A.- Der 1962 geborene K._ war seit 1983 bei der Stadt X._ als Gartenarbeiter angestellt. Wegen Rückenproblemen musste er seine Berufstätigkeit ab März 1994 wiederholt aussetzen. Seit 1. Oktober 1996 arbeitet er noch zu 50 % in diesem Betrieb. Am 16. Januar 1997 meldete er sich bei der Invalidenversicherung zum Leistungsbezug an. Die IV-Stelle des Kantons Zürich holte Berichte der Dres. med. E._, Spezialarzt Orthopädische Chirurgie FMH (vom 20. März 1997) und F._, Spezialarzt für Innere Medizin FMH (u.a. vom 20. März 1997) und eine Auskunft der Arbeitgeberfirma (vom 31. Januar 1997) ein und liess berufliche Massnahmen abklären. Mit Verfügung vom 16. September 1997 lehnte die IV-Stelle das Leistungsbegehren mangels eines anspruchsrelevanten Invaliditätsgrades von 37 % ab.
B.- Die hiegegen erhobene Beschwerde wies das Sozialversicherungsgericht des Kantons Zürich mit Entscheid vom 22. März 1999 ab.
C.- K._ lässt Verwaltungsgerichtsbeschwerde führen mit dem Antrag, in Aufhebung des angefochtenen Entscheides sei ihm gestützt auf einen 50%-igen Invaliditätsgrad eine halbe Invalidenrente (nebst Kinderrente) zuzusprechen. Zudem wird um Gewährung der unentgeltlichen Verbeiständung ersucht.
Während die IV-Stelle auf Abweisung der Verwaltungsgerichtsbeschwerde schliesst, hat sich das Bundesamt für Sozialversicherung nicht vernehmen lassen.

Das Eidg. Versicherungsgericht zieht in Erwägung:
1.- Im angefochtenen Entscheid werden die vorliegend massgebenden gesetzlichen Bestimmungen über den Begriff der Invalidität (<ref-law>), den Umfang des Rentenanspruchs (<ref-law>) und die Ermittlung des Invaliditätsgrades nach der Einkommensvergleichsmethode (<ref-law>) zutreffend wiedergegeben. Darauf kann verwiesen werden.
2.- Aufgrund der medizinischen Aktenlage steht fest, dass der Beschwerdeführer seine bisherige berufliche Tätigkeit als Gartenarbeiter lediglich noch zu 50 % ausüben kann, wohingegen er in einer für die Wirbelsäule nicht belastenden, zum Teil sitzenden, stehenden und gehenden Tätigkeit ohne Heben von Lasten voll arbeitsfähig ist.
3.- Streitig und zu prüfen bleiben die erwerblichen Auswirkungen dieses Gesundheitsschadens.
a) Bei der Ermittlung des trotz Gesundheitsschädigung zumutbarerweise noch realisierbaren Einkommens ging die IV-Stelle vom durchschnittlichen Lohn aus den drei Verweisungstätigkeiten, Betriebsangestellter Druck (Fr. 40'300. -), Betriebsmitarbeiter Verpackung (Fr. 43'914. -) und Lagerist (Fr. 42'380. -) aus und errechnete ein Invalideneinkommen von jährlich Fr. 42'198. - (bzw. Fr. 3'517. - pro Monat). Dabei handelt es sich jedoch lediglich um beispielhaft aufgeführte Tätigkeiten; deren Abklärungen sind weder dokumentiert noch sind diese Daten allgemein zugänglich. Mithin lässt sich nicht überprüfen, welche Belastungen diese Arbeiten konkret mit sich bringen, ob sie den medizinisch ausgewiesenen Limitierungen Rechnung tragen und ob die genannten Löhne repräsentativ sind. Auf diese Angaben der IV-Stelle kann folglich nicht ohne weiteres abgestellt werden.
Die Vorinstanz hat diese Annahmen daher zu Recht aufgrund der Tabellenlöhne in der vom Bundesamt für Statistik herausgegebenen Schweizerischen Lohnstrukturerhebung (LSE) überprüft (<ref-ruling> Erw. 3b/aa), indes nicht ganz korrekt. So ging sie fälschlicherweise vom unteren Quartilwert der Tabelle A 3.2.1 der LSE 1994 für einfache und repetitive Tätigkeiten im privaten und öffentlichen Sektor für Männer aus und nahm unter Berücksichtigung der Nominallohnentwicklung bis 1997 einen Lohn von Fr. 3'705. - im Monat an, anstatt den laut Rechtsprechung massgebenden jeweiligen Zentralwert (Median) des monatlichen Bruttolohnes anzuwenden (<ref-ruling> Erw. 3b/aa). Zudem hat das kantonale Gericht übersehen, dass der Tabellengruppe A der LSE generell eine Arbeitszeit von 40 Wochenstunden zugrunde liegt, während die betriebsübliche durchschnittliche Arbeitszeit 41.9 Stunden beträgt (vgl. LSE 1994 S. 42).
