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屋顶花园在旧建筑屋面中的设计分析
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内容提示：屋顶花园是城市绿化建设中新兴的、最有潜力的绿化方式之一。目前,许多城市出台了相应政策,以保证新建建筑的屋顶绿化率。大片的旧建筑屋顶增建屋顶花园工程,虽然市场潜力巨大,却乏人问津。从结构承重安全和屋顶防水、排水角度出发,探讨了旧建筑增建屋顶花园工程的设计思路,旨在为推动旧建筑增建屋顶花园技术的研究与应用提供参考。
0 前 言
近年来,生态建筑的概念越来越深入人们的生活。随着人们生活水平的提高,人们对工作和居住环境提出了更高的要求,使得增加城市绿化面积、改善日趋恶化的生存环境已成为急待解决的问题。当今,城市建筑快速发展,城市绿地面积逐年被无偿还的占用。城市高楼大厦林立,众多硬质铺装取代自然土壤和植被,其结果导致了城市生态平衡的失调。为了开拓城市绿化空间,很多大中城市都新建了大型的公园,但总的来说,水平方向的发展已不能满足需要。因此,在新建和改建的旧建筑物上开辟园林绿化场地,建造屋顶花园,是增加城市绿地面积的有效途径,也是人类可持续发展战略的重要组成部分。（参考《建筑中文网》）
1 屋顶花园建设发展的现状与前景
西方发达国家在20世纪60年代后,相继建造了各类规模的屋顶花园,如美国华盛顿水门饭店屋顶花园、英国爱尔兰人寿中心屋顶花园、加拿大温哥华凯泽资源大楼屋顶花园、德国霍亚市牙科诊所屋顶花园、日本同志社女子大学图书馆屋顶花园等。
日本东京明文规定,新建筑占地面积只要超过1000m2,屋顶的1/5必须为绿色植物所覆盖,否则,开发商就得接受罚款。国内如深圳、重庆、成都、广州、上海、长沙、兰州、武汉等城市,都已经对屋顶进行了开发。深圳是国内建造屋顶花园起步最早的城市,早在1999年,深圳市政府就出台了《深圳市屋顶美化绿化实施办法》,以扶持和引导屋顶花园的发展。
2004~2008年,《北京市城市环境建设规划》要求,北京市的高层建筑中,30%要进行屋顶绿化,低层建筑中,60%要进行屋顶绿化。目前,国内出台的国家园林城市标准规定,人均屋顶绿化面积必须达到0·5m2以上。由此可见,屋顶花园在我国城市已越来越受到重视。随着人们对城市居住环境要求的不断提高,屋顶绿化必然被更多的城市纳入规划建设中,发挥其巨大的优势。
但在目前,国内已建绿化屋顶面积所占比例偏小,如上海现有2亿m2屋顶,已建屋顶绿化仅为1万m2,而且多为新建房屋的屋顶绿化,大量的旧建筑屋顶闲置浪费。多年来,由于屋顶花园的建设一直没有一个标准模式和规范工艺,暴露出了很多缺陷和不足。比如:不能长时间防渗抗漏,水土流失,污染严重,植物配置不合理,荷载超标,建造成本过高等。尤其对旧建筑屋顶增建屋顶花园,由于原设计没有考虑屋顶花园荷载及排水,使得结构安全储备不足,排水管径不够,设计难度更大。一旦解决了这些难题,我国的屋顶花园建设必将得到前所未有的快速发展。
2 屋顶花园增建工程中存在的问题及解决对策
旧建筑屋顶上增建屋顶花园的关键技术问题:一是原建筑的结构承重能力;二是屋顶防水构造处理;三是种植物能否旺盛生长(此为园林专业种植技术,本文不作讨论)。
2.1 屋顶花园的荷载取值
近40年来,在各大、中城市修建的工业与民用建筑中,单元式多层住宅楼占了相当大的比重,这些建筑绝大多数采用钢筋混凝土结构平屋顶。平屋顶分为上人屋顶和不上人屋顶两种,坡屋顶均为不上人屋顶。一般情况下,对不上人平屋顶和坡屋顶建筑,其屋顶不能建造屋顶花园,但可以在屋面表面攀援各类绿化值物,起绿化作用而不上人。对上人屋顶,要实现旧屋顶改建花园工程,必须先验算原有建筑物的结构承重安全。在屋顶花园的结构设计中如何确定荷载,是结构设计需要解决的首要问题。
2.1.1 活载的确定
旧屋顶增建屋顶花园的活载宜取150kg/m2.即普通上人屋面活载,不宜在其上进行集会或演出.
