風(fēng)景園林建筑結(jié)構(gòu)與構(gòu)造設(shè)計(jì)方法探討

王　俊， 朱亞紅

(許昌學(xué)院 土木工程學(xué)院，河南 許昌 461000)

風(fēng)景園林建筑結(jié)構(gòu)與構(gòu)造設(shè)計(jì)方法探討

王俊， 朱亞紅

(許昌學(xué)院 土木工程學(xué)院，河南 許昌 461000)

摘要：依據(jù)風(fēng)景園林建筑的藝術(shù)性及可靠性要求，從結(jié)構(gòu)計(jì)算與構(gòu)造要求的角度闡述了該類建筑與普通工業(yè)與民用建筑之異同，指出了風(fēng)景園林建筑的結(jié)構(gòu)與構(gòu)造設(shè)計(jì)思路.并結(jié)合典型工程從結(jié)構(gòu)方案比選、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)思路、穩(wěn)定性驗(yàn)算、構(gòu)造處理等方面指出了風(fēng)景園林建筑設(shè)計(jì)時(shí)所應(yīng)注意的問題.

關(guān)鍵詞：園林建筑；可靠性；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；構(gòu)造要求

當(dāng)前，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)采用的是以概率理論為基礎(chǔ)的基于結(jié)構(gòu)可靠性能的設(shè)計(jì)理論.建筑師與結(jié)構(gòu)師在處理建筑方案、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及構(gòu)造要求時(shí)均找到了良好的結(jié)合點(diǎn)：在結(jié)構(gòu)計(jì)算時(shí)多采用大型結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件，如PKPM等輔助設(shè)計(jì)，特殊或復(fù)雜的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，還采用大型空間有限元軟件對(duì)結(jié)果進(jìn)一步驗(yàn)證，如Midas-gen等.因此，在普通的工業(yè)與民用建筑領(lǐng)域，由于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面的原因?qū)е陆ㄖY(jié)構(gòu)失效的情況并不多，清華大學(xué)江見鯨教授研究統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)引起建筑結(jié)構(gòu)失效僅占工程質(zhì)量事故案例15%左右.

對(duì)于風(fēng)景園林建筑，它們既是建筑物質(zhì)產(chǎn)品，又有特定的藝術(shù)視覺需要，這就要求風(fēng)景園林建筑應(yīng)最大限度地利用周圍環(huán)境：位置的選擇上要因地制宜，結(jié)構(gòu)外形上要更加靈活多變，與一般工業(yè)與民用建筑相比要更重視產(chǎn)品的造型和輪廓.而實(shí)際工程中，因結(jié)構(gòu)或構(gòu)造處理不當(dāng)而造成相當(dāng)數(shù)量的工程質(zhì)量事故，這些在空間地理位置特殊性及結(jié)構(gòu)造型多變性等對(duì)設(shè)計(jì)人員提出了較高的要求[1～3].

1風(fēng)景園林建筑的結(jié)構(gòu)與構(gòu)造設(shè)計(jì)思路

由于高校專業(yè)培養(yǎng)方案形成的知識(shí)結(jié)構(gòu)等原因，許多園林建筑設(shè)計(jì)工作者對(duì)建筑結(jié)構(gòu)理論掌握不透，片面追求建筑造型效果，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的不確定性因素增加，導(dǎo)致建筑結(jié)構(gòu)喪失可靠性能的概率增加.同時(shí)風(fēng)景園林建筑在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)未有現(xiàn)成規(guī)范或類似的設(shè)計(jì)案例可供參考，結(jié)構(gòu)與造型兩者間未能很好的融合.因此，園林建筑設(shè)計(jì)工作者處理建筑結(jié)構(gòu)時(shí)應(yīng)遵循相應(yīng)的原則.

1.1擬定建筑方案時(shí)要充分考慮結(jié)構(gòu)選型

在園林建筑設(shè)計(jì)工作中，應(yīng)考慮園林建筑的觀賞性、藝術(shù)性及場(chǎng)地因素等方面的要求，往往有多種建筑方案可供選擇，同時(shí)也引發(fā)多種結(jié)構(gòu)方案需要甄選，我們應(yīng)遵循安全、美觀、經(jīng)濟(jì)的原則來確定最優(yōu)的結(jié)構(gòu)方案.

1.2根據(jù)建筑方案確定結(jié)構(gòu)計(jì)算簡(jiǎn)圖

個(gè)異性是風(fēng)景園林建筑的特征之一.對(duì)于造型或結(jié)構(gòu)特殊的構(gòu)筑物或建筑小品，我們必須根據(jù)方案的實(shí)際情況，確定結(jié)構(gòu)計(jì)算簡(jiǎn)圖.

1.3荷載統(tǒng)計(jì)分析

荷載分析我們一定要做到不重不漏，要分清荷載的類型、荷載作用的久暫、是有利載還是不利荷載，這關(guān)系到荷載分項(xiàng)系數(shù)和組合系數(shù)的確定[4].

