Constructional features of horizontal urban gardening

Dorozhkina Ekaterina Senior Educator, the department of Structural Engineering, National Research University Moscow State University of Civil Engineering 129337, Russia, g. Moscow, shosse Yaroslavskoe, 26 dor-ea@yandex.ru Other publications by this author

Введение

Не редко при проектировании современных зданий вне зависимости от их функционального назначение предусматриваются различные формы нетрадиционного озеленения. Его можно разделить на следующие типы: горизонтальное, вертикальное и привнесенное.

Под горизонтальным озеленением понимается озеленение горизонтальных и/или малоуклонных поверхностей сооружения, которыми могут быть поверхности плоских крыш, балконы, лоджии, козырьки, платформы и другие. Однако в ряде случаев зеленые крыши и террасы рассматриваются как частный случай вертикального озеленения здания, ввиду того, что в пространстве композиция нескольких разноуровневых террас образует сплошное озеленение фасада ^[1].

В представленной статье рассматриваются вопросы комплексного проектирования конструкций для горизонтального озеленения зданий. В качестве несущего основания в этом случае могут рассматриваться железобетонные элементы. При их проектировании необходимо учитывать следующие особенности связанные с вегетацией растительности. Среди них изменение расчетной нагрузки на конструкцию, изменение эксплуатационных характеристик и физико-технических условий.

Обзор литературы

Роли «зелёных» крыш в аспекте экологизация городской застройки посвящтено много научных разработок, в том числе ^{[2, 3]} и другие. В них отмечается компенсационная роль нетрадиционных типов озеленения, рассматриваются перспективы их формирования ^[3].

Вопросами пространственной организации горизонтального озеленения посвящено много статей в научных изданиях, среди которых ^[4] и другие, свидетельствующих о увеличении опыта его формирования в строительной практике объектов.

Однако в работе ^[2] и других отмечаются вопросы технического формирования «зелёных» крыш. Это свидетельствует об актуальности поднятой проблемы. Некоторые технические решения приведены в справочной литературе ^{[5, 6]} и других, но они ориентированы на принцип подбора строительных материалов. В работе ^[8] был обозначен круг вопросов, требующих технического учёта при проектировании зданий с интегрированным озеленением. Однако вопросы проектирования «зеленых» крыш рассматривались лишь косвенно. В работе ^[9] рассматривалась методика расчёта конструкции основания для горизонтального озеленения. Однако, особенности обеспечения средовых факторов, формирования защитных конструкций ранее не рассмотривались.

Основная часть

«Зеленая» крыша, являясь «пятым фасадом», оказывает позитивное воздействие на психо-эмоциональное состояние горожан. В данном случае роль играет не только зеленый цвет, который принято относить к расслабляющему, но и непосредственно зеленые насаждения, которые могут быть представлены различными видами растений.

В первую очередь озеленение призвано улучшить качество жизни, повысить престиж строительного объекта, вывести имеющуюся архитектурную среду на более высокий качественный уровень. Сегодня «зеленые» крыши должны становиться дополнительным местом досуга, являясь максимально приближенным к природным условиям рекреационным пространством. И что наиболее важно, озеленение в данном случае выполняет функцию поддержания городской экологии.

На сегодняшний день можно привести множество примеров «зеленых» зданий, как из зарубежной, так и из российской практики строительства. Среди наиболее известных зарубежных примеров «зеленого» строительства: небоскреб Солярис в Сингапуре, Зеленый квартал в Милане (Италия), торговый центр Осаки (Япония), торгово-офисный центр Четыре гавани в Роттердаме (Голландия), Музей современного искусства в Нью-Йорке (США), Зорлу центр в Стамбуле (Турция), отель в Дананге (Вьетнам) и другие (рис.1). В России «зеленое» строительство пока не имеет столь широкого распространения, но с каждым годом становятся все более популярным. Уже сегодня можно привести несколько примеров горизонтального озеленения зданий. Среди наиболее известных из них МФК «Аэропорт-Сити» в Санкт-Петербурге, Олимпийские объекты в Сочи, крыша оранжерейного комплекса Ботанического сада МГУ в Москве, ЖК «Розмарин» и Комплекс зданий Газпрома в Москве и другие.

