城市建筑屋顶雨水资源绿化利用的防水安全设计 开题报告.doc

学 生 姓 名：学 号：0408140231学 院、系：专 业：设 计 题 目：城市建筑屋顶雨水资源绿化利用的防水安全设计指导教师: 业 设 计 开 题 报 告1结合毕业设计情况，根据所查阅的文献资料，撰写2000字左右的文献综述：1.1 概述 在地球这个大的生态系统当中，生物之间有着矛盾般的关系，在这大环境中相互的制约相互的促进。水是生命的源泉，大气是生命的动力。水和制造氧气的绿色植物是人类赖以生存和发展的必不可少的条件，相互之间形成了一个生态的平衡。从远古自今人类在地球这个大环境中不断的壮大，不断的在改造一个更利于我们生存的空间。从石器时代到如今的工业时代。随着社会的发展，社会工业化的进程也就日益的加快。在城市里由于人口密集，汽车流量大，绿色植物覆盖面积小，楼房高耸而造成的废气污染、尘埃飞扬、噪声扰人、“热岛效应”等，大城市环境日益恶化，严重损害都市人的身心健康。在人们生活水平日益提高下改善城市的生态环境已经成为当今城市问题的当务之急了。一座现代化的城市不仅应有完美的建筑与设施，还应有一个优美的环境以消除疲劳、陶冶身心，而优美环境的最主要组成部分是绿色植物。据了解，植物能够调节人的神经系统，使紧张疲劳得以缓和消除，使激动情绪恢复平静。从景观角度看，屋顶作为建筑的第五立面，是城市建设与美化过程中不可忽视的环节。我国目前正处于城市化的高峰期，迅速膨胀的城市面临着土地资源紧缺，城市环境恶化等问题。采用屋顶绿化不仅对于建筑室内空间物理环境的改善有着显著的作用，而且对还原建筑占用的土地资源，重现灰色城市中的绿色自然，对于城市环境减少全球的温室效应有着重要意义1。1.2 屋顶绿化的意义屋顶绿化是现代化的城市建筑中新兴的建筑，能增加现代城市的绿化面积，改善人们的生活环境。减轻城市中的风沙强度，提高空气中的湿度等等城市问题。屋顶绿化在现代化建筑中具有着重要的意义2。1.2.1 屋顶绿化的生态效益（1）补偿作用3。国际生态和环境组织调查指出：要使城市获得最佳环境，人均占有绿地面积需达到602以上。如果能充分利用建筑物的屋顶、露台进行绿化，就可以大大提高人均绿地面积，起到很好的补偿作用。（2）涵养水土4。城市中建筑林立，提供给人们户外活动的开敞空间多是硬质铺地，雨水无法被土壤所涵养、储存，必须急速地由下水道排放。若遇到排水系统受阻的情况，则会造成一雨成灾。而屋顶绿化可适当缓解这种状况，因其表面的植物、土壤有利于雨水的储存，落到屋顶的雨水仅有1/3排出，2/3被留在屋面上或蒸发到空气中，从而调节了小气候。屋顶绿化可以减缓温度剧烈变化，使建筑物内部冬暖夏凉，形成舒适的人居环境。（3）增加空气湿度4。由于绿色植物的蒸腾作用和土壤的蒸发会使绿化屋面的水蒸气含量增加，致使绿化屋面空气绝对湿度增加。加上绿化后其温度有所降低，故其相对湿度增加更为明显。可见，屋面绿化对城市的“干岛”有减弱作用。（4）降低气温4。屋顶绿化还可以改善住宅的室内气温，对改善人居环境及节能大有好处。据测算有绿化的屋面温度可下降3-5，室内空调可节电20%。况且绿地生态效应的有效辐射距离是50，因此利用住宅建筑屋面布置绿化，更是十分珍贵。由于绿色屋面对阳光的反射率比深色水泥屋面大，加上绿色植物的遮阳作用和为满足生理所需的同化作用，使绿色屋顶的净辐射热量远小于未绿化的屋顶。同时，绿色屋顶因植物的蒸腾和潮湿土壤的蒸发作用消耗的潜热明显比未绿化的屋面大，导致绿色屋顶面的贮热量减少，绿化屋顶空气获得的热量也减少，热效应降低，从而减弱了城市的“热岛”效应。（5）形成生物气候缓冲带5。