2.1.2 静载的确定
屋顶花园的静载较为复杂,它包括种植区荷载盆花及花池荷载、园林水体荷载、假山及雕塑、小品及园林建筑,其中后四种荷载的确定,可根据实际情况按现规范取值,设计时可施加到建筑物的梁、柱或承重墙上,在此主要考虑种植区荷载的确定。
2.1.3 种植区的荷载
种植区的荷载,包括种植物、种植土、过滤、排水层的荷载,其关键是确定种植物的荷载及种植土的荷载。
(1)地被植物、花灌木和乔木的荷重目前,国内无完整的资料,根据外国资料,地被植物、花灌木的荷重见表1。
表1 地被植物、花灌木的荷重
序号 种植物种类 荷载/(kg/m2)
1 地被草坪 5.
2 低短灌木和小丛木本植物 10.
3 长成灌木和1.5m高的灌木 20.
(2)种植土及其荷载
不同植物生长及生育所需土层的最小厚度均不同,植物在屋顶上由于风载较大,从植物防风要求也需要一定的种植深度。综合以上因素,屋顶花园种植区土层厚度与荷载值见表2。
表2 种植区土层厚度与荷载值
类别 地被 花卉及小灌木.
植物生存种植土最小厚度/cm 15 30.
植物生育种植土最小厚度/cm 30 45.
排水层厚度/cm - 10.
平均荷载(生存)/(kg/m2) 150 300.
(3)排水层荷载
厚度一般为100~200mm。卵石、砾石和粗砂的容重为2000~2500kg/m3,陶粒为600kg/m3,采用塑料空心制品时,重量更轻。
另外,种植区内除种植土、排水层外,还有过滤层、防水层和找平层等,在计算屋顶花园荷载时,可统一算入种植土的重量,以省略繁杂的小项荷载计算工作。
2.2 减轻屋顶荷重的方法
屋顶荷载的减轻:一方面要借助于挖掘旧建筑平屋顶的承载潜力,减轻结构自重和结构自防水问题;另一方面要减轻屋顶所需“绿化材料”的自重。如果能将上述两方面结合考虑,使屋顶建筑的功能与绿化的效果完全一致,既能隔热保温,又能减缓柔性防漏材料的老化,一举两得。具体方法简述如下。
2.2.1 开发轻质屋顶栽培介质
屋顶种植区采用人工合成种植土,不仅可大大减轻屋顶荷重,而且,可根据各类植物生长的需要配制养分充足、酸碱性适合的种植土。目前,比较常用的屋顶轻质材料有草炭、珍珠岩、木屑、蛭石等。这些基质每立方米重量在几百千克内,大大低于普通泥土8t/m3的重量。
日本的人工轻量土栽培技术处于世界领先水平,现已形成自然土壤法、改良土壤法、人工轻量法和薄层人工轻量法这几种屋顶绿化模式。其中,采用灌溉型的人工轻量法,种植地被类植物时,土重加植物荷重仅74kg/m2;种植灌木类时,荷重为123kg/m2。我国在20世纪60年代开始研究屋顶花园及相关技术,于近几年开始研究用于屋顶绿化的轻量土栽培技术。例如:上海农科院生态保护研究所开展了关于轻型平屋顶绿化技术的研究,北京园林科研所在2001年引进了韩国三逊株式会社的超轻量绿化用无机基质等。开发适合我国国情、气候的轻质屋顶绿化基质,已成为当务之急。
2.2.2 合理选择植被
植被材料尽量选用一些中、小型花、灌木以及地被植物、草坪等,少用大乔木。
2.2.3 采用轻质排水层材料
建筑陶粒是比较理想的材料。首先它较轻,容重为600kg/m2,仅为砾石的1/3。而且,由于它用黏土烧制而成,颗粒大小均匀,使得陶粒间孔隙较大,利于通气、蓄水。
2.2.4 合理设置建筑小品及排灌系统
(1)设置园林小品及选用轻质材料,如竹、木、铝材、玻璃钢等制作小品(如凉亭、棚架、假山石、室外家具及灯饰)等。可采用镀锌钢管作为棚架立柱,立柱下须焊一方型钢板,使荷载分解。景点负载大时,应用井字形槽钢于底部,使景点整体荷载分解。在屋顶上建造较大型的假山置石时,应采用塑假石做法。塑石可用钢丝网水泥砂浆塑成或用玻璃钢成型。这样,既取得较好造景效果,又减轻了屋顶结构的荷重。