Рис. 1. Многоэтажные паркинги в Сингапуре

При устройстве «зеленых» крыш возникают следующие риски, затрудняющие их эксплуатацию:

• значительный вес кровельного пирога, увеличивающий нагрузки на несущие конструкции здания;
• возможность протечек при повреждении гидроизоляции, в том числе прорастающими корнями растений, а также возможность разрушения строительных конструкций вследствие роста растений;
• повышенная пожароопасность в связи с возможностью возгорания торфа, содержащегося в составе субстрата;
• значительные материальные затраты, как на этапе устройства, так и при эксплуатации объекта;
• низкая культура производства строительных работ и сложность обслуживания «зеленой» крыши.

На сегодняшний день существует множество кровельных систем для устройства эксплуатируемых крыш различного функционального назначения (пешеходные зоны, автомобильные дороги, автостоянки, сады на крышах) ^[5]. В зависимости от функциональных особенностей проектируемого объекта различается состав кровельного пирога. Современная «зеленая» кровельная система должна содержать следующие слои ^{[6, 7]} (рис. 2):

Рис. 2. Схема устройства кровельного пирога «зеленой» крыши

1. плиту покрытия здания;

2. гидроизоляционной мембраной с включенными противокорневыми добавками;

3. жесткую теплоизоляцию;

4. специальный дренажный слой, иногда со встроенными резервуарами для воды;

5. ландшафтную или фильтрующую ткань, которая задерживает корни растений и растительную среду и в то же время пропускает воду;

6. сконструированную растительную среду (субстрат), которая в общем случае может и не содержать грунта;

7. растения, специально отобранные для высадки на кровле (предпочтение отдается мочковатым и поверхностным корневым системам).

При проектировании «зеленых» зданий необходимо учитывать:

• неблагоприятное воздействие растений как на конструкции здания (несущие и ограждающие);
• условия произрастания растений, отличные от традиционных.

Растения, высаженные на крышах знаний, попадают в неблагоприятную для их нормального произрастания среду, поскольку с изменением высотной отметки расположения растительности изменяется влияние климатических факторов. Это обуславливается возрастающими ветровыми нагрузками, повышением воздействий от солнечного излучения, интенсивным осушением почвы, резкими колебаниями температур.

Говоря о нормальной работе здания, важно отметить, что озеленение, выступает в качестве дополнительного агрессора для строительных конструкций. Его необходимо рассматривать как нагрузку, изменяющую свои нормативные значения с течением времени (изменение геометрии и формы растения в процессе роста, увеличение массы растения и растительного субстрата), а также учитывая временные изменения нагрузки (связанные с сезонностью). Дополнительное воздействие на конструкции оказывает повышенная влажность почвенного субстрата, необходимая для нормального развития растений, но в тоже время изменяет условия эксплуатации конструкций.

В связи с непрерывным развитием корневой системы растения возможно нарушение целостности изоляционных материалов, приводящее как к изменению качественных показателей внутренней среды здания, так к снижению работоспособности конструкций несущего остова здания, выхода конструкций из строя, а также созданию аварийных ситуаций. Говоря о нормальной эксплуатации конструкций крыш с интегрированным озеленением, необходимо предупреждать образование дефектов, вызванных в том числе, в следствии роста и развития растений ^[9].

Учитывая вышеперечисленные аспекты, необходимо производить расчет несущего остова здания, закладывая в качестве нагрузки значения, удовлетворяющие потребностям взрослого растения, тем самым резервирую несущую способность сооружения.

Среди климатических факторов, оказывающих существенное влияние на возможность устройства озеленения, интегрированного в застройку следует выделять:

Ветер

Ветер оказывает значительное влияние на формирование микроклимата среды (температурные и влажностные характеристики, состояние загрязненности воздуха). Таким образом, говоря о комфорте окружающей среды необходимо учитывать одновременное воздействие температуры, влажности воздуха, скорости ветра.

В зависимости от высотного уровня наблюдается изменение скорости ветра, в связи с чем происходит значительное увеличение ветровой нагрузки (постоянный напор и пульсация) на уровне верхних этажей здания.

Таблица 1

Расчетные скорости ветра на высотах

(данные Руководства по оценке и регулированию ветрового режима жилой застройки)

В этой связи возникает необходимость ограничения высотной отметки на которой возможно устраивать «зеленые» крыши. Это связано с соблюдением условий комфортности среды.

В качестве меры уменьшения ветрового воздействия на горизонтальное озеленение, может быть предусмотрено устройство ветрозащитных сооружений различного типа.

