结合城市屋顶的屋顶生态绿化改造方案设计分析

金挺

摘 要：相关研究表明，如果城市屋顶进行屋顶生态绿化改造，特别是在夏季能有效降低屋内气温。如果60%-80%城市屋顶进行屋顶生态绿化，基本就能抵消全城热岛效应，能有效降低城市运行能耗，节能减排，实现城市绿色发展和可持续发展。本文通过屋顶结构荷载理论分析和已有工程案例分析，并由此总结出一些屋顶生态绿化改造方案设计的经验和理论。

关键词：屋顶生态绿化改造;屋顶结构荷载;改造方案设计分析

相关研究表明，如果城市屋顶进行屋顶生态绿化改造，有以下几大好处。一、寒冷分析保暖升温效果显著。二、炎热夏天，屋顶绿化后能降低屋面温度，提高空气湿度。三、对屋顶起到隔热和缩小冷热温差的作用，保护了屋顶。特别是在夏季能有效降低屋内气温，局部地区，实验证明有屋顶绿化室内地面温度比无屋顶绿化室内地面温度降低近 15℃，室内降低温度1.5℃以上。如果60%-80%城市屋顶进行屋顶生态绿化，基本就能抵消全城热岛效应，能有效降低城市运行能耗，节能減排，实现城市绿色发展和可持续发展，有着重要的意义。

很多地方，例如北京、上海和杭州等出台相关规定鼓励对城市屋顶，也就是建筑的第五立面进行屋顶生态绿化改造。城市屋顶成了最佳的进行屋顶生态绿化改造标的。但是改造中如何保证原有屋顶结构荷载的安全，并由此合理选择最佳的屋顶生态绿化改造方案成为常见的问题。

一、建筑屋顶结构荷载分析

由于屋顶生态绿化改造，必然会增加相应生态绿化构造的荷载。而拟改造建筑除非平屋顶上已有屋顶绿化，即拟改造建筑在建筑设计时，建筑设计单位已考虑屋顶绿化相关荷载，不然按相关设计规范，建筑平屋顶是没有相应生态绿化改造的荷载余量的。当下很多没有经过建筑设计单位结构复核的屋顶绿化改造，在极端条件下是有结构安全隐患的。按国标《建筑结构荷载规范GB 50009-2012》规定，屋面均布活荷载标准值及其组合值系数、频遇值系数和准永久值系数相关规定如下表（表-1）：

由此可知，唯一可行的方案是将上人屋面改建成带屋顶绿化的不上人平屋面，多出的屋顶荷载余量作为屋顶生态绿化构造的荷载（注：按近似折算，实际需按相关规范计算）。按表一折算可知，上人屋面改建成带屋顶绿化的不上人屋面屋面均布活荷载余量为：2.0Kn/m2-0.5 Kn/m2=1.5 Kn/m2，按近似折算为153kg/m2屋面荷载。所以分析可知，将上人屋面改建成带屋顶绿化的不上人屋面，留给屋顶生态绿化构造的荷载余量只有153kg/m2。

按国家行业规范《种植屋面工程技术规程JGJ 155-2013》5.1.4条规定：种植屋面的设计荷载除应满足屋面结构荷载外，尚应符合下列规定：

1、简单式种植屋面荷载不应小于1.0kN/m2，花园式种植屋面荷载不应小于3.0kN/m2，均应纳入屋面结构永久荷载;

2、种植土的荷重应按饱和水密度计算;

3、植物荷载应包括初栽植物荷重和植物生长期增加的可变荷载。初栽植物荷重应符合下表（表-2）的规定。

由此可见，按屋顶生态绿化构造153kg/m2的荷载余量，只能设计施工简单式种植屋面。

二、建筑屋顶生态绿化改造方案技术路线分析

目前现有建筑的屋顶主要有两种类型，多孔预制板屋面和钢筋混凝土屋面。2002年以后，国家出台相关政策，全面禁止多孔预制板屋面的使用。

2002年以前，建筑多采用预制板屋面，根据荷载需要，选用相应荷载型号的楼板。在多孔预制板屋面上进行绿化，需要认真对房屋的结构作复核，查看梁、柱和基础的结构情况，以确保承载的安全性。

2002年以后，建筑多采用现浇钢筋混凝土屋面，整体性好，屋顶上种植植物不但不易发生渗漏，而且承载力强，屋顶绿化的荷载安全系数较大。

对于荷载较重的棚架等景观设施的集中载荷，需直接传递到建筑物的梁、柱等承重结构上。并经结构相关专业验算复核。

按国家行业规范《种植屋面工程技术规程JGJ 155-2013》5.2.1条规定：种植平屋面的基本构造层次包括：基层、绝热层、找坡（找平）层、普通防水层、耐根穿刺防水层、保护层、排（蓄）水层、过滤层、种植土层和植被层等（图-1）。根据各地区气候特点、屋面形式、植物种类等情况，可增减屋面构造层次。

