風景園林建筑結構與構造設計方法探討

王　俊， 朱亞紅

(許昌學院 土木工程學院，河南 許昌 461000)

風景園林建筑結構與構造設計方法探討

王俊， 朱亞紅

(許昌學院 土木工程學院，河南 許昌 461000)

摘要：依據風景園林建筑的藝術性及可靠性要求，從結構計算與構造要求的角度闡述了該類建筑與普通工業與民用建筑之異同，指出了風景園林建筑的結構與構造設計思路.并結合典型工程從結構方案比選、結構設計思路、穩定性驗算、構造處理等方面指出了風景園林建筑設計時所應注意的問題.

關鍵詞：園林建筑；可靠性；結構設計；構造要求

當前，建筑結構設計采用的是以概率理論為基礎的基于結構可靠性能的設計理論.建筑師與結構師在處理建筑方案、結構設計及構造要求時均找到了良好的結合點：在結構計算時多采用大型結構設計軟件，如PKPM等輔助設計，特殊或復雜的結構設計時，還采用大型空間有限元軟件對結果進一步驗證，如Midas-gen等.因此，在普通的工業與民用建筑領域，由于結構設計方面的原因導致建筑結構失效的情況并不多，清華大學江見鯨教授研究統計結果表明，結構設計引起建筑結構失效僅占工程質量事故案例15%左右.

對于風景園林建筑，它們既是建筑物質產品，又有特定的藝術視覺需要，這就要求風景園林建筑應最大限度地利用周圍環境：位置的選擇上要因地制宜，結構外形上要更加靈活多變，與一般工業與民用建筑相比要更重視產品的造型和輪廓.而實際工程中，因結構或構造處理不當而造成相當數量的工程質量事故，這些在空間地理位置特殊性及結構造型多變性等對設計人員提出了較高的要求[1～3].

1風景園林建筑的結構與構造設計思路

由于高校專業培養方案形成的知識結構等原因，許多園林建筑設計工作者對建筑結構理論掌握不透，片面追求建筑造型效果，結構設計的不確定性因素增加，導致建筑結構喪失可靠性能的概率增加.同時風景園林建筑在結構設計時未有現成規范或類似的設計案例可供參考，結構與造型兩者間未能很好的融合.因此，園林建筑設計工作者處理建筑結構時應遵循相應的原則.

1.1擬定建筑方案時要充分考慮結構選型

在園林建筑設計工作中，應考慮園林建筑的觀賞性、藝術性及場地因素等方面的要求，往往有多種建筑方案可供選擇，同時也引發多種結構方案需要甄選，我們應遵循安全、美觀、經濟的原則來確定最優的結構方案.

1.2根據建筑方案確定結構計算簡圖

個異性是風景園林建筑的特征之一.對于造型或結構特殊的構筑物或建筑小品，我們必須根據方案的實際情況，確定結構計算簡圖.

1.3荷載統計分析

荷載分析我們一定要做到不重不漏，要分清荷載的類型、荷載作用的久暫、是有利載還是不利荷載，這關系到荷載分項系數和組合系數的確定[4].

1.4內力計算

根據結構計算簡圖確定相應的內力(剪力、彎矩、扭矩等)，而由于建筑造型的特殊性，扭矩計算有時較為重要，甚或扭矩是控制內力，我們要根據具體情況具體分析[5].

1.5確定結構處理方案

風景園林建筑由計算確定的結構配置可滿足結構的承載力安全性方面的要求，但構造的要求亦不可忽視.由于園林建筑所處空曠露天或依山傍水環境，受環境侵蝕嚴重，構造處理對建筑物耐久性影響猶大[2,6].

2風景園林建筑結構選型與設計方法

2.1結構方案的選定案例

某公園湖岸邊一游樂亭如圖1所示.根據建筑方案，有兩種結構方案可供選擇，方案一將游樂亭的一部分礎設置在湖中，方案二從岸邊設置懸挑結構以撐起亭子的湖面以上部分.兩種方案中方案一雖然看似簡單，但由于我們對湖底地質條件缺乏了解，這就增加了基礎處理難度及勘查所需要的費用，且由于水下作業而質量難于保證.方案二雖然結構計算復雜，但施工方便且質量易于保證，造價相對較低，可以認為方案二比較合適.

2.2結構穩定性驗算案例

在園林小品種中，有些假山或置石為了達到造型上的某種效果，結構的重心偏向一側或有較大懸挑石，這樣結構就存在傾覆的可能.因此我們從安全角度考慮需要對該類結構進行抗傾覆驗算，假山或置石的示意圖如圖2所示.

圖1　游樂亭方案比選

圖2　假山或置石示意圖

假山或置石是否會傾倒，應視W1對傾覆點A的力矩是否超過W2、W3對傾覆點A的抵抗傾覆力矩之和，同時我們還應考慮一定的安全度(盡管風荷載也可能產生抗傾覆力矩，但從安全角度考慮，只考慮風荷載產生傾覆力矩的情況)，根據力學原理我們可建立基本方程，如式(1)所示.

