結(jié)合城市屋頂?shù)奈蓓斏鷳B(tài)綠化改造方案設(shè)計(jì)分析

金挺

摘 要：相關(guān)研究表明，如果城市屋頂進(jìn)行屋頂生態(tài)綠化改造，特別是在夏季能有效降低屋內(nèi)氣溫。如果60%-80%城市屋頂進(jìn)行屋頂生態(tài)綠化，基本就能抵消全城熱島效應(yīng)，能有效降低城市運(yùn)行能耗，節(jié)能減排，實(shí)現(xiàn)城市綠色發(fā)展和可持續(xù)發(fā)展。本文通過屋頂結(jié)構(gòu)荷載理論分析和已有工程案例分析，并由此總結(jié)出一些屋頂生態(tài)綠化改造方案設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)和理論。

關(guān)鍵詞：屋頂生態(tài)綠化改造;屋頂結(jié)構(gòu)荷載;改造方案設(shè)計(jì)分析

相關(guān)研究表明，如果城市屋頂進(jìn)行屋頂生態(tài)綠化改造，有以下幾大好處。一、寒冷分析保暖升溫效果顯著。二、炎熱夏天，屋頂綠化后能降低屋面溫度，提高空氣濕度。三、對(duì)屋頂起到隔熱和縮小冷熱溫差的作用，保護(hù)了屋頂。特別是在夏季能有效降低屋內(nèi)氣溫，局部地區(qū)，實(shí)驗(yàn)證明有屋頂綠化室內(nèi)地面溫度比無屋頂綠化室內(nèi)地面溫度降低近 15℃，室內(nèi)降低溫度1.5℃以上。如果60%-80%城市屋頂進(jìn)行屋頂生態(tài)綠化，基本就能抵消全城熱島效應(yīng)，能有效降低城市運(yùn)行能耗，節(jié)能減排，實(shí)現(xiàn)城市綠色發(fā)展和可持續(xù)發(fā)展，有著重要的意義。

很多地方，例如北京、上海和杭州等出臺(tái)相關(guān)規(guī)定鼓勵(lì)對(duì)城市屋頂，也就是建筑的第五立面進(jìn)行屋頂生態(tài)綠化改造。城市屋頂成了最佳的進(jìn)行屋頂生態(tài)綠化改造標(biāo)的。但是改造中如何保證原有屋頂結(jié)構(gòu)荷載的安全，并由此合理選擇最佳的屋頂生態(tài)綠化改造方案成為常見的問題。

一、建筑屋頂結(jié)構(gòu)荷載分析

由于屋頂生態(tài)綠化改造，必然會(huì)增加相應(yīng)生態(tài)綠化構(gòu)造的荷載。而擬改造建筑除非平屋頂上已有屋頂綠化，即擬改造建筑在建筑設(shè)計(jì)時(shí)，建筑設(shè)計(jì)單位已考慮屋頂綠化相關(guān)荷載，不然按相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范，建筑平屋頂是沒有相應(yīng)生態(tài)綠化改造的荷載余量的。當(dāng)下很多沒有經(jīng)過建筑設(shè)計(jì)單位結(jié)構(gòu)復(fù)核的屋頂綠化改造，在極端條件下是有結(jié)構(gòu)安全隱患的。按國(guó)標(biāo)《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范GB 50009-2012》規(guī)定，屋面均布活荷載標(biāo)準(zhǔn)值及其組合值系數(shù)、頻遇值系數(shù)和準(zhǔn)永久值系數(shù)相關(guān)規(guī)定如下表（表-1）：

由此可知，唯一可行的方案是將上人屋面改建成帶屋頂綠化的不上人平屋面，多出的屋頂荷載余量作為屋頂生態(tài)綠化構(gòu)造的荷載（注：按近似折算，實(shí)際需按相關(guān)規(guī)范計(jì)算）。按表一折算可知，上人屋面改建成帶屋頂綠化的不上人屋面屋面均布活荷載余量為：2.0Kn/m2-0.5 Kn/m2=1.5 Kn/m2，按近似折算為153kg/m2屋面荷載。所以分析可知，將上人屋面改建成帶屋頂綠化的不上人屋面，留給屋頂生態(tài)綠化構(gòu)造的荷載余量只有153kg/m2。

