屋頂綠化工程各要素的優(yōu)化設(shè)計探討

■ 向 欣 Xiang Xin

0 引言

屋頂綠化工程作為建筑工程與園林工程的交叉范疇，要求各專業(yè)彼此溝通協(xié)作來完成共同的工作。屋頂綠化工程中各要素包括以下幾個方面：建筑結(jié)構(gòu)的安全、屋面防滲漏措施和屋頂綠化形式等，屋頂綠化工程的優(yōu)化設(shè)計既要考慮各要素的優(yōu)化設(shè)計，又要滿足專業(yè)協(xié)調(diào)合作組成的一種新型的構(gòu)造體系，在這個統(tǒng)一的構(gòu)造體系中，各要素要有效協(xié)調(diào)，才能共同發(fā)揮作用。

1 屋頂綠化工程保證建筑結(jié)構(gòu)安全的優(yōu)化設(shè)計

1.1 合理估算屋頂綠化荷載

屋頂綠化荷載要與建筑結(jié)構(gòu)荷載的設(shè)計計算共同進(jìn)行，才能保障其建造成果的結(jié)構(gòu)安全性。一般上人屋頂在建筑結(jié)構(gòu)計算設(shè)計時都已預(yù)留人為活動所產(chǎn)生的活荷載，如要考慮屋面綠化或造園，建筑結(jié)構(gòu)須事先預(yù)留一部分屋面板所能承受的荷載范圍，例如：綠化設(shè)施（指種植土和防水、排水等構(gòu)造層次）和植物及造景材料的荷載，為后續(xù)建造提供安全保障。

屋面綠化單位面積荷載=種植基質(zhì)飽和水荷載+植物荷載+排蓄水板荷載

屋頂綠化工程荷載增加最為顯著的是種植土和植物重量。通過優(yōu)化種植土配比密度以及調(diào)整其厚度，配合植物類型選擇，把屋頂增加的荷載控制在安全范圍之內(nèi)。

屋頂綠化種植土深與荷重可參考圖1所示。

屋頂種植土層的荷載大小取決于種植土的容重與厚度。設(shè)計時植土的容重與厚度應(yīng)從以下幾個方面考慮：

（1）理想的種植土容重應(yīng)在0.1～0.9k/cm3，最好是0.5 k/cm3。同時大小孔隙比在1∶1.5～4.0，或有30%～50%的持水孔隙和15%～20%的通氣孔隙[1]。種植土需取其水飽和狀態(tài)下的重量值。

（2）種植土厚度并非越薄越好，應(yīng)根據(jù)植物的種類來確定土層厚度。淺根性的植物根部細(xì)根很多，且多為橫向延伸，需要的土層厚度較薄。深根性的植物根部粗而直且向下生長，需要土層厚度也相對較深。另外，屋頂較之地面風(fēng)荷較大，從植物的防風(fēng)和保水要求出發(fā)，也需要一定的種植深度。

1.2 屋頂綠化各項荷載的優(yōu)化分配

為保證建筑的安全和美觀性，屋頂綠化各項荷載應(yīng)進(jìn)行優(yōu)化分配。

（1）對照建筑屋面結(jié)構(gòu)與設(shè)備布置圖，結(jié)合植物栽種內(nèi)容，提供的綠化設(shè)施、園建內(nèi)容的多少，計算將會產(chǎn)生的荷載大小，做出相對合理的荷載計算結(jié)果，合理分布荷載。

（2）對于有較重的喬木和構(gòu)筑物，可設(shè)在屋頂承重柱子或梁所在的位置并用種植槽，估算荷載大小，確定覆土深度。

（3）對于復(fù)雜的花園式屋頂綠化，淺根型的草坪、花卉和灌木等可均勻種植于屋面板位置；若選擇種植較重喬木或建造水池假山等，應(yīng)把那些部分安置于建筑框架的柱子或屋面梁的上面，并要慎重構(gòu)建棚架支柱和建造亭子等園林建筑物。

（4）原有建筑屋頂加建綠化設(shè)施時，計算種植土總重量時要加上其能吸收水分的重量，一般種植土吸足水分的時候自重可增加20%～25%[2]；植物的重量還應(yīng)預(yù)留將來增長的重量，這樣得到綜合各項設(shè)施的總量。

