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2019年3月4日 作者:xwz2367609 [返回]
设施型垂直农场的理论基础(1)

第二章      设施型垂直农场的理论基础

设施型垂直农场是经典型垂直农场1.0版,虽然不像摩天大楼式垂直农场宏伟壮观,但具有实用低投资可应用于商业生产的优点,其成本与普通温室型农场类似,甚至因其利用率的提高,单位耕作面积的占比成本更低,同时又具节能及管理集约化的效果,是实用新型的垂直农场构型。其构型是设施温室的升级版,建筑型垂直农场的初级版,研究开发实用型垂直农场以适应当前生产力水平显得极为重要,一可以直接用于生产,二可以为未来开发摩天楼式垂直农场奠定理论与实践的基础。以下就设施型垂直农场的理论体系及技术模式进行阐述。

第一节、土楼式垂直农场构型的创新启示

在世界建筑史上,中国入选的古文明建筑就是长城与土楼,长城用于抵御外敌入侵,土楼用于防御冷兵器时代的匪徒、南下胡人、原住民、甚至官府等许多势力的威胁攻击,是防御性城堡式建筑,都具强大的攻防功能,是战争与斗争的产物;福建的土楼建筑是中国建筑多楼层建筑的经典之作,其创造形的外形如一大圆桶,所以也叫桶子楼,规模大的土楼可以聚居一个村落的人口,所以采用多层的楼式结构,每层楼又区分众多的房间,充分发挥聚族而居的高密度居住功能;土楼为族人创造居住场所,而垂直农场则为动植物创造众多的培育场所,颇有类似之处。土楼也是生产生活生态齐全的功能,与现代经典设计的垂直农场同样有相似之处,土楼的生产生活休闲区设于土楼的天井公共区,也是对土楼起微气候调整的功能区;当前国际设计师设计的垂直农场同样融合了生产、购物、休闲、娱乐等功能,在功能区划与用途上都具类似之处,也可以说土楼是垂直农场的朴素刍形,是中国式的垂直农场

土楼圆桶式的外形让建筑产生强大的抗风性,因为圆弧外观可以让强风环绕而过,减小正风的挡风面,是其抗风性形成的主要原因,福建沿海常有强台风侵袭,这种外形创新也是长期实践的智慧总结;垂直农场的构型就采用土楼的桶子式构型,与方形建筑相比创造同样空间围障材料省容量更大,这也是圆形普遍用于容器构外形的一大原因所在;圆形的桶子结构具强大的内向力,同时又具强大的外向力,受外力时向内则聚于中心,向外则均匀发散,所以圆桶构造又具强大的抗震性。设施型垂直农场不像经典设计的垂直农场,必须要达到弱材料高强度的效果,所以借用土楼的外观造型将是设施型垂直农场最为理想的构型。垂直化的高墙实现空间占用的最大化利用,比金字塔型的垂直农场空间效率更高,设施型垂直农场同样采用垂直化的墙体构造。

第二节、围障设施的整体张拉力学理论

圆障设施就如建筑的外墙,必须具有一定的强度与抗性支撑起庞大的内空间,另外还需有一定的隔热性,实现室内环境温度的稳定,发挥建筑的庇护作用;但建筑材料与设施材料不同,建筑材料采用混凝土构造,设施材料则采用简易的温室管材搭建,从建筑角度来说应该说是弱材料,如何让弱材料达到高强度的效果,必须从结构与力学上进行破译。自然界中弱材料高强度杰作,要数鸟巢、蜂巢及蜘蛛网结构。鸟用树枝与杂草筑成的巢可以经起风吹雨打,其结构原理就是三角交叉编织法构型;而蜂巢也是非常巧妙的构型,采用均匀的正六角形结构,具有材料最简,空间利用最高的效果,可以创更多的蜂居孔;蜂巢结构具有材料消耗少,比强度与比刚度高,重量轻优点,同时蜂窝的几何构结构,形成整体恰似拱桥结构,从而使面上的抗压强度提高了100倍,这也是当前建筑上开发蜂窝板的力学原理;蜘蛛网是整体张拉力学的显著例子,强猛的昆虫碰触网后,可以将运动产生的力分散掉,以缓冲对局部的破坏;综合上述自然的仿生结构与力学模型,采用三者复合技术,构建起局部与整体受力强大的力学结构,用于垂直农场围障设施建设的构造模型,就是采用外三角、内蜂窝的空间桁架结构,这种结构由丽水市农科院设施农业专家徐伟忠发明,采用该原理开发了具强大抗风抗震与抗雪压的鸟巢温室,土楼式的垂直农场内外墙及顶部同样采用该结构原理构建,实现了普通钢条就能构建出类似建筑物的庞大设施,为垂直农场的空间利用建造起结构稳固,材料轻巧的弱材料强结构模型。是整体张拉力与结构力学的巧妙结合,解决了普通温室材料难以达到的高大化效果,可以建造出高数十米的类建筑温室,为垂直化利用创造硕大的空间。

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