按國(guó)家行業(yè)規(guī)范《種植屋面工程技術(shù)規(guī)程JGJ 155-2013》5.1.4條規(guī)定：種植屋面的設(shè)計(jì)荷載除應(yīng)滿足屋面結(jié)構(gòu)荷載外，尚應(yīng)符合下列規(guī)定：

1、簡(jiǎn)單式種植屋面荷載不應(yīng)小于1.0kN/m2，花園式種植屋面荷載不應(yīng)小于3.0kN/m2，均應(yīng)納入屋面結(jié)構(gòu)永久荷載;

2、種植土的荷重應(yīng)按飽和水密度計(jì)算;

3、植物荷載應(yīng)包括初栽植物荷重和植物生長(zhǎng)期增加的可變荷載。初栽植物荷重應(yīng)符合下表（表-2）的規(guī)定。

由此可見，按屋頂生態(tài)綠化構(gòu)造153kg/m2的荷載余量，只能設(shè)計(jì)施工簡(jiǎn)單式種植屋面。

二、建筑屋頂生態(tài)綠化改造方案技術(shù)路線分析

目前現(xiàn)有建筑的屋頂主要有兩種類型，多孔預(yù)制板屋面和鋼筋混凝土屋面。2002年以后，國(guó)家出臺(tái)相關(guān)政策，全面禁止多孔預(yù)制板屋面的使用。

2002年以前，建筑多采用預(yù)制板屋面，根據(jù)荷載需要，選用相應(yīng)荷載型號(hào)的樓板。在多孔預(yù)制板屋面上進(jìn)行綠化，需要認(rèn)真對(duì)房屋的結(jié)構(gòu)作復(fù)核，查看梁、柱和基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)情況，以確保承載的安全性。

2002年以后，建筑多采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土屋面，整體性好，屋頂上種植植物不但不易發(fā)生滲漏，而且承載力強(qiáng)，屋頂綠化的荷載安全系數(shù)較大。

對(duì)于荷載較重的棚架等景觀設(shè)施的集中載荷，需直接傳遞到建筑物的梁、柱等承重結(jié)構(gòu)上。并經(jīng)結(jié)構(gòu)相關(guān)專業(yè)驗(yàn)算復(fù)核。

按國(guó)家行業(yè)規(guī)范《種植屋面工程技術(shù)規(guī)程JGJ 155-2013》5.2.1條規(guī)定：種植平屋面的基本構(gòu)造層次包括：基層、絕熱層、找坡（找平）層、普通防水層、耐根穿刺防水層、保護(hù)層、排（蓄）水層、過濾層、種植土層和植被層等（圖-1）。根據(jù)各地區(qū)氣候特點(diǎn)、屋面形式、植物種類等情況，可增減屋面構(gòu)造層次。

其中基層、絕熱層、找坡（找平）層、普通防水層可視為原建筑屋頂組成部分，結(jié)構(gòu)荷載不變。

耐根穿刺防水層按國(guó)家行業(yè)規(guī)范《種植屋面工程技術(shù)規(guī)程JGJ 155-2013》5.1.10條規(guī)定，耐根穿刺防水層上應(yīng)設(shè)置保護(hù)層，保護(hù)層應(yīng)符合下列規(guī)定：