2 屋頂綠化工程屋頂防漏的優(yōu)化設(shè)計

屋頂綠化工程屋頂防漏可從防水層設(shè)計與植物選擇兩面著手，本文僅探討防水層的優(yōu)化設(shè)計。

2.1 屋頂綠化工程整體防水構(gòu)造的優(yōu)化設(shè)計

建筑屋頂?shù)姆浪O(shè)計有鋼筋混凝土整體現(xiàn)澆的剛性防水和鋪設(shè)油氈或SBS高分子橡膠材料的柔性防水兩種方式。在建造屋頂花園時，目前較為普遍的方法是：在建筑屋面原有防水層之上，先鋪設(shè)一道具有阻根性能的防水膜，再在其上設(shè)排水層、過濾層以及輕質(zhì)人工植物栽培基質(zhì)。

2.1.1 建筑上加建屋頂綠化的整體防水設(shè)計

采用20厚細(xì)石混凝土塊或鋪設(shè)缸磚設(shè)成屋面構(gòu)造的保護(hù)層，平時它的作用是防止人為活動對屋頂構(gòu)造層次中的防水層產(chǎn)生破壞。構(gòu)建屋頂綠化設(shè)施時考慮到種植土中營養(yǎng)液體具有一定的酸堿度，對于油氈類防水層長期作用下會有一定的腐蝕作用。另外為防止植物根系扎傷防水層，預(yù)防上層排水隔離層中的碎石和卵石傷害防水層等，建議保留原建筑保護(hù)層，再在其上依次設(shè)置防水阻根層、排水層、過濾層及種植層等。這種做法雖然屋面自重增大了，但在防水阻根方面效果明顯，實際工程中如果種植層是草本或小型灌木類其防水層只要做兩氈三油即可，無需增設(shè)阻根膜。

2.1.2 事先計劃建造的屋頂綠化的整體防水設(shè)計

其防水設(shè)計應(yīng)當(dāng)比一般住宅防水要求高一級，為防止植物根系生長穿透防水層，這期間要著重做好防水防穿刺工作。所以在防水層之上增加一層阻根膜。這是屋頂防滲設(shè)計是否成功的保證。

2.2 屋頂綠化工程細(xì)部防水構(gòu)造的優(yōu)化設(shè)計

屋面并非平板一塊，上面有許多附加設(shè)備，這些細(xì)部構(gòu)造的防水層施工處理中泛水的構(gòu)造是最為典型的。據(jù)統(tǒng)計，70%的屋面細(xì)部防水層滲漏原因是由于泛水部分的防水構(gòu)造受到破壞而造成的[3]。這些易滲漏的薄弱部位要采用密封材料、防水涂料或卷材等互補(bǔ)并用，組成多道設(shè)防的局部節(jié)點(diǎn)補(bǔ)強(qiáng)[4]，才能有效防漏。

普通建筑物泛水部分的防水材料沿垂直屋面的墻體向上卷起的構(gòu)造高度規(guī)定：剛性防水屋面泛水的構(gòu)造高度要大于250mm，柔性防水屋面泛水構(gòu)造高度要大于200mm。如果按這種建筑常規(guī)做法，對于實施綠化的屋面而言，覆土常常會高于泛水高度，即便增設(shè)了阻根膜，部分植物發(fā)達(dá)的根系仍然可以向上生長，翻越阻根膜伸入到泛水的構(gòu)造縫隙中，破壞屋面防水造成屋面或墻體的滲漏。屋頂綠化時優(yōu)化設(shè)計的方案之一是：事先了解綠化形式，確定種植土厚度，以此為依據(jù)確定建筑屋面的泛水構(gòu)造高度，即需保證泛水構(gòu)造高度至少超出覆土表面250～300mm；屋頂綠化時優(yōu)化設(shè)計的方案之二是：對于已建的建筑，在上面進(jìn)行種植改造，建議在距泛水位置300mm處根據(jù)種植的需要設(shè)置擋墻，分隔種植區(qū)和泛水部分。或者干脆采用容器種植，避免引起漏水（圖2）。

3 屋頂綠化工程排水（儲水）層的優(yōu)化設(shè)計

屋頂綠化的排水（儲水）設(shè)計，要求排水層具備耐壓、透水、通氣的性能。既能夠排除多余積水，又能防止種植土的流失而且自重較輕。

傳統(tǒng)的屋頂綠化排水（儲水）層采用的是架空排水板（排疏板）的形式。它是采用高密度聚乙烯（PE）聚丙烯（PP）等塑料材質(zhì)制成，具有排除多余積水還具有儲水功能的作用。

作為疏排水優(yōu)化設(shè)計采用的是袋裝型排水層。它采用無紡布做成口袋（圖3），內(nèi)裝具有一定吸透水性的輕型骨料，如：陶粒、蛭石、礫石、珍珠巖、巖棉、赤玉土等（圖4）。口袋的大小根據(jù)種植面積來控制。依種植需要調(diào)配以上材料的比例，利用袋中粗糙粒徑間的空氣層，過濾積水防止土壤顆粒的下滲，并調(diào)節(jié)水分與空氣的流動，有利于土壤內(nèi)的透氣。由于袋裝內(nèi)材質(zhì)本身的吸水性還可以起到一定的儲水作用。