Освещенность и солнечная радиация

В связи с изменением высотной отметки также возрастает пагубное влияние солнечной радиации. На уровнях верхних этажей ее значение в разы превосходит показатели в пределах биоуровня. Следовательно, появляется необходимость в использовании солнцезащитных средств. Они могут обеспечиваться как конструктивными, так и планировочными решениями.

Солнцезащитные устройства в практике строительства применяются давно, особенно в районах с жарким климатом. В работах С.В. Стецкого ^{[10, 11]} рассматривается вопрос применения солнцезащитных устройств с точки зрения создания комфортной внутриквартирной среды для человека.

Однако при устройстве горизонтального озеленения становится необходимым соблюдение светового режима для вегетации растительности. В виду чего проектирование озелененных пространств должно предусматривать устройство ограждающих конструкций с частичным светопропусканием, а также учет влияния отраженного света ^[12].

Таким образом, с учетом влияния климатических факторов среды для устройства горизонтального озеленения необходимо формировать дополнительные конструкции ограждающего типа. В качестве таких конструкций могут быть использованы элементы остекления ^{[13, 14]}. В том числе, речь идет о проектировании дополнительного стеклянного фасада ^[15].

Экологические и биологические требования к среде

Концептуальной основой работы является средовой подход к формированию зеленого пространства в структуре застройки (интегрированного озеленения). В этой связи, выбирая растительность для озеленения зданий, мы должны руководствоваться не только оформительскими аспектами, но и в первую очередь экологическими. И в этом плане при формировании «зеленых» крыш должно учитываться местонахождение здания (сумма антропогенных воздействий не должна превышать нормативные требования).

В этой связи подбор растений должен быть во взаимосвязи с их экологическими характеристиками (их поглощающая способность – дым, пыль, газы, химические элементы и прочее) и их устойчивостью к климатическим факторам (светоустойчивость (и требования к среде), морозоустойчивость, влагоустойчивость, ветроустойчивость (постоянный напор и пульсация)), а также с их биопозитивными свойствами, как то фитонцидность, продуцирование кислорода, ядовитость, а также факторами, связанными с почвенными процессами (гниения, образование бактерий в почве).

В существующей практике «зеленого» строительства, в зависимости от потребности высаживаемых растений в уходе, а также допустимых нагрузках на конструкцию, различают два основных типа зеленых крыш:

• с интенсивным озеленением (предусматривает использование широкого ассортимента растений, в том числе травянистых растений, кустарничков, кустарников и деревьев, требующего необходимых условий произрастания и ухода);
• с экстенсивным озеленением (предусматривается использование ограниченного ассортимента растений, малотребовательных к условиям произрастания и уходу; доступ людей на такую крышу ограничен, в виду пониженных нагрузок на несущие конструкции сооружения, допускается устройство не озелененных участков).

Также стоит выделить простые интенсивные «зеленые» крыши, которые с точки зрения требований к условиям среды занимают промежуточное положение в приведенной классификации.

Таблица 2

Сравнительная характеристика типов озеленения плоских крыш

Выводы

В современной практике «зеленого» строительства многие вопросы остаются незатронутыми, тем самым создавая сложности создания садов на крышах и их массового распространения. Проектирование таких конструкций выполняется сегодня больше на интуитивном уровне, что связано с недостаточной изученностью вопроса. Об этом свидетельствует применение озеленения в поисковых проектах и предпроектных разработках и в тоже время отказ от их реализации на стадии разработки рабочей документации на объект строительства. В этой связи появляется необходимость разработок в области конструктивно-технических принципов проектирования.

Речь идет о необходимости формирования дополнительных конструкций ограждающего характера для поддержания комфортной среды. Проектирование таких конструкций должно осуществляться под влиянием природно-климатических факторов среды с учетом высотности застройки. Среди таких конструкций необходимо предусматривать:

• ветрозащитные конструкции;
• солнцезащитные конструкции.

Рассмотрен аспект экологических и биологических требований озеленения к среде. В результате чего определена необходимость формирования внутренних защитных конструкций системы человек - растение, так и дополнительных конструктивных слоев при устройстве кровельного пирога. Также определена взаимосвязь типов озеленения и конструктивных особенностей в том числе с учетом собственного веса озеленения, как дополнительной нагрузки на «зеленую» крышу.