海綿城市在建筑設計中運用
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摘要:城市的快速發(fā)展使城市出現了各種各樣的問題，城市水系統問題及熱島效應讓我們困擾不已。“海綿城市”策略的實施已經刻不容緩。簡述了"海綿城市"策略提出的時代背景與理念，并以未建建筑、已建成建筑兩個角度，以及建筑材料的選用與建筑構造節(jié)點的創(chuàng)新方向初步探索出一些與"海綿城市"策略相適應的辦法。
關鍵詞:海綿城市;建筑材料;建筑構造
1海綿城市策略提出的時代背景
近年來，經濟的快速發(fā)展使城市出現洪澇災害、雨水徑流、水資源匱乏等問題。另外地下水過度開發(fā)和回灌不足也對氣候產生了嚴重的影響，例如熱島效應、土地沙漠化等，這些問題是當下城市建設中應當迫切解決的問題。在關于城鎮(zhèn)化建設會議上發(fā)表重要講話，特別談到“海綿城市”快速建設的重要性。對于已經發(fā)展數百年的城市，尤其是近幾十年的現代城市，在城市規(guī)劃一開始就出現的弊端并不能盡快從根本上解決，只能從城市的水系統方面和建筑設計方面進行一定的技術化改造。而水系統的改造需要更大的經費和精力，有時甚至會妨礙城市交通及人們的日常生活，所以建筑本身的設計與改造尤為重要。
2“海綿城市”在建筑角度的實施分類
實施海綿城市計劃可以綜合利用滲透、滯留、蓄在建筑方面實施海綿城市的目標有2個問題值得我們思考:一是海綿城市理論提出后建筑的方案應該如何設計;二是對海綿城市提出前已經建好的建筑應該如何改造。下面從這兩個角度出發(fā)對建筑場地材料、建筑材料的選用與建筑構造節(jié)點的創(chuàng)新方面進行詳述。
3新建建筑設計
3.1設置滲水鋪裝滲水鋪裝與非滲水鋪裝相比有以下優(yōu)勢:①自然降水能夠較快地滲入地下，適當地保持地下水資源存量。②路面積水量減少，使行人車輛安全出行。③有利于調節(jié)地表溫度和濕度，維持生態(tài)平衡。另外，對城市環(huán)境來說還有吸收噪音、吸收粉塵的作用。選用滲水鋪裝時可采用滲水磚、透水混凝土，以及生態(tài)鋪裝等材料。(1)滲水磚具有較高的耐久性、滲水性等特點，可用于人行路、路側石、圍樹石、盲道石等，在建筑總平上可提供幫助。如廣西壯族自治區(qū)柳州市某小區(qū)廣場(見圖1)。另外其色彩豐富也可用于廣場、塑模彩磚等。(2)透水混凝土具有較高的滲水性等特點，主要應用于園林、廣場、景觀道路鋪裝部位。另外其色彩豐富的特點，可以根據環(huán)境功能設計圖案大型，其構造節(jié)點如圖2所示。各個省均先后在公園、道路等地方實施。(3)生態(tài)鋪裝指鋪裝與鋪裝之間故意留出一定大小的空隙，可以在上面種植植被，優(yōu)點是可以和植物相結合，主要應用于景觀道路及生態(tài)停車場。如廣西壯族自治區(qū)廣西科技大學圖書館的地上生態(tài)停車場(見圖3)。
3.2綠化屋頂綠化屋頂對于雨水一直具有良好的滲透和滯留綠化植物選擇的主要原則如下:①選擇抗寒性強、耐旱的草本植物和矮灌木。②較低的養(yǎng)護管理要求。③移植耐修剪、容易成活、生長較緩慢的品種。④選擇能夠吸收污染、抵抗空氣污染的品種。⑤選擇不易倒伏、耐積水、抗風的植物種類。⑥選耐瘠薄、陽性的淺根植物。如:喬木、花灌木、地被植物與宿根花能力，并且可以配合雨水收集裝置設置滲透層實施凈化。在南方地區(qū)雨季，時常幾天連續(xù)下雨。通過綠化屋頂的植被會有大量雨水滲透且滯留在土壤之中，并可調節(jié)頂層建筑功能用房溫度。新建建筑設計可按照正常綠化屋頂建造方法建造，以蓄水種植隔熱屋面屋頂為例。卉、藤本植物、綠籬、抗污染樹種等。種植層:在設計種植層時，主要對種植層的栽培介質的密度進行控制，其栽培介質的堆積密度不宜大于10kN/m3。濾水層:濾水層可分為根系發(fā)達、根系弱兩方面。灌木或喬木等根系發(fā)達的綠化植物可在粗骨料上鋪60～80mm厚細骨料，細骨料按5～20mm粒級配，上粗下細。