結合城市屋頂的屋頂生態綠化改造方案設計分析

金挺

摘 要：相關研究表明，如果城市屋頂進行屋頂生態綠化改造，特別是在夏季能有效降低屋內氣溫。如果60%-80%城市屋頂進行屋頂生態綠化，基本就能抵消全城熱島效應，能有效降低城市運行能耗，節能減排，實現城市綠色發展和可持續發展。本文通過屋頂結構荷載理論分析和已有工程案例分析，并由此總結出一些屋頂生態綠化改造方案設計的經驗和理論。

關鍵詞：屋頂生態綠化改造;屋頂結構荷載;改造方案設計分析

相關研究表明，如果城市屋頂進行屋頂生態綠化改造，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、對屋頂起到隔熱和縮小冷熱溫差的作用，保護了屋頂。特別是在夏季能有效降低屋內氣溫，局部地區，實驗證明有屋頂綠化室內地面溫度比無屋頂綠化室內地面溫度降低近 15℃，室內降低溫度1.5℃以上。如果60%-80%城市屋頂進行屋頂生態綠化，基本就能抵消全城熱島效應，能有效降低城市運行能耗，節能減排，實現城市綠色發展和可持續發展，有著重要的意義。

很多地方，例如北京、上海和杭州等出臺相關規定鼓勵對城市屋頂，也就是建筑的第五立面進行屋頂生態綠化改造。城市屋頂成了最佳的進行屋頂生態綠化改造標的。但是改造中如何保證原有屋頂結構荷載的安全，并由此合理選擇最佳的屋頂生態綠化改造方案成為常見的問題。

一、建筑屋頂結構荷載分析

由于屋頂生態綠化改造，必然會增加相應生態綠化構造的荷載。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計時，建筑設計單位已考慮屋頂綠化相關荷載，不然按相關設計規范，建筑平屋頂是沒有相應生態綠化改造的荷載余量的。當下很多沒有經過建筑設計單位結構復核的屋頂綠化改造，在極端條件下是有結構安全隱患的。按國標《建筑結構荷載規范GB 50009-2012》規定，屋面均布活荷載標準值及其組合值系數、頻遇值系數和準永久值系數相關規定如下表（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綠化構造的荷載（注：按近似折算，實際需按相關規范計算）。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，留給屋頂生態綠化構造的荷載余量只有153kg/m2。

按國家行業規范《種植屋面工程技術規程JGJ 155-2013》5.1.4條規定：種植屋面的設計荷載除應滿足屋面結構荷載外，尚應符合下列規定：

1、簡單式種植屋面荷載不應小于1.0kN/m2，花園式種植屋面荷載不應小于3.0kN/m2，均應納入屋面結構永久荷載;

2、種植土的荷重應按飽和水密度計算;

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

由此可見，按屋頂生態綠化構造153kg/m2的荷載余量，只能設計施工簡單式種植屋面。

二、建筑屋頂生態綠化改造方案技術路線分析

目前現有建筑的屋頂主要有兩種類型，多孔預制板屋面和鋼筋混凝土屋面。2002年以后，國家出臺相關政策，全面禁止多孔預制板屋面的使用。

2002年以前，建筑多采用預制板屋面，根據荷載需要，選用相應荷載型號的樓板。在多孔預制板屋面上進行綠化，需要認真對房屋的結構作復核，查看梁、柱和基礎的結構情況，以確保承載的安全性。

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

對于荷載較重的棚架等景觀設施的集中載荷，需直接傳遞到建筑物的梁、柱等承重結構上。并經結構相關專業驗算復核。

按國家行業規范《種植屋面工程技術規程JGJ 155-2013》5.2.1條規定：種植平屋面的基本構造層次包括：基層、絕熱層、找坡（找平）層、普通防水層、耐根穿刺防水層、保護層、排（蓄）水層、過濾層、種植土層和植被層等（圖-1）。根據各地區氣候特點、屋面形式、植物種類等情況，可增減屋面構造層次。

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，結構荷載不變。

耐根穿刺防水層按國家行業規范《種植屋面工程技術規程JGJ 155-2013》5.1.10條規定，耐根穿刺防水層上應設置保護層，保護層應符合下列規定：

1、簡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的水泥砂漿作保護層。

2、花園式種植屋面宜采用厚度不小于40mm的細石混凝土作保護層。

3、地下建筑頂板種植應采用厚度不小于70mm的細石混凝土作保護層。

4、采用水泥砂漿和細石混凝土作保護層時，保護層下面應鋪設隔離層。

5、采用土工布或聚酯無紡布作保護層時，單位面積質量不應小于300g/m2。

6、采用聚乙烯丙綸復合防水卷材作保護層時，芯材厚度不應小于0.4mm。

7、采用高密度聚乙烯土工膜作保護層時，厚度不應小于0.4mm。

由于屋頂生態綠化改造荷載余量不高，耐根穿刺防水層按最有優解選擇聚乙烯丙綸復合防水卷材或者高密度聚乙烯土工膜做耐根穿刺防水層，結構荷載可以忽略不計，厚度為15mm～20mm的水泥砂漿作保護層，按2000kg/m3計算水泥砂漿密度，結構荷載為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構，重量可以忽略不計。

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。

所以，留給屋頂生態綠化改造，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、建筑屋頂生態綠化改造方案綠化方案分析

根據設計載荷的重量，屋頂綠化設計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，無法設置景觀土建設施。其培養基厚度一般不超過70mm。屋頂綠化靜荷載不超過100kg/m2，只能采用輕質種植基?？蔂I造簡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，可設置簡單景觀土建設施，如花壇、花盆等。其培養基厚度一般不超過150mm。屋頂荷載通常不超過200kg/m2。可營造簡單的屋頂綠化景觀。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，可設置較豐富景觀土建設施，如立體花壇、簡易廊架等。培養基厚度一般不超過300mm。屋頂綠化靜荷載不超過400kg/m2?？蔂I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，可設置豐富景觀土建設施，如噴水池、亭子、花墻、廊架等。培養基厚度可超過300mm。屋頂綠化靜荷載不超過500kg/m2?？蔂I造豐富的屋頂綠化景觀。

按屋頂生態綠化改造，種植土層和植被層的荷載余量113 kg/m2計算，只能采用超輕型屋頂綠化設計方案。并且必須采用輕質種植基，例如寶綠素等。

綜上所述，關于結合城市屋頂的屋頂生態綠化改造方案設計分析我們可以得到以下兩個結論：

一、屋頂生態綠化改造，除非建筑原來就設計和建有屋頂綠化，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安全隱患和風險。

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種植基的超輕型屋頂綠化設計方案。

參考文獻

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[6]河北宏正科技有限公司，屋頂綠化的荷載問題，http：//hongzhengkeji.com/？m=home&c=View&a=index&aid=113。