风景园林建筑结构与构造设计方法探讨

王　俊， 朱亚红

(许昌学院 土木工程学院，河南 许昌 461000)

风景园林建筑结构与构造设计方法探讨

王俊， 朱亚红

(许昌学院 土木工程学院，河南 许昌 461000)

摘要：依据风景园林建筑的艺术性及可靠性要求，从结构计算与构造要求的角度阐述了该类建筑与普通工业与民用建筑之异同，指出了风景园林建筑的结构与构造设计思路.并结合典型工程从结构方案比选、结构设计思路、稳定性验算、构造处理等方面指出了风景园林建筑设计时所应注意的问题.

关键词：园林建筑；可靠性；结构设计；构造要求

当前，建筑结构设计采用的是以概率理论为基础的基于结构可靠性能的设计理论.建筑师与结构师在处理建筑方案、结构设计及构造要求时均找到了良好的结合点：在结构计算时多采用大型结构设计软件，如PKPM等辅助设计，特殊或复杂的结构设计时，还采用大型空间有限元软件对结果进一步验证，如Midas-gen等.因此，在普通的工业与民用建筑领域，由于结构设计方面的原因导致建筑结构失效的情况并不多，清华大学江见鲸教授研究统计结果表明，结构设计引起建筑结构失效仅占工程质量事故案例15%左右.

对于风景园林建筑，它们既是建筑物质产品，又有特定的艺术视觉需要，这就要求风景园林建筑应最大限度地利用周围环境：位置的选择上要因地制宜，结构外形上要更加灵活多变，与一般工业与民用建筑相比要更重视产品的造型和轮廓.而实际工程中，因结构或构造处理不当而造成相当数量的工程质量事故，这些在空间地理位置特殊性及结构造型多变性等对设计人员提出了较高的要求[1～3].

1风景园林建筑的结构与构造设计思路

由于高校专业培养方案形成的知识结构等原因，许多园林建筑设计工作者对建筑结构理论掌握不透，片面追求建筑造型效果，结构设计的不确定性因素增加，导致建筑结构丧失可靠性能的概率增加.同时风景园林建筑在结构设计时未有现成规范或类似的设计案例可供参考，结构与造型两者间未能很好的融合.因此，园林建筑设计工作者处理建筑结构时应遵循相应的原则.

1.1拟定建筑方案时要充分考虑结构选型

在园林建筑设计工作中，应考虑园林建筑的观赏性、艺术性及场地因素等方面的要求，往往有多种建筑方案可供选择，同时也引发多种结构方案需要甄选，我们应遵循安全、美观、经济的原则来确定最优的结构方案.

1.2根据建筑方案确定结构计算简图

个异性是风景园林建筑的特征之一.对于造型或结构特殊的构筑物或建筑小品，我们必须根据方案的实际情况，确定结构计算简图.

1.3荷载统计分析

荷载分析我们一定要做到不重不漏，要分清荷载的类型、荷载作用的久暂、是有利载还是不利荷载，这关系到荷载分项系数和组合系数的确定[4].

1.4内力计算

根据结构计算简图确定相应的内力(剪力、弯矩、扭矩等)，而由于建筑造型的特殊性，扭矩计算有时较为重要，甚或扭矩是控制内力，我们要根据具体情况具体分析[5].

1.5确定结构处理方案

风景园林建筑由计算确定的结构配置可满足结构的承载力安全性方面的要求，但构造的要求亦不可忽视.由于园林建筑所处空旷露天或依山傍水环境，受环境侵蚀严重，构造处理对建筑物耐久性影响犹大[2,6].

2风景园林建筑结构选型与设计方法

2.1结构方案的选定案例

某公园湖岸边一游乐亭如图1所示.根据建筑方案，有两种结构方案可供选择，方案一将游乐亭的一部分础设置在湖中，方案二从岸边设置悬挑结构以撑起亭子的湖面以上部分.两种方案中方案一虽然看似简单，但由于我们对湖底地质条件缺乏了解，这就增加了基础处理难度及勘查所需要的费用，且由于水下作业而质量难于保证.方案二虽然结构计算复杂，但施工方便且质量易于保证，造价相对较低，可以认为方案二比较合适.

2.2结构稳定性验算案例

在园林小品种中，有些假山或置石为了达到造型上的某种效果，结构的重心偏向一侧或有较大悬挑石，这样结构就存在倾覆的可能.因此我们从安全角度考虑需要对该类结构进行抗倾覆验算，假山或置石的示意图如图2所示.

图1　游乐亭方案比选

图2　假山或置石示意图

假山或置石是否会倾倒，应视W1对倾覆点A的力矩是否超过W2、W3对倾覆点A的抵抗倾覆力矩之和，同时我们还应考虑一定的安全度(尽管风荷载也可能产生抗倾覆力矩，但从安全角度考虑，只考虑风荷载产生倾覆力矩的情况)，根据力学原理我们可建立基本方程，如式(1)所示.

