坡屋顶绿化的设计与技术
Design and technology of sloping roof greening
摘 要：现阶段对屋顶绿化的研究成果主要集中在平屋顶，而对坡屋顶绿化的特点研究甚少。本文着重介绍坡屋顶绿化的防滑技术要点，同时分析其与平屋顶之间技术和效果上的差别。
关键词：坡屋顶绿化；防滑；技术
Abstract: The research achievements of the present stage of roof greening is mainly focused on the flat roof, and little research on the characteristics of sloping roof greening. Introduce the main antiskid technical points of the sloping roof greening, analysis with the technology and the effect on the difference between flat roof.
Keywords: sloping roof greening; design; technology
引言
建筑屋顶绿化，不仅对建筑室内空间物理环境的改善有着显著的作用，而且还原建筑所占用的
土地资源，重现灰城市中的绿自然，对于城市生态环境的改善、 节约能源、 减少全球的温室效应也有着重要的意义。国内对屋顶绿化的城市主要集中在北京、四川、上海等大型城市，中小型城市重视度不够。且主要的研究成果主要是针对平屋顶，坡屋顶的绿化则没有一个系统的介绍和研究。坡屋顶建筑包括从屋顶延伸到地面的倾斜式屋面和传统坡屋顶，相对于平屋顶绿化，坡屋顶可达到增大绿化面积、延伸景观、丰富建筑形态等特点。而构造难点在于采用怎样的防滑措施防止结构层和基质的滑落。本文主要内容一是总结坡屋顶绿化同平屋顶绿化、坡屋顶的差别；二是其不同做法进行案例分析，总结在各种坡度下的适应性设计。
1坡屋顶绿化在城市建设中的意义
图1坡屋顶与平屋顶吸收辐射热能力
Fig.1the capacity of absorbing radiant heat between sloping roof and flat roof
城市的快速发展，建设地不断扩大导致绿地减少，环境的恶化，而钢筋和混凝土大量使用，更是加重了城市环境问题，城市绿化成为越来越重要的课题。建筑作为城市的主体，对其绿化尤关重要。建筑绿化包括屋顶绿化和垂直墙面绿化。现阶段屋顶绿化技术较为成熟，尤其是平屋顶绿化。
平屋顶的绿化同地面绿化一样，只要在荷载允许的情况下合理的选择防水材料进行种植。这样具有植物种类选择性多、施工方便、后期维护管理方便等特点。而坡屋顶则不同，由于坡度大，导致植物受力不均匀，不易生长。有些不规则或曲线屋顶更是给屋顶结构、绿化带来不便。因此许多专家都认为坡屋顶绿化不应提倡。但是技术的问题不应限制坡屋顶绿化发展
脚步。
坡屋顶绿化不仅具有缓解城市热岛效应；调节屋顶的温度和空气湿度，保护屋顶；提高建筑保温效能、降低能耗；减尘降噪、提高空气质量；美化建筑、改善城市环境面貌等平屋顶绿化特点，更是具有以下的特特点：
1.1扩大绿化面积，增强吸收辐射能力
    建筑平面相同，坡屋顶接触空气的表面积大于相对应的平屋顶，若绿化的面积增大，吸收的太阳辐射热更多。如图1所示，建筑高度相同，由平屋顶倾斜了一个角度形成坡屋顶，再对其绿化，相当于增加了垂直墙面的绿化，即增加了吸收邻近建筑的辐射热，减少空气中的热量，改善城市环境。由此可知，坡屋顶不仅能吸收更多太阳辐射热，同时也降低了建筑墙面的辐射热。