綠籬、藤本植物等根系弱植物可選用聚酯無紡紗過濾層或玻璃纖維布過濾層，具有重量小特點。蓄水層:蓄水層的處理根據植物的選用不同而有所區(qū)分，當選用灌木或喬木等稍微大型的綠化植物時可選用輕質多孔粗骨料蓄積，粗骨料的粒徑不應小于25mm，蓄水層(包括骨料和水)的深度不小于60mm。當選用綠籬、藤本植物等小型植物時，可選用80mm厚15～20陶粒，內鋪穿孔PVC管，對土壤層保持相對量的水分。防水層:防水層的考慮需根據建筑屋頂的防水等級設置相應的防水方法，二氈三油、SBS防水卷材或復合防水。附加蓄水池部分需要選用等級不低于C25鋼筋混凝土材料一次澆筑完成。
3.3雨水收集系統雨水收集系統包括自動系統和普通收集。自動系統是在建設時在屋頂檐溝排水處、地面地漏和明溝暗溝處、綠地低凹處設置集水口，經過一系列的過濾可以將雨水存儲于水箱之中，以用于建筑內的生活用水及綠地的灌溉(見圖5)。如果降水量過大，也可以通過收集裝置合理規(guī)劃依次排水，減少出現城市洪澇的幾率。普通收集就是指通過簡單的方式收集雨水，例如在建筑旁邊設置蓄水池、滲透井，造價低，但適用范圍有限，需要人力管理。雨水收集系統的造價及后期的維護比較昂貴，建筑可根據自身情況采取部分實施。而普通方法雖然造價很低，但始終影響整個建筑場地內的氣氛。關于雨水收集系統我們可以參考瑞士政府的作法。瑞士政府將這種政策推行到每家每戶，在各戶居民住宅的屋頂設雨水回收口，利用水管將雨水引入室內的蓄水池。經過簡單的沉淀過濾后可直接利用水泵將雨水輸送到房屋的各個部分。如輸送到屋頂處，建立屋頂花園，為花園植被提供水分。沉淀后雨水還可以被輸送到衛(wèi)生間和廚房，用于洗滌衣物、沖洗廁所、種花種草、清潔室內等。
3.4提高場地內綠化率除以上方式之外，我們還可以通過提高場地內綠化率來實現海綿城市計劃。在南方，尤其是嶺南地區(qū)氣候，建筑更提倡通透性。在建筑設計中可設置下沉式庭院，下沉式綠色花園，也可將首層架空，盡量減少對該地區(qū)原有綠地植被的破壞，以及設置綠化停車場等一系列方式來提高場地內的綠地率。也可以在大型的建筑聚落群中設置人造湖，如小區(qū)、學校等。人造湖在一定程度上對建筑群起到了一定的蓄水作用，也可促進地下水的回灌，水量的蒸發(fā)使建筑群內的小型氣候有很大的幫助。如:廣西科技大學的積微湖、宗元湖，華林郡邸別墅區(qū)觀賞湖，以及清華坊的人造湖畔等，大量的這種做法對市區(qū)的熱島效應也有一些改善。
4已建建筑改造
對已建建筑改造本文主要探討普通屋頂改造為綠化屋頂，應該注意以下4個問題:
4.1舊建筑的屋頂是否能夠承載住綠化屋頂的荷載原有屋頂一般是普通上人屋頂，均布荷載大約是150kg/m2，規(guī)范指出上人屋頂一般情況下不允許加建屋頂花園。因此，我們需要在不改變均布荷載的情況下，進行改造。
4.2改造后的屋面需要什么樣的防水層可以將原結構的防水油氈層改為SBS防水卷材，這樣既可以增強屋面的防水性，又可以降低結構的均布荷載，從35kg/m2降到10kg/m2左右。
4.3是否增設過濾層和排蓄水層過濾層可選用聚酯無紡紗過濾層或玻璃纖維布過濾層，重量小，具有良好的滲透性，不妨礙植物毛細管作用，且會保證蓄水能力。排蓄水層大致可以選用80mm厚15～20陶粒，內鋪穿孔PVC管，對土壤層保持相對量的水分。既能保持水量充足，又避免植物水分過多而死。
4.4屋頂綠化植物種類對于已建屋頂綠化所選植物應具備耐旱，根系淺且弱，沒有穿透屋頂防水層能力、抓地牢不易被風吹起、所需土壤層薄，對屋面荷載小等特點，如佛甲草、爬山虎、牽?；?、凌霄、地錦類、油麻藤、蔦蘿、木香等植物都具備以上特征。
5結語
“海綿城市”理論的實施已經刻不容緩，在建筑領域上已通過設置滲水鋪裝、建造或改造綠化屋頂、雨水的收集，以及建筑場地內綠化率提高等手段切實地貫徹“海綿城市”理論。只有堅持“海綿城市”理論，才能有效解決城市雨水問題，有效地改善城市氣候。
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作者：郝文學 單位：廣西科技大學土木建筑工程學院