γG1·W1·L1≥γG2·W2·L2+γw·φw·W3·L3,

(1)

式中：W1—对抗倾覆有利的部分假山石重力荷载；

W2—产生倾覆力矩的部分假山石的重力荷载代表值；

W3—风荷载代表值，根据荷载规范W3=βZ·μZ·μS·W0·B，以及设计对象的具体情况,可以取风振系数βZ=1.0，风压高度变化系数μZ可取1.4，风荷载体型系数μS可取1.3，基本风压值W0可根据建筑物所处地区查表求出，假山迎风面宽度B可根据实际情况量测.L1、L2、L3如图2所示.

考虑到园林建筑安全的重要性，对荷载取值进行安全处理，可取有利荷载的分项系数γG1=0.9，不利恒载的分项系数γG2=1.35，风荷载的分项系数γw=1.4，风荷载参与组合系数从更安全考虑取φw=1.0，式(1)可变为式(2)

0.9·W1·L1≥1.35·W2·L2+1.4·W3·L3.

(2)

总之，风景园林建筑设计，美观及艺术效果是第一考虑因素，但安全与实用问题亦不可忽略.由园林建筑体量不大，经济因素往往作为次要考虑的因素.我们在对荷载的统计分析时，一定要考虑荷载的种类及性质，这对我们进行荷载分项系数的确定乃至结构的安全十分重要.

2.3构造要求案例

现代建筑向密集、高层且多为屋顶绿化的方向发展.精巧、别致、风格独特的屋顶花园或草皮屋顶是建筑与环境合作的精品.他们是建在建筑物的结构层、保温隔热层和屋顶防水层之上，与普通屋顶不同之处是增加了为植物生长所必需的构造做法，一般草皮屋面各层构造如图3所示.构造处理是否得当对于建筑的适用性和耐久性至关重要，在屋顶花园或草皮屋顶中尤为明显[7].

图3　草坪屋顶的构造要求

2.3.1基质层(植物生长层)

植物基层的主要功能是满足植物正常生长要求.为降低屋顶荷重，一般采用一种比天然土壤轻得多的混合土壤，同时还要求土壤具有足够的养分.为保护种子，在生长层表面往往还要铺一层沙砾覆盖层、不仅可以防风、还可以在干旱季节时保护下面基质层中水分的作用，根据草的生长要求，该层的厚度一般为30～50 mm.

2.3.2排水蓄水层

排水蓄水层多采用砂砾，并在该层中铺有膨胀粘土、浮石或泡沫塑料排水板、其主要功能是调节屋顶绿化层的含水量.雨水通过植物生长层迅速响下渗透防止植物根系处于过分潮湿的环境中；同时还可以把部分雨水储存起来以供干旱季节植物生长之需.

2.3.3防水层

一般情况下植物根系具有较强的穿透能力.为防止对屋面密封层的损害，一般在排水蓄水层与密封层之间设一层抗穿透层，常用做法是在结构基层上作一层厚20 mm的1：3水泥砂浆找平层，再铺一道复合防水材料.

2.3.4屋顶坡度

相关研究成果表明，为保证屋面能及时将剩余的水排走，屋顶最小坡度5°,适宜绿化的最佳坡度为5～15°.在此种情况下，一般通过结构找坡，这样有利于降低屋面的荷载值.

3结语

风景园林建筑的设计不仅仅是一个造型视觉效果的美学问题，还是一个与建筑结构的可靠性能紧密相关的问题.在“大土木”教育背景下，我国目前高等教育中建筑学与建筑结构专业并未有做到应有的融合[7]，造成我们人才培养上有一些“硬伤”.这就为我们园林设计工作者提出许多新的课题：不仅要具有一定的美学观念、审美能力、还应具有一定的结构设计理论知识的复合型知识结构.

参考文献：

[1]姜虹，张丹，任君华.风景园林建筑结构与构造[M].北京:化学工业出版社，2010.

[2]马辉.中国传统风景园林桥设计理法研究[D].北京:北京林业大学，2006.

[3]周桂箐.风景园林建筑的功能和作用[J].北京工业大学学报，1995,21(6):46-51.

[4]建筑结构荷载规范(GB50009-2009)[S].北京:中国建筑工业出版社，2009.

[5]混凝土结构设计规范(GB50010-2010)[S].北京:中国建筑工业出版社，2010.

[6]黄金锜.风景建筑结构与构造[M].北京:中国林业出版社，1990.

[7]张归良，季元.草皮屋顶建筑构造设计[J].建筑技术，2002,33(7):494-495.

[8]李军.谈园林教育与园林设计[J].园林，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

责任编辑：卫世乾

中图分类号：TU986.4;TU312

文献标识码：A

文章编号：1671-9824(2015)02-0119-03

作者简介：王俊(1975—)，男，河南光山人，副教授，博士后，研究方向：建筑结构基本理论.

基金项目：河南省教育厅科学技术研究重点项目(13B560239)

收稿日期：2013-11-20