1.2美化城市天际线，延伸生态视线
图2 人视线接收绿的范围
Fig.2 The scope of people line of sight to receive green
由于我国人口的剧增，城市用地有限，技术的发展使得城市建筑普遍是高层，城市绿地有限，无法满足人们对于自然的要求。即使是对平屋顶绿化，建筑太高，视线无法企及。若是对坡屋顶进行绿化，特别是从地面升起的大斜顶，则可扩大绿化面积，延伸视线，扩大视野，满足更多人对绿自然的要求（图2）。这样不仅美化城市景观，更是延伸了城市的生态视线。
 
图3 南洋理工大学艺术设计媒体学院
Fig.3 the School of Art, Design and Media
南洋理工大学艺术设计媒体学院（图3），该大楼由CPG设计，考虑到建设地是位于当时规划保留供师生与大自然共生息的山谷中，为了减少破坏，同Tropical Environment Landscape（当地一家景观设计公司）一起合作设计了屋顶花园。该大楼由三个相连的楼体和一个下沉广场组成，还有一个人工瀑布池。波浪形绿屋顶从地面升起，建筑立面使用了玻璃幕墙和清水模板墙，十分醒目。清新自然的风格和层层遮阴的结构，使大楼恰如其分地融入了周围的景。建成后的大楼成为当地景观的一部分，并完全融入现有环境之中  。
1.3绿化坡屋顶界面，增加建筑生态功能
 
图4 北京郦城云楼绿化屋顶
Fig.4 the green roof of Licheng cloud floor in Beijing
图5 坡屋顶构造层次
Fig.5 construction of sloping roof
现今国内建筑特点大多是方盒子、平屋顶，造成“千城一面”的特点，缺失地域性，丧失了我国传统建筑注重屋顶这一特点。在建筑设计时，若是设计坡屋顶或者曲线屋顶，则可破除现有建筑的单调，丰富建筑形态。而对其进行绿化则美化了屋顶界面，这样不仅传承文化，更
是增加其生态效应。现代建筑更注重人的交往和对绿化的需求，斜屋顶或曲线屋顶相对平屋顶建筑更具有动感，若对其绿化不仅增加建筑的趣味性，更是满足了人们亲近自然的需求。
屋顶花园植物北京郦城云楼（图4），该项目位于北京市西四环外，东侧紧邻四环路绿化带，西北侧为皇家园林——颐和园。周边视野开阔，可远眺西山美景，环境优越。设计师考虑到与周边环境的协调设计成了波浪形的屋面，多座这样起伏的住宅，层层叠叠形成流动的山浪，与远山、远景和谐共生。这样的造型不仅不同于现代建筑的单板，更是增加建筑的动感及空间的流动性。
2坡屋顶种植技术要点
坡屋顶种植的构造层次包括植被层、种植土、过滤层、蓄排水层、耐根穿刺防水层、普通防水层、保温隔热层和结构层，同平屋顶相比少了坡层（图5）。因种植土和植物具有较好的保温隔热性能，在我国除寒冷地区外可不设置保温层。防水层应严格按照国家标准选择防水卷材类型。
坡屋顶大多为不可上人式,因为其特殊的结构,绿化要求建筑静荷载仅大于等于100 kg·m-2 ,在
建筑设计时只考虑人员施工与屋面维修等,因此其绿化以后不利于经常上人维护;因此,要想做好坡屋顶绿化,就应在尽可能减少屋顶绿化投资的前提下,从技术结构方面采取必要措施,以克服坡屋顶结构的特殊性所容易引发的一系列难题  。
2.1坡度的处理方式
图6 坡屋面防滑做法
          Fig.6 sloping roof skid practice
