

穹窿形采光顶

采光顶的面板材料以玻璃最多，除此之外还可以采用聚碳酸酯板（PC板）、有机玻璃（PMMA）板等。

德国慕尼黑第20届奥运会场馆

建筑师：弗雷.奥拓

采用PMMA面板、索网支承结构的采光顶

采光顶面板的固定方式常有类似于玻璃幕墙的明框、结构胶粘隐框、半隐框框支承系统、点支式支撑系统等。

采光顶可用于封闭空间，也可用于需要遮挡风雨的非封闭空间。

采光顶的支承结构

采光顶的支承结构常有传统的钢筋混凝土、钢（桁架）梁式结构、单层或双层网架结构、索网结构等。

传统的钢筋混凝土井字梁结构，自然地将采光顶分割为众多的单元，更易于处理排水。虽然通透性较更为纤细的金属结构差，但形式更为规整。

传统建筑街区街道上空后加的采光顶，采用钢桁架支承结构，线条较多，但与古典建筑倒是较为协调。

法国巴黎音乐城的钢桁架支承采光顶

建筑师：包赞巴克

日本奈良百年会馆的钢桁架支承采光顶

建筑师：矶崎新

北京中国银行大厅

建筑师：贝聿铭

空间网架结构支承的采光顶

北京香山饭店大厅

建筑师：贝聿铭

空间网架结构支承的采光顶

英国伦敦大英博物馆加建

建筑师：诺尔曼.福斯特

单层网壳结构支撑的采光顶，更为轻盈优美，古典的、图案化的肌理同样与古典建筑形式非常融合。。

贝聿铭设计的柏林德国历史博物馆老馆（原军械库）中厅

以单层网壳结构（网壳下弦辅以张拉钢索形成共同受力结构）支承的采光顶，覆盖了原来约41m见方的庭院形成中厅，明亮、轻盈、简洁，现代与古典完美地融合在一起，单层网壳结构功不可没。

GMP事务所设计的柏林中央火车站的规则筒状网壳

构件化组装的网壳细节——网壳下弦辅以张拉钢索形成共同受力结构。

支承结构系统无疑是影响采光顶形式的重要因素，许多建筑师由于缺乏应有的结构知识或者由于工作繁忙而将这一控制过程转嫁给结构工程师或者专业的幕墙设计师，最终形成的效果让人不胜唏嘘。

某建筑中庭的采光顶，采用主次钢梁结构，由于缺乏应有的设计显得简陋不堪。同时，长行程的排水过程让透明玻璃显得污浊不堪。

采光顶的排水坡度

大面积的采光顶系统中防排水自然是设计重点，排水自然与坡度相关。实际上，除了满足排水的基本功能外，减少面板水渍、污垢的积聚更应该是建筑师注意的问题。

某建筑采光顶的实际效果

由于排水坡度太小，面板的挠曲导致积水在每块玻璃中部形成了圆形的污渍，十分影响观感。

大坡度的采光顶相对清洁多了

即使设计坡度如此之大，现实中仍可见一些建筑的采光顶上流水形成的污渍。因此，无论如何，日常清洁看来是必不可少的。

现行的JGJ255-2012《采光顶与金属屋面技术规程》规定采光顶（雨蓬）最小设计排水坡度不应小于3%，但即使满足此规定，在国内大部分地区空气较脏、污垢较多、不习惯于日常维护的情况下，我们推荐设计坡度越大越好！

除了坡度外，减少雨水在采光顶面板上的行程也是有效的减少污渍形成的有效手段。

荷兰海牙市政厅12层高的巨大中庭

建筑师：理查得·迈耶

采光顶被横梁分割为众多单元，减少了雨水的行程，同时排水坡度也较大，避免了污渍的积聚。

如果因为设计的原因选择排水行程较长的采光顶，即使坡度较大，如果平时打理不勤，同样会产生很多让人无法接受的污渍。此时，采用丝网印刷玻璃面板以减弱污渍的视觉明显程度是一个较好的选择。

北京南站大厅采光顶

由于采用点阵丝网印刷的玻璃面板，采光顶上的污渍几乎看不见了。

采光顶的热工性能

对于封闭空间的采光顶，热工性能是设计中需要考虑的问题。例如北京市地方标准DB11-687-2015《公共建筑节能设计标准.》规定甲类建筑围护结构顶部透光部位传热系数不大于2.0W/(m2·K)，太阳得热系数不大于0.35/0.30。这就需要采用中空玻璃、隔热型材获得良好的保温隔热性能。

为避免过度的太阳辐射，遮阳设施必不可少，可调节的外遮阳系统应该是最佳选择。

采光顶常见的内遮阳系统，如同室内窗帘，减少辐射热的效果远逊于外遮阳系统。

更为装饰化的采光顶内遮阳

美国华盛顿国家美术馆东馆的采光顶

建筑师：贝聿铭

内侧的白页遮阳，过滤了一定的日照，光线更为柔和，质感更为细腻，但隔绝辐射热的效果远不如外遮阳。

迎光面采用白色丝网印刷玻璃，屏蔽一定的日照辐射；背光面采用可开启的窗扇，更易于空气流动，也有利于排除上部的高温空气。

在采光顶外侧设置可调节遮阳白页片，可以适应更多的情况，遮阳效果最好。

大面积采光顶的二次设计以及施工同样重要，现实中有许多采光顶由于各种原因渗漏滴水（包括冷凝水）造成使用困扰的，因此选择合适的二次设计单位、施工单位至关重要！

对于某些仅仅希望引进适当自然光的建筑，使用天窗是更为简单的方式，使用近似于立面窗的高侧窗更能避免玻璃污渍的出现，更适合于空气较脏、平时不希望维护的建筑。

大进深工业厂房中常常出现的高侧窗（天窗）以及在此基础上发展出来的形式更为丰富的天窗采光屋面。

天窗相对于大面积采光顶的采光量要小，因此会产生一定的明暗对比，其产生的光影效果有些时候比直来直去的采光顶更有特色。

北京798艺术园区的典型的锯齿形天窗产生的光影效果

日本奈良百年会馆，采光天窗形成的明暗光影效果更为迷人。

关于天窗的设计还涉及许多内容，以后我们再辟文讲解。

本文作者褚智勇，东南大学建筑系工学学士，北京建筑工程学院建筑学硕士，教授级高级建筑师，一级注册建筑师，现任教于北京工业大学建筑与城市规划学院。曾著有建筑材料与构造类畅销书《建筑设计的材料语言》。

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