1.4內(nèi)力計(jì)算

根據(jù)結(jié)構(gòu)計(jì)算簡(jiǎn)圖確定相應(yīng)的內(nèi)力(剪力、彎矩、扭矩等)，而由于建筑造型的特殊性，扭矩計(jì)算有時(shí)較為重要，甚或扭矩是控制內(nèi)力，我們要根據(jù)具體情況具體分析[5].

1.5確定結(jié)構(gòu)處理方案

風(fēng)景園林建筑由計(jì)算確定的結(jié)構(gòu)配置可滿足結(jié)構(gòu)的承載力安全性方面的要求，但構(gòu)造的要求亦不可忽視.由于園林建筑所處空曠露天或依山傍水環(huán)境，受環(huán)境侵蝕嚴(yán)重，構(gòu)造處理對(duì)建筑物耐久性影響?yīng)q大[2,6].

2風(fēng)景園林建筑結(jié)構(gòu)選型與設(shè)計(jì)方法

2.1結(jié)構(gòu)方案的選定案例

某公園湖岸邊一游樂亭如圖1所示.根據(jù)建筑方案，有兩種結(jié)構(gòu)方案可供選擇，方案一將游樂亭的一部分礎(chǔ)設(shè)置在湖中，方案二從岸邊設(shè)置懸挑結(jié)構(gòu)以撐起亭子的湖面以上部分.兩種方案中方案一雖然看似簡(jiǎn)單，但由于我們對(duì)湖底地質(zhì)條件缺乏了解，這就增加了基礎(chǔ)處理難度及勘查所需要的費(fèi)用，且由于水下作業(yè)而質(zhì)量難于保證.方案二雖然結(jié)構(gòu)計(jì)算復(fù)雜，但施工方便且質(zhì)量易于保證，造價(jià)相對(duì)較低，可以認(rèn)為方案二比較合適.

2.2結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性驗(yàn)算案例

在園林小品種中，有些假山或置石為了達(dá)到造型上的某種效果，結(jié)構(gòu)的重心偏向一側(cè)或有較大懸挑石，這樣結(jié)構(gòu)就存在傾覆的可能.因此我們從安全角度考慮需要對(duì)該類結(jié)構(gòu)進(jìn)行抗傾覆驗(yàn)算，假山或置石的示意圖如圖2所示.

圖1　游樂亭方案比選

圖2　假山或置石示意圖

假山或置石是否會(huì)傾倒，應(yīng)視W1對(duì)傾覆點(diǎn)A的力矩是否超過W2、W3對(duì)傾覆點(diǎn)A的抵抗傾覆力矩之和，同時(shí)我們還應(yīng)考慮一定的安全度(盡管風(fēng)荷載也可能產(chǎn)生抗傾覆力矩，但從安全角度考慮，只考慮風(fēng)荷載產(chǎn)生傾覆力矩的情況)，根據(jù)力學(xué)原理我們可建立基本方程，如式(1)所示.

γG1·W1·L1≥γG2·W2·L2+γw·φw·W3·L3,

(1)

式中：W1—對(duì)抗傾覆有利的部分假山石重力荷載；

W2—產(chǎn)生傾覆力矩的部分假山石的重力荷載代表值；

W3—風(fēng)荷載代表值，根據(jù)荷載規(guī)范W3=βZ·μZ·μS·W0·B，以及設(shè)計(jì)對(duì)象的具體情況,可以取風(fēng)振系數(shù)βZ=1.0，風(fēng)壓高度變化系數(shù)μZ可取1.4，風(fēng)荷載體型系數(shù)μS可取1.3，基本風(fēng)壓值W0可根據(jù)建筑物所處地區(qū)查表求出，假山迎風(fēng)面寬度B可根據(jù)實(shí)際情況量測(cè).L1、L2、L3如圖2所示.

考慮到園林建筑安全的重要性，對(duì)荷載取值進(jìn)行安全處理，可取有利荷載的分項(xiàng)系數(shù)γG1=0.9，不利恒載的分項(xiàng)系數(shù)γG2=1.35，風(fēng)荷載的分項(xiàng)系數(shù)γw=1.4，風(fēng)荷載參與組合系數(shù)從更安全考慮取φw=1.0，式(1)可變?yōu)槭?2)

0.9·W1·L1≥1.35·W2·L2+1.4·W3·L3.

(2)

總之，風(fēng)景園林建筑設(shè)計(jì)，美觀及藝術(shù)效果是第一考慮因素，但安全與實(shí)用問題亦不可忽略.由園林建筑體量不大，經(jīng)濟(jì)因素往往作為次要考慮的因素.我們?cè)趯?duì)荷載的統(tǒng)計(jì)分析時(shí)，一定要考慮荷載的種類及性質(zhì)，這對(duì)我們進(jìn)行荷載分項(xiàng)系數(shù)的確定乃至結(jié)構(gòu)的安全十分重要.