坡屋顶种植的范围理论上可在任何坡度下（0°-90°）。但是坡度较大，种植结构层易滑坡，水分与基质中的养分下移情况较为严重，容易导致坡面屋顶上部的植物由于水分的胁迫而退化、死亡，因此不同的坡度采取相应的防滑措施。坡度在20％以下，不考虑防止种植土、保温层的滑动，可以满铺种植土；可通过使用相应规格的带网格的砂砾板、塑料种植瓦等的嵌套排放或是采用不易被冲刷的基质材料来解决。坡度>20％的坡屋顶，应采取一定措施防滑，特别是＞30%时，则需要分别详细计算达到设计的要求。根据屋顶楼盖板构造形态不同可分为三类：
2.1.1直坡式
直坡式是指屋顶楼盖板层斜直面，后再一层铺设保温层、防水卷材、蓄水层、过滤层和种植层。当坡度＞20%时，可在楼板上设置挡土墙，也可采用预制挡板支撑作为防滑措施。
图7 支撑构件
                Fig.7 The support member
采用挡土墙时，挡土墙应直接与楼板相连，保温层、排水层在此断开，排水管设置在挡土墙中，防水卷材绕过挡土墙。挡土墙上是基质,基质上种植植物（图6），形成连续的植物景象。这种构造方式适合于坡度较缓的传统屋顶，常用在平改坡、坡屋顶改造。这种做法特点是造价低、易施工但因种植土厚度不宜大，植物选择有限，没有园路无法上人，造成后期维护难，因此建议采用低维护植物。
图8 爱尔兰馆种植屋面
Fig.8 the planted roof of Ireland Pavilion
    采用支撑构件时，连接屋面的固定件、预留孔洞、给排水管道、电器和集中天线等设备，均应在浇筑混凝土前一次性全部预埋,不得在结构和防水层施工完毕后再通过电钻打眼或用膨胀螺栓等使设备与钢筋混凝土基层相连,以避免形成屋面渗漏。因此这类适合用在正建和待建的房屋钢筋混凝土楼盖上。在屋面设置一定的形状支撑，在支撑形成的格中种植植物，因为支撑形成的区域较小，这种形式相对比较稳定，基质不会轻易地流失，排水一般设置在支撑的下部。构件一般采用钢材及其他耐腐蚀的金属材质。造价高，因此推广较难，一般用在要求较高的建筑中（图7）。这种方式的特点是不受坡度的影响，可根据屋顶形式灵活布置，易形成效果，受建筑师的喜爱。因构件的抗剪性差，承受的侧压力弱，不宜种植灌木和乔木，可选择易于生长的地被植物 3 。
如2010年上海世博会的爱尔兰的坡屋顶绿化（图9）。爱尔兰馆屋面有平屋面和斜坡屋面两种，其中，平屋面约2 000 m²、斜坡屋面约 460 m² 4 。屋面系统设计为绿化屋面系统，由特选植物、轻质营养土、过滤布、蓄排水板、保湿保护毯、根阻型防水卷材、保温板、隔汽层及附属配件组成。
2.1.2阶梯式
图10 重大A区主教阶梯式种植屋顶
Fig.10 the planted roof ladder of classroom in CQU
图9 阶梯式种植屋面
Fig.9 planted roof ladder
阶梯式是指挡土墙同楼盖板一起现浇，挡土墙和结构反粱统一的做法。施工时挡土墙应比种植土面高100mm ,墙下按一定的间距预留排水孔，在每个排水孔处先设置钢丝网片，排水孔
的四周堆放过水的砂卵石，砂卵石应完全覆盖泄水孔，以免种植介质流失或堵塞泄水孔。防水层的收头应做至墙顶。
图11 台阶式种植屋面
Fig.11 stepped planted roof
在挡土墙之间形成较小区域的基质层，可以种植植物，也可以设置园路等（图9）。这种形式特点是可利用排水层和种植层坡，缓解坡度。在基质上设置园路，可以上人，以供游览同时方便后期维护。在植物选择上可以灵活一些，靠近挡土墙处，种植土厚，可种植根系发达的树木。如重庆大学Ａ区主教的坡屋顶，采用的是此种做法(图10)。通过结构反粱形成多个长方形的小仓，固土效果好。在每个挡土墙上预留排水洞，数量合适，过多影响蓄水效果。屋顶种植的是小型的灌木，定期进行维护管理。从图中可以看出坡屋顶绿化是周边的绿化形成延伸。
2.1.3台阶式