安工大建筑概论作业屋面绿化

安徽工业大学

建筑概论

题目：建筑屋面的发展趋势————绿化屋面学院：建筑工程学院

专业：安全工程

年级：11级

姓名：荀海涛

学号：119044028

一．前言

人类社会的进步、发展，始于居住房屋的建造。最初建造房屋，是建造一个壳体，用于抵御自然界的风、霜、雨、雪以及动物的侵袭，获得一个可以安全利用的空间。随着人类社会科学技术的进步，经济的发展，以及文化生活水平的提高，人们对居住的要求，不再满足于它遮风避雨的最低要求，进而要居住得比较宽敞、舒适。

城市是现代人类聚居的场所，是社会的政治、经济和文化的中心，城市的建筑，显示出城市发展的成就，城市的发展也给人们带来文化与物质生活的提高。但另一方面，随着城市发展，人口增多，必然使商用建筑与民用建筑均大大增加，它们将带来较大的负面影响。例如：建筑占地面积的增加，不仅减少了绿化面积；而且，由于建筑物的吸热效率低，使城市出现的热岛效应，改变了自然的气候环境；城市能源消耗大幅度的上升，导致燃料消耗量剧增，大量燃料燃烧以及车流量增多，使大气中的二氧化碳浓度加大，成为地球温室效应的“罪魁祸首”。自然界原有的生态系统被人为的破坏了，城市的生态系统由绿色的自然生态系统向灰色的城市生态系统转化。

为了可持续地发展，急需改变以往的发展观点，因为以往在发展经济、建造商业建筑与居住建筑时，不自觉地仅注重了“以人为本”，而忽视了在发展过程中对大自然的破坏。发展不能停步，建筑仍需继续，为此，对建筑界提出新的要求，建筑楼宇不仅考虑避风、遮雨、舒适、美观，更重要的是令建筑学与生态学原理结合，遵循生态平衡的原则，即建筑规划、设计、施工建造，使用、维护管理等一切活动中，都自始至终地做到尊重自然、爱护自然，尽可能地将对环境的负面影响控制在最小范围内，建筑业应进入“生态建筑”范畴中。

生态建筑是建筑向绿化进军，实行“建筑种植绿化”。由于城市快速发展，人口不断增多，建筑占地面积的增加，绿化面积随之减少，“生态建筑”就是要将被建筑物占用的土地还归自然，并扩大到非占用土地的垂直墙面的建筑面上，实行“建筑种植绿化”。“建筑种植绿化”即是在建筑物上种植植物，绿化建筑。“建筑种植绿化”包括建筑屋面、墙面、露台、市政桥梁、广场地坪面等的种植绿化。

建筑种植绿化系统的核心是种植屋面系统，它包括屋面基底、防水系统、蓄水系以及植被覆盖系统等。适用于一般工业与民用建筑屋面，也可用于中层绿化及中庭、裙房敞层的绿化。

屋顶绿化可以广泛地理解为在各类古今建筑物、构筑物、城围、桥梁（立交桥）等的屋顶、露台、天台、阳台或大型人工假山山体上进行造园，种植树木花卉的统称。屋顶绿化对增加城市绿地面积，改善日趋恶化的人类生存环境空间；改善城市高楼大厦林立，改善众多道路的硬质铺装而取代的自然土地和植物的现状；改善过度砍伐自然森林，各种废气污染而形成的城市热岛效应，沙尘暴等对人类的危害；开拓人类绿化空间，建造田园城市，改善人民的居住条件，提高生活质量，以及对美化城市环境，改善生态效应有着极其重要的意义.