使用袋裝型排水層，施工起來也不太復(fù)雜，最主要的是后期翻動土層時不會改變該層構(gòu)造，即變更屋頂花園設(shè)計方案時取土與改變排水隔離層都各自分離，不會混淆。適用于屋面面積小，綠化區(qū)域不規(guī)則的情況。同時造價比排水板便宜。由于袋裝材料厚度與內(nèi)容可調(diào)整，對于淺根型草本和灌木可以依附其生長，可以起到排水（儲水）層、隔離層以及基質(zhì)層于一體的作用。

4 屋頂綠化工程種植基質(zhì)的優(yōu)化配制

屋頂綠化用種植土應(yīng)為自重輕、蓄水多、不易板結(jié)的人工輕質(zhì)土。通過優(yōu)化配制種植基質(zhì)，可確保屋頂植物在苛刻的生境下既能保證花木生長又盡量減輕屋頂上的附加荷載，達(dá)到四季長青，花開不斷的效果。

4.1 種植土優(yōu)化配制的要素分析

種植土優(yōu)化配制的基本原則是選擇重量輕、持水量大、通風(fēng)排水性好、營養(yǎng)適中的材料，種植土的養(yǎng)分、持水量、排水透氣性、吸水性等要素決定其優(yōu)劣。種植土的養(yǎng)分控制十分重要，既要保證植物存活又不要植物生長太快；為了兼顧種植土層既有較大的持水量，又有較好的排水透氣性，除了要注意材料本身的吸水性能外，還要注意材料粒徑的大小。一般大于2mm以上的粒子應(yīng)占總量的70%以上，小于0．5mm的粒子不能超過5%，做到大小粒徑介質(zhì)的合理搭配[5]。基質(zhì)的PH值在5.5～7.0之間為宜，基質(zhì)過肥會腐蝕屋面板結(jié)構(gòu)。人工配比土的常見有機(jī)質(zhì)材料如圖5所示。

4.2 種植基質(zhì)優(yōu)化配制的方法

（1）淺根型植物可配制容重介于0.1～0.5k/cm3的配比土，可選擇稻殼灰、鋸木屑、草炭、珍珠巖、泡沫有機(jī)樹脂制品等參入少量腐殖土，控制其水飽和容重在100～200kg/m3，這種配方土含鉀肥較多，通風(fēng)透水性能良好，是種植草坪、小型灌木的最佳栽培基質(zhì)。

（2）對于深根型植物，不單要考慮存活要求，還要起到固定根系作用。可配制容重介于0.5～0.9k/cm3的配比土，選擇腐葉、木炭、椰糠、蛭石參入適當(dāng)泥炭土、砂土等控制其水飽和容重為650～750kg/m2。這種配方土有一定的保肥能力，富含有機(jī)質(zhì)和微量元素，能滿足中小型喬木的生長要求。

5 結(jié)語

屋頂綠化工程，涉及的專業(yè)較多，它將建筑、結(jié)構(gòu)工程、建筑設(shè)備、園藝等幾門學(xué)科結(jié)合起來，雖然實際工作中各專業(yè)分工有其合理性，但是屋頂綠化工程畢竟是一項整體工程，如果各環(huán)節(jié)之間缺乏協(xié)調(diào)機(jī)制，各自為政，必然會造成不必要的浪費(fèi)。本文分別從屋頂綠化工程中涉及到的荷載安全、屋頂防漏、種植層防水阻根要求以及合理配制種植土等幾個要素探討其優(yōu)化設(shè)計的要求，是各要素綜合考慮的優(yōu)化設(shè)計，而不是把它們完全分隔開來考慮與應(yīng)用。因此，屋頂綠化工程中各要素在有效協(xié)調(diào)的基礎(chǔ)上進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計顯得極為重要。

[1]史正軍，雷江麗.輕型屋頂綠化栽培基質(zhì)的研究.深圳土木與建筑，2005(2).

[2]冷宇.屋頂綠化植物研究綜述.黑龍江農(nóng)業(yè)科學(xué),2008(2),145-14.

[3]安立偉.論屋頂花園（綠化）的防水設(shè)計.安徽：現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技，2009.(1).

[4]罩士巍.空中花園不是夢－屋頂綠化技術(shù)探討. 花園與設(shè)計，2005.(5).

[5]焦會玲，劉秀艷．屋頂綠化植物的栽培管理技術(shù)[J]．河北林業(yè)科技，2005.(4).