其中基层、绝热层、找坡（找平）层、普通防水层可视为原建筑屋顶组成部分，结构荷载不变。

耐根穿刺防水层按国家行业规范《种植屋面工程技术规程JGJ 155-2013》5.1.10条规定，耐根穿刺防水层上应设置保护层，保护层应符合下列规定：

1、简单式种植屋面和容器种植宜采用体积比为1：3、厚度为15mm～20mm的水泥砂浆作保护层。

2、花园式种植屋面宜采用厚度不小于40mm的细石混凝土作保护层。

3、地下建筑顶板种植应采用厚度不小于70mm的细石混凝土作保护层。

4、采用水泥砂浆和细石混凝土作保护层时，保护层下面应铺设隔离层。

5、采用土工布或聚酯无纺布作保护层时，单位面积质量不应小于300g/m2。

6、采用聚乙烯丙纶复合防水卷材作保护层时，芯材厚度不应小于0.4mm。

7、采用高密度聚乙烯土工膜作保护层时，厚度不应小于0.4mm。

由于屋顶生态绿化改造荷载余量不高，耐根穿刺防水层按最有优解选择聚乙烯丙纶复合防水卷材或者高密度聚乙烯土工膜做耐根穿刺防水层，结构荷载可以忽略不计，厚度为15mm～20mm的水泥砂浆作保护层，按2000kg/m3计算水泥砂浆密度，结构荷载为40 kg/m2。

排（蓄）水层一般是由聚乙烯（HDPE）或 聚苯乙烯（PVC）制成的凹凸式中空立筋结构，重量可以忽略不计。

过滤层一般采用既能透水又能过滤的聚酯纤维无纺布等材料，重量也可以忽略不计。

所以，留给屋顶生态绿化改造，种植土层和植被层的荷载余量只有：153kg/m2-40 kg/m2=113 kg/m2左右。

三、建筑屋顶生态绿化改造方案绿化方案分析

根据设计载荷的重量，屋顶绿化设计类型可以分为四种类型：

1、超轻型：屋顶绿化以草坪等地被植物为主，无法设置景观土建设施。其培养基厚度一般不超过70mm。屋顶绿化静荷载不超过100kg/m2，只能采用轻质种植基。可营造简单的屋顶草坪绿化景观。

2、轻型：屋顶绿化以草坪等地被植物为主，可设置简单景观土建设施，如花坛、花盆等。其培养基厚度一般不超过150mm。屋顶荷载通常不超过200kg/m2。可营造简单的屋顶绿化景观。为常见屋顶绿化类型。

3、中型：屋顶绿化以树冠矮小的花卉灌木植物为主，可设置较丰富景观土建设施，如立体花坛、简易廊架等。培养基厚度一般不超过300mm。屋顶绿化静荷载不超过400kg/m2。可营造较丰富的屋顶绿化景观。

4、重型：屋顶绿化除了地被、灌木、藤蔓植物之外，还可种植一些小乔木，可设置丰富景观土建设施，如喷水池、亭子、花墙、廊架等。培养基厚度可超过300mm。屋顶绿化静荷载不超过500kg/m2。可营造丰富的屋顶绿化景观。

按屋顶生态绿化改造，种植土层和植被层的荷载余量113 kg/m2计算，只能采用超轻型屋顶绿化设计方案。并且必须采用轻质种植基，例如宝绿素等。

综上所述，关于结合城市屋顶的屋顶生态绿化改造方案设计分析我们可以得到以下两个结论：

一、屋顶生态绿化改造，除非建筑原来就设计和建有屋頂绿化，不然只能将建筑屋顶为上人屋面的改建成带屋顶绿化的不上人平屋面。将建筑屋顶为不上人屋面的改建成带屋顶绿化的不上人平屋面具有相当安全隐患和风险。

二、将建筑屋顶为上人屋面的改建成带屋顶绿化的不上人平屋面，从屋顶荷载考量，屋顶绿化只能采用轻质种植基的超轻型屋顶绿化设计方案。

参考文献

[1]中华人民共和国国家标准，《建筑结构荷载规范 GB 50009-2012》

[2]中华人民共和国行业标准， 《种植屋面工程技术规程 JGJ 155-2013》

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[4]贾立人，林峤，林勇，屋顶绿化在缓解城市热岛效应中的作用，中国林业 [J]，2006.19，59。

[5]周婷慧，骆天庆，屋顶绿化缓解城市热岛效应的作用与效能，中国风景园林学会2016年会论文集[D]，2016.9，573。

[6]河北宏正科技有限公司，屋顶绿化的荷载问题，http：//hongzhengkeji.com/？m=home&c=View&a=index&aid=113。