屋顶花园涵养充分的水土能形成人工建筑与自然之间的生物气候缓冲带，为建筑系统提供良好的微气候环境，尽量满足居民的各种生活舒适标准；提高建筑系统生物组成的多样性，为鸟语花香提供现实的土壤，实现人与自然的和谐共处。（6）净化空气、降低噪音6。植物还能吸收人类生产活动过程中产生大量废气如NOx、SO2 等有害气体和滞留灰尘微粒等。据估算，如果大城市1%的建筑物建成屋顶花园，则城市大气中二氧化碳和硫化物可减少一半。一个城市如果把屋顶都利用起来进行绿化，那么这个城市中的CO2 较之没有绿化前要少85%。因此屋顶花园可降低空气中的CO2 浓度和飘尘含量，提高大气中氧浓度，清新空气。绿色植物除了可以减轻大气污染，还可以阻挡、吸收、滞留和过滤空气中的噪声，减轻城市噪声污染，对改善和保护城市环境很有益处。（7）有效保护屋顶、延长建筑物寿命7。由于夏冬温差大和干燥收缩产生屋面板体积的变化，夏季高温易引起沥青流淌和卷材层下滑，可使屋面丧失防水功能。另外，屋面在紫外线的照射下，随着时间的增加，会引起沥青材料及其它密封材料老化，使屋面寿命减短。而屋顶绿化使屋面和大气隔离开来，屋面内外表面的温度波动小，减小了由于温度应力而产生裂缝的可能性。隔阻了空气，使屋面不直接接受太阳光的直射，延长了各种密封材料的老化，增加了屋面的使用寿命。（8）减缓风速、调节风向8。屋面绿化，增加了屋顶粗糙度，增大摩擦使风速减少，同时也使风向发生偏转。另外，由于绿地降温消弱了“热岛”效应，从而也在一定程度上减弱了“热岛环流”，减小了风速。（9）影响云、雾和降水9。城市人口密集，工业集中，能耗大，废气、废渣和废水排放多，凝结核充沛。再加上“热岛环流”的作用，使城区的云、雾和降水比郊区多，具有“雾岛”和“雨岛”特征。城市平顶屋面绿化后，对云、雾和降水的影响视不同的情况而异。当前者的影响大于后者时，则云、雾和降水减少，反之增加。由此可见，如果能够把城市的屋顶绿化，就能给人类的生存带来不可估量的经济效益及生态效益。1.3 国内外屋顶雨水绿化利用的现状及比较 1.3.1 我国发展现状近10年来，我国部分大城市的屋顶花园建造工作已初见成效。我国经济发达的城市已将屋顶绿化建设列入城市规划之中。例如北京，2004年-2008年北京市城市环境建设规划要求，北京市的高层建筑中30要进行屋顶绿化，多层建筑中60要进行屋顶绿化。从2006年2008年，北京市计划以每年25万m230万m2的速度进行屋顶绿化建设。截至2006年底，北京完成屋顶绿化面积约83万m2。北京地区如果50的可绿化屋顶绿化了，就能够增加绿化覆盖面积3 490 hm2。在上海有2亿m2的屋顶面积可以绿化，潜力相当巨大10。成都市建设项目公共空间规划管理暂行办法规定，2005年成都市内新开工的楼房，12层以下，40 m高度以下的中层和多层、低层非城屋顶建筑必须实施屋顶绿化。杭州市建委、市绿化委员会和市园林局等单位联合出台了关于发展屋顶绿化的规定，要求该市今后所有新建建筑都必须进行屋顶绿化美化，绿化面积将计入小区绿化率111.3.2 国外发展现状近几十年来，随着水资源供需矛盾的日益突出，越来越多的国家认识到雨水资源的价值，并采取了很多有效措施、因地制宜的进行雨水综合利用12。 德国是欧洲极力主张广泛进行雨水利用的国家之一。自1989年制定了屋面雨水利用设施标准以来，城市雨水利用技术已经进入标准化、产业化阶段，并逐步向集成化、综合化方向发展。已经基本上形成了一套比较完整实用的理论和技术体系，某些方面已经形成法律。德国雨水资源比较丰富，降雨量年内分布比较均匀，且降雨强度也不大，极少有暴雨，自然条件很有利于雨水利用。利用方式主要有： 屋面雨水集蓄利用系统、洪滞蓄、汇集渗入等13。日本的雨水利用技术处于世界领先水平。