二．种植屋面系统

为了顺利地排除屋面雨水，建筑屋面需有一定的坡度。屋面种植绿化系统可在不同坡度的屋

面上建造。根据种植屋顶绿化的规划、建造和管理的要求，不同坡度屋面的绿化可采用不同的构造。

2-1．屋面种植绿化系统结构

屋面种植绿化系统直接建在屋面结构层上。其基本构造从上而下依次为：

1．水泥砂浆找坡、找平层。

2．卷材防水层。

3．特制的蓄水板。

4．保护层

5．轻质种植介质及绿化植物

种植屋面系统的一般构造如图1所示：

图 1. 种植屋面系统结构

2-2 种植屋面绿化种植

种植屋面绿化对屋面坡度的适用范围很广。

屋面为1o-3o的小坡度时，可采用如图1的构造。

坡度较大时，雨水排除速度加快，对植物种植的基质造成冲蚀，对建筑绿化有损害。因此，当屋面坡度大于15o时，须加设防滑装置，防滑装置做在屋面种植系统的防水层之下，屋面结构层之上。防滑装置如图2所示

图 2. 屋面大于15o时附加的防滑板

1．防水板 8 竖档

2．边挡板 9 镶木版

3．砾石 10 屋面防水层

4．排水管 11 梁

5．种植植物 12 保护层

6．横挡 50mmх50mm 13 梯形滑梯档板

7．齿形设施

防滑设施可因建筑要求而定。

三．屋面种植绿化的建筑效用

3-1．种植屋面改进城市的气温环境

城市建设大量占用绿地、森林被大量砍伐，使排放到大气的二氧化碳及其它温室气体急剧增加，由此引发的温室效应使全球平均气温不断上升。椐报道：在20世纪全球平均气温上升了0.6oC，而在上世纪末的最后5年间就上升了0.5oC，而且，大气气温上升速度还在递增。

我国是发展中国家，各方面的建设速度加快，因而使大气气温升高的趋势更为显著，有的地区年平均气温上升程度远高于全球同期平均水平。

深圳市的城市建设速度位于全国的前列，特区以及市辖区内均建起了高层次高密度的建筑群，由于建筑物聚集的太阳辐射能增多，机动车数量急剧增加，导致城市热岛效应现象非常明显。1990年的年平均气温为22.oC，而10年后2000年猛增到了23.3oC，在全球最热的1998年，创下了23.8oC的历史新高。

绿色植物的光合作用吸收空气中的二氧化碳释出氧气，减少二氧化碳的含量，也就减轻了温室效应，同时，植物叶面的蒸发与光合作用大量吸收太阳的辐射能，也对减缓气候变暖起到良好的作用。

屋面种植系统植物与种植基质所形成的湿润体系，通过吸收和蒸发过程中的相变，改变建筑屋面的能量平衡关系，减弱太阳辐射对屋面结构的影响，因此，种植屋面系统有吸热降温的特性，在寒冷地区可起到防寒层的作用。

3-2. 种植屋面的热辐射吸收性能

当太阳光照射到地球表面上，因受体不同而产生两种不同的结果，一是它使受体增温，推动水分子循环，产生空气与水的环流；另一种则被植物的光合作用所利用和固定。混凝土砖瓦等无机物制成的屋面，作为太阳光的受体，只参与太阳能的单向流动，对热辐射无任何利用和固定的作用。而种植屋面绿化则对太阳能起利用与固定作用。

屋面是被太阳直接照射的部位，也是建筑物外围结构接受太阳辐射最多的部位，无绿化屋面吸收的热量大部分传入建筑物的顶层，致顶层室内出现过热现象。另一部分的能量则被反射到大气中，成为影响地表附近气温升高的热源。

为了改善城市的“热岛”现象，西方发达国家在20世纪60年代以后，相继建造各类规模的

屋面花园和种植屋面绿化工程，同时，政府对种植绿化工程给以政策和资金的支持。

在开展种植屋面的同时，国内外对屋面种植绿化对气温的影响、与无种植绿化屋面对气温影响的比较做了大量的工作。

3-2-1 种植屋面与非种植屋面隔热性能

德国Walter Kolb, Tassilo Schwary 对种植屋面绿化进行了热工测试，当大气温度为30oC时，无种绿化屋面的表面可达40-50oC，而在种植屋面系统当土壤介质层为20cm厚，上面已覆盖有植物时，在基质10cm 深处的温度仅为20oC，且昼夜24小时的温度较为均衡。如图3 所示：