(2)其他用塑料材料制作排灌系统及种植池。
(3)合理布置承重,把较重物件,如亭台、假山、水池、花架等安排在建筑物主梁、柱、承重墙等主要承重构件上,以利用荷载传递,提高安全系数。
(4)减轻防水层重量,如选用较轻的三元乙丙防水布等。
(5)减轻过滤层重量,尽量选用轻质材料,如用玻璃纤维布作过滤层比粗沙要轻。
近年来,生态建筑的概念越来越深入人们的生活。随着人们生活水平的提高,人们对工作和居住环境提出了更高的要求,使得增加城市绿化面积、改善日趋恶化的生存环境已成为急待解决的问题。当今,城市建筑快速发展,城市绿地面积逐年被无偿还的占用。城市高楼大厦林立,众多硬质铺装取代自然土壤和植被,其结果导致了城市生态平衡的失调。为了开拓城市绿化空间,很多大中城市都新建了大型的公园,但总的来说,水平方向的发展已不能满足需要。因此,在新建和改建的旧建筑物上开辟园林绿化场地,建造屋顶花园,是增加城市绿地面积的有效途径,也是人类可持续发展战略的重要组成部分。（参考《建筑中文网》）
1 屋顶花园建设发展的现状与前景
西方发达国家在20世纪60年代后,相继建造了各类规模的屋顶花园,如美国华盛顿水门饭店屋顶花园、英国爱尔兰人寿中心屋顶花园、加拿大温哥华凯泽资源大楼屋顶花园、德国霍亚市牙科诊所屋顶花园、日本同志社女子大学图书馆屋顶花园等。
日本东京明文规定,新建筑占地面积只要超过1000m2,屋顶的1/5必须为绿色植物所覆盖,否则,开发商就得接受罚款。国内如深圳、重庆、成都、广州、上海、长沙、兰州、武汉等城市,都已经对屋顶进行了开发。深圳是国内建造屋顶花园起步最早的城市,早在1999年,深圳市政府就出台了《深圳市屋顶美化绿化实施办法》,以扶持和引导屋顶花园的发展。
2004~2008年,《北京市城市环境建设规划》要求,北京市的高层建筑中,30%要进行屋顶绿化,低层建筑中,60%要进行屋顶绿化。目前,国内出台的国家园林城市标准规定,人均屋顶绿化面积必须达到0·5m2以上。由此可见,屋顶花园在我国城市已越来越受到重视。随着人们对城市居住环境要求的不断提高,屋顶绿化必然被更多的城市纳入规划建设中,发挥其巨大的优势。
但在目前,国内已建绿化屋顶面积所占比例偏小,如上海现有2亿m2屋顶,已建屋顶绿化仅为1万m2,而且多为新建房屋的屋顶绿化,大量的旧建筑屋顶闲置浪费。多年来,由于屋顶花园的建设一直没有一个标准模式和规范工艺,暴露出了很多缺陷和不足。比如:不能长时间防渗抗漏,水土流失,污染严重,植物配置不合理,荷载超标,建造成本过高等。尤其对旧建筑屋顶增建屋顶花园,由于原设计没有考虑屋顶花园荷载及排水,使得结构安全储备不足,排水管径不够,设计难度更大。一旦解决了这些难题,我国的屋顶花园建设必将得到前所未有的快速发展。
2 屋顶花园增建工程中存在的问题及解决对策
旧建筑屋顶上增建屋顶花园的关键技术问题:一是原建筑的结构承重能力;二是屋顶防水构造处理;三是种植物能否旺盛生长(此为园林专业种植技术,本文不作讨论)。
2.1 屋顶花园的荷载取值
近40年来,在各大、中城市修建的工业与民用建筑中,单元式多层住宅楼占了相当大的比重,这些建筑绝大多数采用钢筋混凝土结构平屋顶。平屋顶分为上人屋顶和不上人屋顶两种,坡屋顶均为不上人屋顶。一般情况下,对不上人平屋顶和坡屋顶建筑,其屋顶不能建造屋顶花园,但可以在屋面表面攀援各类绿化值物,起绿化作用而不上人。对上人屋顶,要实现旧屋顶改建花园工程,必须先验算原有建筑物的结构承重安全。在屋顶花园的结构设计中如何确定荷载,是结构设计需要解决的首要问题。
2.1.1 活载的确定
旧屋顶增建屋顶花园的活载宜取150kg/m2.即普通上人屋面活载,不宜在其上进行集会或演出.