1、簡(jiǎn)單式種植屋面和容器種植宜采用體積比為1：3、厚度為15mm～20mm的水泥砂漿作保護(hù)層。

2、花園式種植屋面宜采用厚度不小于40mm的細(xì)石混凝土作保護(hù)層。

3、地下建筑頂板種植應(yīng)采用厚度不小于70mm的細(xì)石混凝土作保護(hù)層。

4、采用水泥砂漿和細(xì)石混凝土作保護(hù)層時(shí)，保護(hù)層下面應(yīng)鋪設(shè)隔離層。

5、采用土工布或聚酯無紡布作保護(hù)層時(shí)，單位面積質(zhì)量不應(yīng)小于300g/m2。

6、采用聚乙烯丙綸復(fù)合防水卷材作保護(hù)層時(shí)，芯材厚度不應(yīng)小于0.4mm。

7、采用高密度聚乙烯土工膜作保護(hù)層時(shí)，厚度不應(yīng)小于0.4mm。

由于屋頂生態(tài)綠化改造荷載余量不高，耐根穿刺防水層按最有優(yōu)解選擇聚乙烯丙綸復(fù)合防水卷材或者高密度聚乙烯土工膜做耐根穿刺防水層，結(jié)構(gòu)荷載可以忽略不計(jì)，厚度為15mm～20mm的水泥砂漿作保護(hù)層，按2000kg/m3計(jì)算水泥砂漿密度，結(jié)構(gòu)荷載為40 kg/m2。

排（蓄）水層一般是由聚乙烯（HDPE）或 聚苯乙烯（PVC）制成的凹凸式中空立筋結(jié)構(gòu)，重量可以忽略不計(jì)。

過濾層一般采用既能透水又能過濾的聚酯纖維無紡布等材料，重量也可以忽略不計(jì)。

所以，留給屋頂生態(tài)綠化改造，種植土層和植被層的荷載余量只有：153kg/m2-40 kg/m2=113 kg/m2左右。

三、建筑屋頂生態(tài)綠化改造方案綠化方案分析

根據(jù)設(shè)計(jì)載荷的重量，屋頂綠化設(shè)計(jì)類型可以分為四種類型：

1、超輕型：屋頂綠化以草坪等地被植物為主，無法設(shè)置景觀土建設(shè)施。其培養(yǎng)基厚度一般不超過70mm。屋頂綠化靜荷載不超過100kg/m2，只能采用輕質(zhì)種植基?？蔂I(yíng)造簡(jiǎn)單的屋頂草坪綠化景觀。

2、輕型：屋頂綠化以草坪等地被植物為主，可設(shè)置簡(jiǎn)單景觀土建設(shè)施，如花壇、花盆等。其培養(yǎng)基厚度一般不超過150mm。屋頂荷載通常不超過200kg/m2。可營(yíng)造簡(jiǎn)單的屋頂綠化景觀。為常見屋頂綠化類型。

3、中型：屋頂綠化以樹冠矮小的花卉灌木植物為主，可設(shè)置較豐富景觀土建設(shè)施，如立體花壇、簡(jiǎn)易廊架等。培養(yǎng)基厚度一般不超過300mm。屋頂綠化靜荷載不超過400kg/m2?？蔂I(yíng)造較豐富的屋頂綠化景觀。

4、重型：屋頂綠化除了地被、灌木、藤蔓植物之外，還可種植一些小喬木，可設(shè)置豐富景觀土建設(shè)施，如噴水池、亭子、花墻、廊架等。培養(yǎng)基厚度可超過300mm。屋頂綠化靜荷載不超過500kg/m2。可營(yíng)造豐富的屋頂綠化景觀。

按屋頂生態(tài)綠化改造，種植土層和植被層的荷載余量113 kg/m2計(jì)算，只能采用超輕型屋頂綠化設(shè)計(jì)方案。并且必須采用輕質(zhì)種植基，例如寶綠素等。

綜上所述，關(guān)于結(jié)合城市屋頂?shù)奈蓓斏鷳B(tài)綠化改造方案設(shè)計(jì)分析我們可以得到以下兩個(gè)結(jié)論：

一、屋頂生態(tài)綠化改造，除非建筑原來就設(shè)計(jì)和建有屋頂綠化，不然只能將建筑屋頂為上人屋面的改建成帶屋頂綠化的不上人平屋面。將建筑屋頂為不上人屋面的改建成帶屋頂綠化的不上人平屋面具有相當(dāng)安全隱患和風(fēng)險(xiǎn)。

二、將建筑屋頂為上人屋面的改建成帶屋頂綠化的不上人平屋面，從屋頂荷載考量，屋頂綠化只能采用輕質(zhì)種植基的超輕型屋頂綠化設(shè)計(jì)方案。

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