图 3. 夏天种植屋面土壤基质下10cm深处的温度与

无种植屋面的温度几气温的比较

冬天大气温度低时，种植屋面的保温性能，有如一个温暖罩保护着建筑物。与无种植屋面的保温性能的比较如图4.所示：

图4. 冬天种植屋面土壤基质5cm 处和

无种植屋面温度与大气温度的比较

国内有关单位也对种植屋面与无种植屋面的吸热性能作对比测试。当大气温度为36.8oC 时，种植屋面室内板面温度为30.4oC，比室外温度低6.4oC。无种植屋面室外屋面的日温差为21.1oC，室内表面的日温差为13oC，而种植屋面的外屋面的日温差仅为1oC。测试结果如图5。

图5. 种植屋面与无种植屋面光辐射性能比较

3-2-2 屋面种植植物的隔热性能

组成种植屋面系统的主要部份是种植基质土壤与所种植的植物。基质土壤厚度、重量关系着建筑结构面层的承载能力与保湿能力。常用的种植土壤容重在1.2 g/cm3左右，持水后容重加大，故仅可用于建筑结构承重能力较大的平台上种植绿化。为了减轻建筑屋面的负荷，种植屋面必须采用质轻、保湿性能好的基质土壤，最大持水量容重约0.6-0.7g/cm3的基质土壤，符合质轻、保湿性能好的要求。适合于屋面绿化种植的植物种类有数十种之多，对气候条件的差异均较为敏感，例如，在较为寒冷的地区，所种植的植物必须耐寒；较为温暖地区的种植植物则另有选用；即使在同样气温条件下，还由于建筑屋面的空间位置如向阳或阴面的不同，建筑屋面结构载荷能力的不同，所种植的植物也不相同。因此，屋面种植植物种类的选用，须符合于当地的气候条件及建筑结构要求。

广州理工大学等对采用大叶油草、沟叶结缕草、黄榕和黄叶假连翘四种草的植被砌块与通风屋面的隔热性能进行测试与比较，通风屋面是无植被的屋面中隔热性能较好的一种屋面。

从测试结果可以看出：通风屋面外表温度高达57.5oC时，其基层的外表面仅达到35.7oC，而植被下屋面板外表面温度为；大叶油草32oC、沟叶结缕草33.1oC、黄榕30.6oC、黄叶假连翘30.9oC，都较通风屋面的表面温度低得多。

而通风屋面已是无种植屋面中隔热性能较好的一种屋面，若与常用混凝土屋面做同样条件的隔热性能比较，其屋面表面温差会更大。

从国内外对种植绿化屋面与无种植绿化屋面的隔热性能比较，得出的结果都认为种植绿化屋面的隔热效果，比没有种植绿化的屋面要好的多，因此，用种植绿化系统取代以矿物质为原料的结构屋面，已成为屋面隔热层的发展趋势，

3-3. 屋面种植绿化减少屋面排水

建筑屋面的形式，屋面坡度大的称为坡屋面，坡度较小的称平屋面。雨水流经未经种植绿化的坡屋面时，几乎全都通过屋面流入地下排水管道；未经种植绿化的平屋面，亦会有80-90%

的雨水排入地下管网。

屋面种植绿化后，由于植物、其土壤基质和基质下面的蓄水板对雨水的截留和蒸发作用，使种植屋面的排水量大大减少。据德国有关研究机构进行的试验：在15分钟内的降水强度为20 l/m2时，在同一时间内，从种植绿化屋面流到出水口的水量仅有5升；而在同样降水强度的同一时间，从无种植绿化的砾石覆盖屋面流出的雨水量达16升。

种植屋面与砾石覆盖屋面的排水量比较示如图7。

图 7. 10cm厚基质土壤的种植绿化屋面与砾石覆盖屋面

排水量比较

随着屋面种植绿化的增多，雨后通过屋面排入城市下水道的水量将大大减少，降低了城市下水排放的负荷。其次，种植屋面所截流的70%雨水，将储存在屋面种植的储水板及种植土壤基质中，在雨后一段时间内，所储存的水通过种植植物的蒸腾逐渐扩散到大气中，改善了小气候及生态环境。