2.1.2 静载的确定
屋顶花园的静载较为复杂,它包括种植区荷载盆花及花池荷载、园林水体荷载、假山及雕塑、小品及园林建筑,其中后四种荷载的确定,可根据实际情况按现规范取值,设计时可施加到建筑物的梁、柱或承重墙上,在此主要考虑种植区荷载的确定。
2.1.3 种植区的荷载
种植区的荷载,包括种植物、种植土、过滤、排水层的荷载,其关键是确定种植物的荷载及种植土的荷载。
(1)地被植物、花灌木和乔木的荷重目前,国内无完整的资料,根据外国资料,地被植物、花灌木的荷重见表1。
表1 地被植物、花灌木的荷重
序号 种植物种类 荷载/(kg/m2)
1 地被草坪 5.
2 低短灌木和小丛木本植物 10.
3 长成灌木和1.5m高的灌木 20.
(2)种植土及其荷载
不同植物生长及生育所需土层的最小厚度均不同,植物在屋顶上由于风载较大,从植物防风要求也需要一定的种植深度。综合以上因素,屋顶花园种植区土层厚度与荷载值见表2。
表2 种植区土层厚度与荷载值
类别 地被 花卉及小灌木.
植物生存种植土最小厚度/cm 15 30.
植物生育种植土最小厚度/cm 30 45.
排水层厚度/cm - 10.
平均荷载(生存)/(kg/m2) 150 300.
(3)排水层荷载
厚度一般为100~200mm。卵石、砾石和粗砂的容重为2000~2500kg/m3,陶粒为600kg/m3,采用塑料空心制品时,重量更轻。
另外,种植区内除种植土、排水层外,还有过滤层、防水层和找平层等,在计算屋顶花园荷载时,可统一算入种植土的重量,以省略繁杂的小项荷载计算工作。
2.2 减轻屋顶荷重的方法
屋顶荷载的减轻:一方面要借助于挖掘旧建筑平屋顶的承载潜力,减轻结构自重和结构自防水问题;另一方面要减轻屋顶所需“绿化材料”的自重。如果能将上述两方面结合考虑,使屋顶建筑的功能与绿化的效果完全一致,既能隔热保温,又能减缓柔性防漏材料的老化,一举两得。具体方法简述如下。
2.2.1 开发轻质屋顶栽培介质
屋顶种植区采用人工合成种植土,不仅可大大减轻屋顶荷重,而且,可根据各类植物生长的需要配制养分充足、酸碱性适合的种植土。目前,比较常用的屋顶轻质材料有草炭、珍珠岩、木屑、蛭石等。这些基质每立方米重量在几百千克内,大大低于普通泥土8t/m3的重量。
日本的人工轻量土栽培技术处于世界领先水平,现已形成自然土壤法、改良土壤法、人工轻量法和薄层人工轻量法这几种屋顶绿化模式。其中,采用灌溉型的人工轻量法,种植地被类植物时,土重加植物荷重仅74kg/m2;种植灌木类时,荷重为123kg/m2。我国在20世纪60年代开始研究屋顶花园及相关技术,于近几年开始研究用于屋顶绿化的轻量土栽培技术。例如:上海农科院生态保护研究所开展了关于轻型平屋顶绿化技术的研究,北京园林科研所在2001年引进了韩国三逊株式会社的超轻量绿化用无机基质等。开发适合我国国情、气候的轻质屋顶绿化基质,已成为当务之急。
2.2.2 合理选择植被
植被材料尽量选用一些中、小型花、灌木以及地被植物、草坪等,少用大乔木。
2.2.3 采用轻质排水层材料
建筑陶粒是比较理想的材料。首先它较轻,容重为600kg/m2,仅为砾石的1/3。而且,由于它用黏土烧制而成,颗粒大小均匀,使得陶粒间孔隙较大,利于通气、蓄水。
2.2.4 合理设置建筑小品及排灌系统
(1)设置园林小品及选用轻质材料,如竹、木、铝材、玻璃钢等制作小品(如凉亭、棚架、假山石、室外家具及灯饰)等。可采用镀锌钢管作为棚架立柱,立柱下须焊一方型钢板,使荷载分解。景点负载大时,应用井字形槽钢于底部,使景点整体荷载分解。在屋顶上建造较大型的假山置石时,应采用塑假石做法。塑石可用钢丝网水泥砂浆塑成或用玻璃钢成型。这样,既取得较好造景效果,又减轻了屋顶结构的荷重。
(2)其他用塑料材料制作排灌系统及种植池。
(3)合理布置承重,把较重物件,如亭台、假山、水池、花架等安排在建筑物主梁、柱、承重墙等主要承重构件上,以利用荷载传递,提高安全系数。
(4)减轻防水层重量,如选用较轻的三元乙丙防水布等。
(5)减轻过滤层重量,尽量选用轻质材料,如用玻璃纤维布作过滤层比粗沙要轻。
原文网址：http://www.pipcn.com/research/201011/14525.htm
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