2.3構(gòu)造要求案例

現(xiàn)代建筑向密集、高層且多為屋頂綠化的方向發(fā)展.精巧、別致、風(fēng)格獨(dú)特的屋頂花園或草皮屋頂是建筑與環(huán)境合作的精品.他們是建在建筑物的結(jié)構(gòu)層、保溫隔熱層和屋頂防水層之上，與普通屋頂不同之處是增加了為植物生長(zhǎng)所必需的構(gòu)造做法，一般草皮屋面各層構(gòu)造如圖3所示.構(gòu)造處理是否得當(dāng)對(duì)于建筑的適用性和耐久性至關(guān)重要，在屋頂花園或草皮屋頂中尤為明顯[7].

圖3　草坪屋頂?shù)臉?gòu)造要求

2.3.1基質(zhì)層(植物生長(zhǎng)層)

植物基層的主要功能是滿足植物正常生長(zhǎng)要求.為降低屋頂荷重，一般采用一種比天然土壤輕得多的混合土壤，同時(shí)還要求土壤具有足夠的養(yǎng)分.為保護(hù)種子，在生長(zhǎng)層表面往往還要鋪一層沙礫覆蓋層、不僅可以防風(fēng)、還可以在干旱季節(jié)時(shí)保護(hù)下面基質(zhì)層中水分的作用，根據(jù)草的生長(zhǎng)要求，該層的厚度一般為30～50 mm.

2.3.2排水蓄水層

排水蓄水層多采用砂礫，并在該層中鋪有膨脹粘土、浮石或泡沫塑料排水板、其主要功能是調(diào)節(jié)屋頂綠化層的含水量.雨水通過植物生長(zhǎng)層迅速響下滲透防止植物根系處于過分潮濕的環(huán)境中；同時(shí)還可以把部分雨水儲(chǔ)存起來以供干旱季節(jié)植物生長(zhǎng)之需.

2.3.3防水層

一般情況下植物根系具有較強(qiáng)的穿透能力.為防止對(duì)屋面密封層的損害，一般在排水蓄水層與密封層之間設(shè)一層抗穿透層，常用做法是在結(jié)構(gòu)基層上作一層厚20 mm的1：3水泥砂漿找平層，再鋪一道復(fù)合防水材料.

2.3.4屋頂坡度

相關(guān)研究成果表明，為保證屋面能及時(shí)將剩余的水排走，屋頂最小坡度5°,適宜綠化的最佳坡度為5～15°.在此種情況下，一般通過結(jié)構(gòu)找坡，這樣有利于降低屋面的荷載值.

3結(jié)語

風(fēng)景園林建筑的設(shè)計(jì)不僅僅是一個(gè)造型視覺效果的美學(xué)問題，還是一個(gè)與建筑結(jié)構(gòu)的可靠性能緊密相關(guān)的問題.在“大土木”教育背景下，我國目前高等教育中建筑學(xué)與建筑結(jié)構(gòu)專業(yè)并未有做到應(yīng)有的融合[7]，造成我們?nèi)瞬排囵B(yǎng)上有一些“硬傷”.這就為我們園林設(shè)計(jì)工作者提出許多新的課題：不僅要具有一定的美學(xué)觀念、審美能力、還應(yīng)具有一定的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理論知識(shí)的復(fù)合型知識(shí)結(jié)構(gòu).

參考文獻(xiàn)：

[1]姜虹，張丹，任君華.風(fēng)景園林建筑結(jié)構(gòu)與構(gòu)造[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2010.

[2]馬輝.中國傳統(tǒng)風(fēng)景園林橋設(shè)計(jì)理法研究[D].北京:北京林業(yè)大學(xué)，2006.

[3]周桂箐.風(fēng)景園林建筑的功能和作用[J].北京工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，1995,21(6):46-51.

[4]建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范(GB50009-2009)[S].北京:中國建筑工業(yè)出版社，2009.

[5]混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范(GB50010-2010)[S].北京:中國建筑工業(yè)出版社，2010.

[6]黃金锜.風(fēng)景建筑結(jié)構(gòu)與構(gòu)造[M].北京:中國林業(yè)出版社，1990.

[7]張歸良，季元.草皮屋頂建筑構(gòu)造設(shè)計(jì)[J].建筑技術(shù)，2002,33(7):494-495.

[8]李軍.談園林教育與園林設(shè)計(jì)[J].園林，2011(7):44-47.

A Study on the Structural and Tectonic Design

of Scenery-park Buildings

WANG Jun, ZHU Ya-hong

(SchoolofCivilEngineering,XuchangUniversity,Xuchang461000,China)

Abstract:To meet the artistic quality and reliability of scenery-park buildings, this paper first studies the structural and tectonic differences between the common construction and the scenery-park buildings, then puts forward the principles on the design of scenery-park buildings, and further probes into the design of scenery-park buildings from the aspects of project planning, structural design, stability test, etc. with case studies.

Key words:stability; scenery-park building; structure design; tectonic

責(zé)任編輯：衛(wèi)世乾

中圖分類號(hào)：TU986.4;TU312

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1671-9824(2015)02-0119-03

作者簡(jiǎn)介：王俊(1975—)，男，河南光山人，副教授，博士后，研究方向：建筑結(jié)構(gòu)基本理論.

基金項(xiàng)目：河南省教育廳科學(xué)技術(shù)研究重點(diǎn)項(xiàng)目(13B560239)

收稿日期：2013-11-20