3-4. 绿化屋面减少混凝土面板的开裂

屋面绿化降低了屋面板面的温度，也减少了板内外表面的温差，也就降低了混凝土的温度应力，从而减少了混凝土面板的开裂，在一定程度上也起着保护混凝土面板的作用。

。

四．绿化简介

屋顶绿化国际上的通俗定义是一切脱离了地气的种植技术，[1]它的涵盖面不单单是屋顶种植，还包括露台、天台、阳台、墙体、地下车库顶部、立交桥等一切不与地面、自然、土壤相连接的各类建筑物和构筑物的特殊空间的绿化。它是人们根据建筑屋顶结构特点、荷载和屋顶上的生态环境条件，选择生长习性与之相适应的植物材料，通过一定技艺，在建筑物顶部及一切特殊空间建造绿色景观的一种形式。

被称为“建筑第五立面”的屋顶，一直是都市中尚待开垦的“处女地”，处于一种被忽略、被遗忘甚至被糟蹋的地位。一方面是城市绿化面积和水面面积被越来越多的高密度建筑物蚕食，另一方面大量的屋顶却仍然素面朝天，未被有效利用，甚或成了“垃圾仓库”，这是目前城市建设及管理上的一个死角。而被众多生态环境专家、城市规划专家、建筑设计专家所推崇的屋顶绿化，则既能兼顾建筑景观，同时又能改善城市生态环境[2]。

现在的屋顶绿化已经不再仅仅局限于园林教科书上的“屋顶花园”，[3]而是把它提升、扩大为一个新的行业。其与地面绿化同属城市园林范畴，是城市园林的一部分，但如同园林区别于林业一样，同属而又有别，它有诸多不同于地面绿化的特殊性和复杂性，是当代园林发展的新亮点、新阶段。

五．绿化功能

屋顶绿化不仅仅是绿地向空中发展，节约土地、[4]开拓城市空间的有效办法。也是建筑艺术与园林艺术的完美结合，在保护城市环境，提高人居环境质量方面更是起着不可忽视的作用。

1、改善城市环境面貌，提高市民生活和工作环境质量；

2、缓解大气浮尘，净化空气；

3、保护建筑物顶部，延长屋顶建材使用寿命；

4、缓解城市热岛效应；

5、保温隔热，减少空调的使用，节约能源；

6、消弱城市噪音；

7、增加空气湿度，净化水源；

8、提高国土资源利用率；

9、可种植瓜果蔬菜，形成城市菜园、果园；

10、可根据喜好建立简单休闲娱乐设计。

六．好处

屋顶绿化的好处：

1.提高城市绿化覆盖，创造空中景观；

2.吸附尘埃减少噪音，改善环境质量；

3.减少城市热岛效应，发挥生态功效；

4.缓解雨水屋面溢流，减少排水压力；

5.有效保护屋面结构，延长防水寿命；

6.保持建筑冬暖夏凉，节约能源消耗。

七．现实意义

随着城市建设的飞速发展，城市里空气污染问题日趋严重。目前广大城市存在的许多的城市问题需要解决，如何在有限的城市空间内扩大绿化面积，成为人们必须面对和解决的新问题。现状的绿色建筑主要是体现在材料和清洁能源的运用，但是建筑屋顶作为一个非常重要的内容并没有受到足够的重视，近年来人们才开始发现这个隐秘的角落——屋顶，也就是所谓的“第五立面”。

城市屋顶占有约城市面积的1/5，如果合理改善并加以利用，会使城市在环境与绿化方面得到整体的提升。目前，中国在屋顶绿化领域还处于发展阶段，对于技术方面还有待提升，而管理机制方面更是处于极度欠缺的状态。

屋顶绿化全面解决人类面临的生态危机、环境危机、健康危机和经济危机。

屋顶相当于一个人工沙漠，夏天太阳直射时，屋顶温度可超过60摄氏度，一般的动物植物都无法生存，某些耐旱植物生存时，由于缺水，蒸腾作用和光合作用暂时停止，并不能达到人类所期望的结果。

把屋顶建成人工湿地，其耗水量可达到同等面积的水面的2倍，森林的4倍，草地的8倍。耗水量越大，其蒸腾作用和光合作用越大，降温、吸收二氧化碳、产生氧气和能力越大。湿地被称为“地球之肾”，采用“人工湿地”对屋顶绿化进行绿化，相当于将沙漠直接变成湿地，其生态贡献将是最大的。