γG1·W1·L1≥γG2·W2·L2+γw·φw·W3·L3,

(1)

式中：W1—對抗傾覆有利的部分假山石重力荷載；

W2—產生傾覆力矩的部分假山石的重力荷載代表值；

W3—風荷載代表值，根據荷載規范W3=βZ·μZ·μS·W0·B，以及設計對象的具體情況,可以取風振系數βZ=1.0，風壓高度變化系數μZ可取1.4，風荷載體型系數μS可取1.3，基本風壓值W0可根據建筑物所處地區查表求出，假山迎風面寬度B可根據實際情況量測.L1、L2、L3如圖2所示.

考慮到園林建筑安全的重要性，對荷載取值進行安全處理，可取有利荷載的分項系數γG1=0.9，不利恒載的分項系數γG2=1.35，風荷載的分項系數γw=1.4，風荷載參與組合系數從更安全考慮取φw=1.0，式(1)可變為式(2)

0.9·W1·L1≥1.35·W2·L2+1.4·W3·L3.

(2)

總之，風景園林建筑設計，美觀及藝術效果是第一考慮因素，但安全與實用問題亦不可忽略.由園林建筑體量不大，經濟因素往往作為次要考慮的因素.我們在對荷載的統計分析時，一定要考慮荷載的種類及性質，這對我們進行荷載分項系數的確定乃至結構的安全十分重要.

2.3構造要求案例

現代建筑向密集、高層且多為屋頂綠化的方向發展.精巧、別致、風格獨特的屋頂花園或草皮屋頂是建筑與環境合作的精品.他們是建在建筑物的結構層、保溫隔熱層和屋頂防水層之上，與普通屋頂不同之處是增加了為植物生長所必需的構造做法，一般草皮屋面各層構造如圖3所示.構造處理是否得當對于建筑的適用性和耐久性至關重要，在屋頂花園或草皮屋頂中尤為明顯[7].

圖3　草坪屋頂的構造要求

2.3.1基質層(植物生長層)

植物基層的主要功能是滿足植物正常生長要求.為降低屋頂荷重，一般采用一種比天然土壤輕得多的混合土壤，同時還要求土壤具有足夠的養分.為保護種子，在生長層表面往往還要鋪一層沙礫覆蓋層、不僅可以防風、還可以在干旱季節時保護下面基質層中水分的作用，根據草的生長要求，該層的厚度一般為30～50 mm.

2.3.2排水蓄水層

排水蓄水層多采用砂礫，并在該層中鋪有膨脹粘土、浮石或泡沫塑料排水板、其主要功能是調節屋頂綠化層的含水量.雨水通過植物生長層迅速響下滲透防止植物根系處于過分潮濕的環境中；同時還可以把部分雨水儲存起來以供干旱季節植物生長之需.

2.3.3防水層

一般情況下植物根系具有較強的穿透能力.為防止對屋面密封層的損害，一般在排水蓄水層與密封層之間設一層抗穿透層，常用做法是在結構基層上作一層厚20 mm的1：3水泥砂漿找平層，再鋪一道復合防水材料.

2.3.4屋頂坡度

相關研究成果表明，為保證屋面能及時將剩余的水排走，屋頂最小坡度5°,適宜綠化的最佳坡度為5～15°.在此種情況下，一般通過結構找坡，這樣有利于降低屋面的荷載值.

3結語

風景園林建筑的設計不僅僅是一個造型視覺效果的美學問題，還是一個與建筑結構的可靠性能緊密相關的問題.在“大土木”教育背景下，我國目前高等教育中建筑學與建筑結構專業并未有做到應有的融合[7]，造成我們人才培養上有一些“硬傷”.這就為我們園林設計工作者提出許多新的課題：不僅要具有一定的美學觀念、審美能力、還應具有一定的結構設計理論知識的復合型知識結構.

參考文獻：

[1]姜虹，張丹，任君華.風景園林建筑結構與構造[M].北京:化學工業出版社，2010.

[2]馬輝.中國傳統風景園林橋設計理法研究[D].北京:北京林業大學，2006.

[3]周桂箐.風景園林建筑的功能和作用[J].北京工業大學學報，1995,21(6):46-51.

[4]建筑結構荷載規范(GB50009-2009)[S].北京:中國建筑工業出版社，2009.

[5]混凝土結構設計規范(GB50010-2010)[S].北京:中國建筑工業出版社，2010.

[6]黃金锜.風景建筑結構與構造[M].北京:中國林業出版社，1990.

[7]張歸良，季元.草皮屋頂建筑構造設計[J].建筑技術，2002,33(7):494-495.

[8]李軍.談園林教育與園林設計[J].園林，2011(7):44-47.

A Study on the Structural and Tectonic Design

of Scenery-park Buildings

WANG Jun, ZHU Ya-hong

(SchoolofCivilEngineering,XuchangUniversity,Xuchang461000,China)

Abstract:To meet the artistic quality and reliability of scenery-park buildings, this paper first studies the structural and tectonic differences between the common construction and the scenery-park buildings, then puts forward the principles on the design of scenery-park buildings, and further probes into the design of scenery-park buildings from the aspects of project planning, structural design, stability test, etc. with case studies.

Key words:stability; scenery-park building; structure design; tectonic

責任編輯：衛世乾

中圖分類號：TU986.4;TU312

文獻標識碼：A

文章編號：1671-9824(2015)02-0119-03

作者簡介：王俊(1975—)，男，河南光山人，副教授，博士后，研究方向：建筑結構基本理論.

基金項目：河南省教育廳科學技術研究重點項目(13B560239)

收稿日期：2013-11-20