上个世纪80年代，日本就积极推行了雨水贮留渗透计划。在公园、庭院、停车场、运动场等场所利用透水性柏油路、透水池、渗透管、渗透井等进行贮雨渗透，效果显著14。例如在平均降雨量69.3mm的地区，采用以上措施后，平均出流量由原来的37.59mm降至5.48mm，出流率由51.8%降低到5.4%。减少了下游的洪峰流量、流速和径流体积，污染物得到净化，补充了地下水。此外，日本也很重视利用建筑物对雨水进行收集利用，主要用于消防、植树、洗车、冲厕所和冷取水补给等，也可以经处理后供居民饮用15。 丹麦的城市地区主要通过屋顶收集雨水，收集后的雨水经过收集管底部的预过滤设备，进入贮水池进行储存。据统计，丹麦每年能从居民屋顶收集645万m3雨水，如果全部用于冲厕和洗衣，将占居民冲厕和洗衣实际用水量的68%。相当于居民用水量的22%，占市政总饮用水产量的7%。1.3.3 中德屋顶绿化比较中德两国屋顶绿化区别的主要表现之一是：在德国，80的屋顶绿化都是拓展型屋顶绿化，屋顶花园覆盖整个屋顶区域。而在中国，拓展型屋顶绿化非常少见，仅有少量的样板工程。为什么拓展型屋顶绿化在德国会这么普遍?拓展型屋顶绿化到底有哪些益处呢?拓展型屋顶绿化是一种非常有的对于被侵占土地的补偿形式，同时也是对城市化的一种补偿，可以在几乎任何屋顶上建造16。先进的屋顶绿化系统重量轻，长远角度上看成本较低，为业主和地方政府节省开支。在中国多是密集型屋顶绿化，绿化区域往往彼此分离。这样就使得灌溉效率十分低下，后期养护困难重重，设计师设计时也无从下手。因为他们不得不考虑排水口在什么位置。目前中国有关屋顶绿化的政策和法规还没有正式完成，但已经有很多的中国专家认识到了其必要期养护上，其中植物的选择很重要。一般说来，拓展型屋顶绿化所选择的植物是不同种的景天，因为景天植物抗性强，在表层土壤状态好的情况下，不需要施肥，值得提倡17。1.4屋顶绿化的特点与安全问题1.4.1 屋顶绿化的特点屋顶位于空中，与大地不再相连，使其生境与地面差别很大，其对绿化有利的因素有18：a 与地面相比，屋顶处光照强度大、光照时间长，有利于促进植物光合作用。b 受建筑的影响，屋顶吸热快，散热快，昼夜温差大，有利于植物的营养积累，也有利于植物的生长。c 屋顶上气流通畅清新，污染明显减少，受外界影响小；相对隔离，病虫害不易传播，有利于园内病虫害防治，有利于植物的生长和保护19。不利因素有：a 湿度条件差。因屋顶位于高处，四周相对空旷，风速比地面大，水分蒸发快。b 土温、气温变化较大，对植物生长不利。c 屋顶风力一般比地面大。d 和地面相比，屋顶花园增加了承重和防水投资，施工和养护的困难和投资也加大。e 对造园及植物选择有一定的局限性。因屋顶承重能力的限制，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系或生长迅速的高大乔木。边界规整屋顶形状一般为规则的几何形状且多重复出现，设计时应注意协调统一又富于变化，形成韵律20。1.4.2 屋顶绿化的安全问题安全问题是屋顶花园成败的关键，其中屋顶的荷载校核与屋面的防水安全是屋顶花园建设的关键性因素21。安全应贯穿屋顶花园造园的全过程，使设计出来的屋顶花园对整个房屋建筑传力明确，结构体系达到安全、经济、合理。绿化屋顶结构增加的附加荷载，包括植物生长层、排水层等自重；植物生长后的重量；以及上人荷载。屋面假山、水池的设置，高大乔木的种植及土坡造型的整理，亭、廊、花架等小型建筑原则上都应尽量地规划到承重的梁、柱、墙上，使荷载合理分散，同时防止植物根系损害屋面防水层22。