八．设计注意

屋顶绿化是一种节水、节能、节地的绿化方式，但屋顶绿化需针对特定屋顶的荷载承受力及建筑特点专门设计，以满足屋顶绿化中的屋顶疏水板轻巧、易于搬运、安装简单、稳定等要求；此外，如果已经布置了太阳能储能设备，那么屋顶绿化就不能采用可能会因为正常生长而影响电板工作的爬墙植物，这时可以简单地在空隙处布置一些矮小的直立花草；在没有设计太阳能屋顶的情况下，如果建筑物的屋顶是一定角度向地面倾斜的，那么让藤蔓植物自然覆盖整个屋顶就又比直接在屋顶上放置盆花盆草要安全实用。

建筑屋顶绿化需注意尽可能采取当地特有的地方物种，除了这些物种更能适应该地区的自然条件，从而可以减少维护投资等经济效益方面的考虑外，更重要的是，地方物种对于本身所处的环境系统是无害的，而人工引入物种则可能造成物种入侵并导致生态系统一定程度的崩溃，这就完全违背了生态建筑的理念。

在优先采用地方物种的前提下，建筑的屋顶绿化系统还应该保证一定的物种多样性。多样化的物种能够保护生物链上最基层生物的生存环境，保障高级生物的能量基础，促进生态系统的健康发育。

1. 植物配置问题

植物种类宜选择姿态优美、矮小、浅根、抗风力强的花灌木、小乔木、球根花卉和多年生花卉。由于多年生木本植物根系对防水层穿透力很强，因此，应根据覆土厚度来确定种植植物品种。覆土厚100cm可植小乔木；厚70cm可植灌木；若覆土50cm厚，可以栽种低矮的小灌木，如蔷薇科、牡丹、金银藤、夹竹桃、小石榴树等；若覆土厚30cm,宜选择冬枯夏荣的一年生草本植物，如草花、药材、蔬菜。

2.抗风性

屋顶花园的设计中为了功能和美观的需要，有时需要设计一些构架，小品等立于屋顶之上。如果必须设计这些，我们将会遇到一对矛盾体。A,屋顶往往风力较低面大，则需要构架

基础更牢固；B,在屋顶没有条件将基础埋于土下很深处，在屋顶上植筋效果不理想还破坏屋顶防水层也是不可取的。这是一对矛盾体，解决这对矛盾的方法就是为之设计放大基础。

3.结构顶板荷载

通常屋顶花园设计时屋顶结构已经完成（部分为已成建筑），屋顶结构还能承受多少重量是我们做屋顶设计的前提条件。如若设计超过建筑顶部设计荷载，将会导致屋顶结构处于随时危险的状态，此为屋顶花园设计之大忌。因此我们在屋顶花园设计时要考虑设计内容的重量区间，种植土的厚度，最大能种植多大规格的树等等。

4.防水和排水

通常原始屋顶是通过屋顶面找坡排水的形式，将雨水引至排水口，屋面做防水层。在屋顶花园设计以后如果不采取专业处理，屋面的雨水无法快速地从排水口排出，将导致屋顶积水、植物根系破坏防水层导致漏水，屋顶植物淹死等问题。所以我们做屋顶绿化设计时要考虑到屋顶有组织排水，屋顶和种植土之间需要铺设屋顶花园专用排水板，屋顶花园专用排水板不妨碍屋顶自由排水，且有部分蓄水功能，保持屋顶植物的水分，做法如下图所示（从下往上做法为：屋顶结构-防水板-无纺布一层-5~10cm厚中粗砂-适当厚度的轻质种植土-屋顶植物）。实际工程中屋顶花园专用排水板已经得到广泛的运用，它的效果也得到了实践的考验。

5.防止植物根系穿刺问题

屋顶绿化植物的根系若不采用阻拦的措施，会对屋顶的结构造成一定的伤害。即使是在仅有防水层或包括压制层的屋面上，由于空气的流动作用导致一些植物的种子飘落屋面上，在一定的条件下，植物也能顽强的生长。其后果导致其根系穿透防水层，甚至结构层，从而使整个屋面系统失去作用。在花园无卖弄上，由于涂层的存在，产生了更有利于植物生长的环境。其他的某些外来植物一般都较我们预先铺设的植物更具生命力，这些植物会不断侵蚀其他植物的领地。另外，草类植物的根系相当发达并且穿透力较强，对防水层及结构层的破坏力也很大。所以在建筑物的结构层上进行园林建设时，就必须引导和限制植物根系的生长。否则，植物根穿透防水层会造成防水功能失效；植物根穿透结构层而造成更为严重的结构破。

