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2019年3月7日 作者:xwz2367609 [返回]
土楼温室型垂直农场构建技术及应用(2)

第二节、土楼温室结构特征

土楼温室整体结构由七部份组成,环弧的人字形顶罩式屋顶、围桶的内侧垂壁、围桶的外侧垂壁、等速螺旋线式的螺旋梯面、内外壁的门窗开设、土楼的肤表与梯面的覆盖、中心天井组成。在土楼温室的钢结构技术上,不管哪部份全部都由三角结构、空间桁架结构与内蜂窝结构复合,形成土楼温室整体与局部的最大抗性(抗风、抗雪、抗震)。以下以图示的方式展示土楼温室各部份的结构特点与空间布局。

一、土楼温室的整体构型

土楼温室为温室技术与建筑技术的融合,在世界上著名的建筑,其外形上都非常的考究,它关系到落成后整体的美学;土楼温室的外圈半径及垂面高度构筑起整体外观轮廓,通过笔者的研究,土楼外观由垂高与半径比为构型的重要参数,以接近黄金比例0.618为宜,该高度可以达到拍照与体验的和谐之感;其实在建筑领域,建筑师们对数字0.618也特别偏爱,无论是古埃及的金字塔,还是巴黎的圣母院,或者是近世纪的法国埃菲尔铁塔,希腊雅典的巴特农神庙,都有黄金分割的足迹。以下为半径40m的土楼外观构型,其垂壁高度为12.36m,与半径之比恰好为0.618的黄金比例(图1,图2)。

二、人字形顶罩及结构

在福建土楼的建筑中,抗风最薄弱的环节在于环形的人字顶盖,在台风侵袭下,该处是最易损毁的部位,其主要原回是屋檐悬挑过大,极易导致屋盖上下表面形成“上吸下顶”的叠加效应;同时屋顶的木结构与内外壁的夯土墙之间采用柔性连接,薄弱部位没有进行加强抗风处理,在台风作用下极易招致破坏;而土楼温室的屋顶与内外垂面之间作整体钢结构连接,屋檐不作外挑处理,不会形成抗风薄弱点(图3)。

人字形的环形顶罩采用六裂等分循环构型,每裂结构相同,6循环构建环形;局部结构同样为外三角、内蜂窝、及空间桁架复合构造,该土楼顶罩跨距为8m,高为2.5m(图4)。

三、土楼温室的内外侧垂壁结构

土楼也叫桶子楼,由内圈垂面及外圈垂面围桶而成,内外垂面设计为等分等高等维等三角设计,与三角网架结构相距0.5-0.8m处再设一层六边形蜂窝结构,蜂窝结构与三角结构的节点之间用空间桁架相连接,形成厚0.5-0.8m的复合构造(图5,6)。

四、螺旋梯面及挂杆式撑杆式连接

螺旋梯面是重要的立体化空间化耕作平台,必须具备强大的承重性,可以方便人员的走动管理及栽培设施的布局;所以螺旋梯田同样采用上层三角,中层桁架,下层蜂窝的复合结构,建成后并于梯面上铺设踩踏网;踩踏网是种高强度的铁丝网,除了方便管理人员走动,同时又达到上层对下层最小的挡光,让温室内的光辐射、漫射反、射光得以最充分的利用,以实现免补光栽培。

内外圈垂面之间跨距为8m,扣除空间桁架各侧厚0.5m,螺旋梯面宽则为7m;土楼垂面高度为12.36m,内部螺旋梯田作三层楼设计,则每层高为4.12m(图7);因螺旋梯田为等速上升的盘绕结构,而内外垂面则为等高等维结构,两者之间的连接则采用挂杆式或撑杆式连接;即螺旋梯田内圈螺旋线节点对应于内垂面内蜂窝节点,外圈螺旋线节点对应外垂面的内蜂窝节点,而且内外圈螺旋线的等分节点数与内外圈蜂窝节点数相同;螺旋梯田与垂面内蜂窝之间则采用挂或撑式连接,通过撑与挂的方式把梯田钢构与内外圈垂面钢构组合为整体钢构,当螺旋线节点低于就近蜂窝点时,则采用挂杆方式(图8),当螺旋线节点高于就近蜂窝点时,则采用撑杆方式连接(9);通过与内外垂面的连接形成类似绷绷床的张拉力效果,构造起梯面强大的承重性。

五、门与窗的开设

土楼门的开设分为出入口大门与内圈进入天井的大门,每座土楼共设两道门,大门采用玻璃推拉门设计,门的大小因用途及美观而定;窗为温室的通风系统,三层螺旋梯田一般通风窗作2-3层等高开设,均匀开设于内外圈垂面,采用铝合金窗材质,设计为电动启闭方式,可以连接计算机自动控制系统,实现自动开关(图10);土楼的开窗方式利于温室通风,其通风距离短,内外圈之间的跨距为8m,而常规温室大多为纵向通风,通风跨距较长;而且土楼温室中心为大天井设计,更利于通风与采光,风从外墙窗户吹入后,会在桶子结构内部产生涡旋加速效应,比方形建筑通风更为顺畅。

六、土楼的肤表覆盖

土楼的肤表覆盖可以采用薄膜覆盖,也可以选择阳光板扣板覆盖;对于一些寒冷的地区还可以进行内膜覆盖,形成具0.5-0.8m厚夹层的双膜保温,覆内膜只需于内蜂窝安装卡槽进行内膜卡覆即可;对于极寒地区还可以结合肥皂泡填充技术,于夹层间进行肥皂泡填充,厚0.5-0.8m的肥皂泡基本达到内外热传导的绝缘效果。

七、天井的设计与利用

土楼中心位置处为天井,在福建土楼的经典设计中,天井为公共活动区,是生产、生活及生态聚合的公共区;土楼温室中心天井也可以用于农业耕作,也可以用作休闲绿植或球形温室的建造。

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