参考文献1 郭屹岩 德国屋顶花园建设及对找国屋顶绿化的启示2007,(11):242 毛利胜 房屋屋顶绿化分析 2007,20(2):1081113 Kristin L. Gettera, D. Bradley Rowea, Jeffrey A. Andresenb Quantifying the effect of slope on extensivegreen roof stormwater retention 2007,31: 2252314张璐，张尚武浅谈城市屋顶绿化的功能和意义J建筑技术开发，200633(5)：1481505唐鸿蔚，尚珂，代国明屋顶绿化刍议J中州建设，2006(6)：676吴向哲屋顶绿化前景门洞访北京市园林绿化局科研所专家韩丽莉J国土绿化，2006(5)：26277殷丽峰，李树华屋顶绿化基质的选择及绿化种植模式的建立J风景园林，2(306(4)：46498张兴彬浅议屋顶绿化J山东省农业管理干部学院学报，2006，22(4)：166169 ，9王军利屋顶绿化的简史、现状与发展对策J园艺园林科学，2005，21(12)：30430610韩丽莉屋顶绿化规范的必要性及相关技术要点J城市管理与科技，20057(4)：15515711 戎安德国城市建筑环境大面积植被化J世界建筑，2002，12.12 红妹屋顶花园风靡东京J国土绿化，2002，1：4613 王祥荣论生态城市建设的理论、途径与措施以上海为例J复旦学报(自然科学版)，2001， 40(4)：814 刘华钢屋顶花园改善城市的有效途径：171915 朱向红，姜增彬打造屋顶花园，改善居住环境J南方金属，2002，128：535516 李金娜花园城市与屋顶绿化J山西建筑，2002，28（4）：15215317 牛金海论屋顶花园的设计与营造J科技情报开发与经济，2004，14(2)：15515618 石红旗谈屋顶花园的规划设计J科技情报开发与经济，2003，13(10)：15715819 吴少锋屋顶花园的荷载取值及排水构造J广东水利水电，2002，5：121320Eleftheria Alexandria.Phil Jonesb.eveloping a one-dimensional heat and mass transfer algorithm for describing the effect of green roofs on the built environment:Comparison with experimental results. Building and Environment 2007,42:2835284921Elena Palomo Del Barrio. Analysis of the green roofs cooling potential in buildings. Energy and Buildings 27 ( 1998) 179193毕 业 设 计 开 题 报 告本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段（途径）：2.1 本课题要研究或解决的问题根据屋顶绿化的特点与山西雨水资源利用的关系，如何能通过以人为本，安全第一的原则对建筑屋顶进行防水安全设计。设计屋顶花园前，首先要了解建筑的结构类型，如砖木结构、钢结构屋面是不允许建屋顶花园的。混合结构的平屋面、混凝土结构的平屋面、坡屋面才允许建造屋顶花园。所以先取得平屋顶的结构，使用栽植材料的重量及最大降雪量等的第一手材料。解决屋顶花园的各层构造做法和设施问题，计算出按每平方米面积上折合的荷载量，来进行结构、梁板、柱、基础等的设计。对屋顶隔热层、防水层、排水层、过滤层、土壤层、植物层等进行其结构，材料的设计及选择的合理性进行判断。