九．技术考虑

经过多年研究筑梦源屋顶无土绿化研发出屋顶绿化全面解决方法，是代表屋顶绿化未来的发展方向，我们采用的方法有如下特点：

一、采用无土基质载体，基质厚度仅3-5cm，每平方米载重小于40kg(吸水饱和后），不会对屋顶安全及寿命造成任何影响。

二、无土基质不含有害物质，做到真正的无土绿化，非常干净、环保，不会造成二次污染。

三、无土基质性能稳定、使用寿命长、不板结、可重复使用。

四、无土基质质地疏松、排水性好、保水和保肥能力强，为草坪茁壮成长提供保证。

五、施工方便，很好地解决了有土屋顶绿化（要铺设排水层、过滤层、隔根层、保湿层）施工复杂的技术难题。

六、有效保护防水层和建筑屋面，延长了建筑屋面的维修时间及使用寿命。

七、维护简单，发现屋面渗漏把草坪卷起维修即可；修理工作变得更快、更轻松。

不论在任何情况下

八、屋顶如做了屋顶无土绿化可代替隔热层，隔热效果非常好，以北京来说夏天室内温度比非屋顶绿化屋面低3-5度，冬天室内温度比非屋顶绿化屋面高3-5度，有效的降低室内调节温度使用能耗。

九、我们的方法采用先进的自动微灌系统，比用人工浇水节水，有效地节约用水并节省了人工浇水费用，草坪长得会更好。

十、景观好∶草坪铺设能马上成坪，整齐划一，就像一块绿色地毯，整体景观非常的好看。

十．存在问题

其一，种花栽草，势必要在屋顶上铺垫很厚的泥土。100平方米的楼顶垫上泥，房子就要承重几十吨。如果是水面养殖承重量更大。而一般屋顶的设计和构造，大多没有考虑承受这样大的重量。

其二，屋顶防水层上面有土壤和植物覆盖，如果发生渗漏，很难发现漏点；花草有根须，根须无孔不入，如果防水层搭接部位或材料本身有孔隙，根须即会浸入并扩展，使防水层失去作用。

其三，花草生存，离不开水和肥料，如果屋顶长期保持湿润状况，再加上肥料中酸、碱、盐物质的腐蚀，会对防水层造成持续的破坏，如果防水材料的防水性能、防腐性能不稳定，污水会通过缝隙向下渗透。

其四，遇到暴雨，泥沙、污物被冲刷而下，会堵塞下水道和玷污外墙。遇到大风，则尘土飞扬，污染环境。

其五，狂风会将屋顶上的花盆刮倒，自天而降的花盆，会给行人带来伤害。

其六，饲养家禽产生的粪便气味和嘈杂，以及家禽脱落的羽毛对周围环境的影响。

其七，绿化、种植和养殖造成的违章搭盖，有碍市容观瞻。

温湿度条件差：因屋顶位于高处，四周相对空旷，因此风速比地面大，水分蒸发快。屋顶距地面越高，绿化条件越差。植物品种较为单一。

造园及植物选择有一定的局限性：因屋顶承重能力的限制，无法具备与地面完全一致的土壤环境，因此在设计时应避免地貌高差过大，在植物的选择上一般应避免采用深根性或生长迅速的高大乔木。

顶层有住户的建筑不宜建设噪声大(如运动场等)设施。

综上：对屋顶的承重能力，植物的选择与培育有很高的要求。因此，在房屋设计施工时，就要考虑屋顶的承重和排水问题。若不顾及建筑条件，盲目大量推广也会带来诸多问题。我们若有意识地朝着建造屋顶花园、屋顶种植和养殖利用这个方向去努力，一些存在的问题是可以得到妥善解决的

十二 .结语

综上所述，屋面绿化的隔热、保温、防水、保护混凝土面板延长其使用寿命等功能，使屋面绿化成为建筑向“生态建筑”进军的必由之路，有助于建设生态环境城市。