屋顶花园在旧建筑屋面中的设计分析

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。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。