使设计出来的屋顶花园对整个房屋建筑传力明确，结构体系达到安全、经济、合理，能达到雨水能够充分的利用。2.2 拟采用的设计方案根据山西太原的气候条件及空气污染程度选用绿化的植物类型，屋顶绿化的施工必须要做到安全，美观，其中防水安全是首位。绿化屋顶的设计与一般屋顶的设计有很多不同， 首先要分析绿化种植屋面对建筑物的影响因素， 在尽可能减少绿化屋顶投资的前提下， 从安全技术方面对其结构设计采取必要措施， 以排除屋顶绿化可能对房屋带来的不利影响。以下方面应特别引起的重视。其一，绿化屋顶结构增加的附加荷载。包括植物生长层、排水层等自重，植物生长后的重量以及上人荷载对其建筑结构的负载造成加重负担；其二， 屋面的排水与蓄水量；其三，植物根系对屋面防水层穿损的可能性；其四，隔根层对植物根系穿透的抵御能力；其五，雨水回收利用的能力。我们可以考虑这样设置绿化种植屋面的基本构造层次:屋面防水层隔根层防根穿损保护层排水层蓄水层过滤层植物生长层，外加雨水回流灌溉系统。2.2.1 设计流程屋顶绿化防水安全设计流程如图1：取得屋顶结构取得栽植材料及大降雨雪重量等材料计算折合的载荷量及年降水量种植层的设计植物根系对防水层穿损性隔根层的设计屋面的排水蓄水量雨水回用方案设计防水层的材料选用及设计屋顶整体结构防水设计及安全校核蓄排水层的设计 图 1 屋顶绿化防水安全设计流程2.2.2设计说明取得屋顶的结构对其绿化选用的种植材料和大降雨雪量进行分析及计算。针对雨水绿化回用方案对其排水层，蓄水层，种植层，隔根层，防水层进行合理的设计达到其防水安全的效果由于我国多是密集型屋顶绿化，绿化区域往往彼此分离。这样就使得灌溉效率十分低下，后期养护困难重重，设计时应该考虑排水口在什么位置。目前中国有关屋顶绿化的政策和法规还没有正式完成，但已经有很多的中国专家认识到了其必要期养护上，其中植物的选择很重要。一般说来，所选择的植物是不同种的景天，因为景天植物抗性强，在表层土壤状态好的情况下，不需要施肥，值得提倡。所以本设计拟用拓展型屋顶绿化利用选用景天植物。 本设计整个屋顶绿化层包括保温隔热层、防水层、排水层、过滤层、栽培基质层、植物层等。(1) 防水层采用柔性(油毯卷材)防水层、刚性防水层或新材料(如三元乙丙防水布等)，但目前使用最多的是柔性防水层，如高弹性防水涂料，防水性能好，使用寿命长；国外还有采用硬塑料做防水层的实例。屋顶绿化后，防水层应绝对避免出现渗漏现象，最好设计成复合防水层。在柔性防水层与防根系保护层之间应加设隔离层，隔离层可用中性材料。(2) 排水层(蓄水层)设在防水层上，过滤层之下。其作用是排除上层积水和过滤水，但又储存部分水分供植物生长之用。可与屋顶雨水管道相结合，将过多水分排出，以减轻防水层的负担。排水系统由排水层、排水管、排水口、排水沟等组成。小面积屋顶花园，一般通过屋顶坡度外排水方式排水；面积较大的屋顶花园要采用较大管径的排水管来排水，以免积水而造成植物烂根。灌溉系统有人工浇灌、自动喷灌、低压滴灌等多种，所用管道应是轻质管如塑料管。可用材料主要有陶粒(100k-200mm厚)、砾石(100k-200mm厚)、焦碴(50mm厚)和疏水板等轻质材料(3) 为防止种植土中小颗粒及养料随水而流失，且堵塞排水管道，需在种植基质层下铺设过滤层。过滤层采用稻草层、玻璃纤维布或粗沙层(50mm厚)、炉碴层、玻璃纤维布、稻草(30mm厚)，所要达到的质量要求是：既可通畅排灌又可防止颗料渗漏。(4) 种植层一般可采用无土基质，以蛭石、珍珠岩、泥炭、草炭土等轻质材料配制而成。能够减轻对建筑屋的载荷。(5) 隔根层位于排水层下是防止植物根系穿损的保