b) Laut Tabelle A 3 der LSE 1996 belief sich der Zentralwert für die mit einfachen und repetitiven Aufgaben (Anforderungsniveau 4) beschäftigten Männer im privaten und öffentlichen Sektor (bei wöchentlicher Arbeitszeit von 40 Std. ) im Jahr 1996 auf Fr. 4'399. -. Auf der Basis einer betriebsüblichen durchschnittlichen Arbeitszeit von 41,9 Stunden und in Berücksichtigung der bis zum Zeitpunkt des Verfügungserlasses eingetretenen allgemeinen Nominallohnentwicklung von 0.5 % im Jahre 1997 (Die Volkswirtschaft 2000 Heft 4, Anhang S. 28, Tabelle B 10.2) ergibt sich im Jahre 1997 ein Gehalt von monatlich Fr. 4'631. - oder Fr. 55'572. - im Jahr. Ferner gilt es gemäss Rechtsprechung bei der Ermittlung des Invalideneinkommens zu berücksichtigen, dass gesundheitlich beeinträchtigte Personen, welche nicht mehr voll leistungsfähig sind, das durchschnittliche Lohnniveau im fraglichen Wirtschaftszweig häufig nicht erreichen. Ob ein sogenannter "leidensbedingter Abzug" gerechtfertigt ist und allenfalls in welchem Ausmass, ist anhand der gesamten Umstände des Einzelfalles zu prüfen (vgl. dazu <ref-ruling> Erw. 3b/bb; AHI 1998 S. 177 Erw. 3a; RKUV 1998 Nr. U 304 S. 373). Es kommt nicht generell und in jedem Fall der maximale Abzug von 25 % zur Anwendung (RKUV 1999 Nr. U 343 S. 413 Erw. 4b/cc; AHI 1998 S. 177 Erw. 3a; zur Publikation vorgesehenes Urteil A. vom 9. Mai 2000, I 482/99)). Im vorliegenden Fall erscheint die Annahme eines um 20 % verminderten Tabellenlohnes als angemessen, da der Beschwerdeführer auch in den noch zumutbaren Verweisungstätigkeiten durch seine gesundheitliche Situation eingeschränkt ist, so ist ihm das Heben von Lasten nicht mehr möglich. Zudem liegt eine deutlich verminderte Wirbelsäulenbelastbarkeit vor. Das Invalideneinkommen beträgt somit Fr. 44'457. 60.
c) Aus der Gegenüberstellung dieses Invalideneinkommens mit dem unbestrittenen hypothetischen Valideneinkommen von Fr. 66'826. - resultiert ein rentenausschliessender Invaliditätsgrad von 33,48 %. Selbst wenn mit der Beschwerdeführerin vom Tabellenlohn der maximal mögliche Abzug von 25 % vorgenommen würde, ergäbe sich mit Fr. 41'679. - ein Betrag, woraus im Vergleich zum Valideneinkommen eine Erwerbseinbusse von 37,6 % resultieren würde. Nach dem Gesagten ist der Beschwerdeführer nicht in rentenbegründendem Ausmass invalid, womit die Verfügung vom 16. September 1997 und der angefochtene Entscheid jedenfalls im Ergebnis nicht zu beanstanden sind.
4.- Da es im vorliegenden Verfahren um Versicherungsleistungen geht, sind gemäss Art. 134 OG keine Gerichtskosten zu erheben. Die seitens des Versicherten beantragte unentgeltliche Verbeiständung kann gewährt werden (Art. 152 in Verbindung mit Art. 135 OG), da die Bedürftigkeit aktenkundig ist, die Beschwerde nicht als aussichtslos zu bezeichnen und die Vertretung geboten war (<ref-ruling> Erw. 4a mit Hinweisen). Es wird indessen ausdrücklich auf Art. 152 Abs. 3 OG aufmerksam gemacht, wonach die begünstigte Partei der Gerichtskasse Ersatz zu leisten haben wird, wenn sie später dazu im Stande ist.

Demnach erkennt das Eidg. Versicherungsgericht:
I. Die Verwaltungsgerichtsbeschwerde wird abgewiesen.
II. Es werden keine Gerichtskosten erhoben.
III. Zufolge Gewährung der unentgeltlichen Verbeiständung wird Rechtsanwältin Carol Wiedmer-Scheidegger für das Verfahren vor dem Eidgenössischen Versicherungsgericht aus der Gerichtskasse eine Entschädigung (einschliesslich Mehrwertsteuer) von Fr. 2500. - ausgerichtet.
IV. Dieses Urteil wird den Parteien, dem Sozialversicherungsgericht des Kantons Zürich dem Bundesamt für Sozialversicherung zugestellt.
Luzern, 6. Juni 2000
Im Namen des
Eidgenössischen Versicherungsgerichts
Der Präsident der IV. Kammer:
Die Gerichtsschreiberin:
i.V.