一种土楼式立体多楼层温室大棚建造方法与流程

本发明属于温室设施。涉及一种土楼型新型温室结构与螺旋式多楼层立体梯面创建新方法，实现温室耕作空间的立体化及温室用途的多元化，达到温室调控的节能化效果，是一种适合生产、生活、生态多功能应用的新型温室。

背景技术：

近年，我国设施农业技术发展迅猛，特别是北方的蔬菜产区，把温室大棚的建设作为农民致富的重要手段，建设温室大棚发展种植业、养殖业及菌菇产业，温室大棚已成为农业高水平转型的重要设施。但基本上都是以以下几种温室为主，北方地区常见日光温室、南方的简易拱棚与避雨棚、还有设施配置水平较高的玻璃温室、连栋大棚等，这些温室的构造都是以拱形与线性为特征，难以实现温室空间的硕大化构建，更无法实现温室耕作空间的立体化分层应用，温室生产使用效率低，不管是种植还是养殖都限于平面拓展。

随着都市农业的提出与近年的快速发展，不管是在概念还是实践上，都提出了未来农业的发展方向，就是垂直化与立体化，以实现单位面积耕作产额的最大化利用，称之为垂直农场与垂直农业，让农业生产由平面拓展向空间利用延伸的方向发展，有效解决都市农业发展的土地制限问题，因为平面是有限的，而空间的利用是无限的。在这种背景下，各科研院所及企业都纷纷投入到垂直农业与垂直农场的开发研究当中，2015年国际设施园艺大会在英国召开，确定了以垂直农业与垂直农业为主题的论坛，国内外专家相继设计出大量的垂直农场构想，但基本都是以生态楼房式建筑为主，无法作为低成本的农业生产设施应用，而且大多是基于室内补光型的栽培与建筑肤表型的耕作利用，因为目前常规的温室设施无法实现高旷化与多层化的利用，受限于设施的强度与抗风抗雪抗震性。

要实现设施的立体化垂直化利用，必须开发成本低，强度大、空间利用率高、抗灾害性天气强的新型温室设施。受中国传统建筑福建土楼的启发，它是一种能充分利用空间又具强大抗风抗震性的古代建筑，在一个如桶子的楼房内可以聚族而居，甚至整个村的村民都可以聚居于一个土楼内，而且桶式的楼房能产生抗风的效果，强风经过土楼可以环绕而过，再加上创造空间楼层的方式全部采用木头材质与榫卯结构，从而形成强大的类似现代整体房的力学构造，比常规的楼房结构更具抗震性，所以土楼逾千年而屹立，庇护了一代又一代客家人，成为该地区建筑的一大特色。充分借鉴土楼的构造特点，科学利用现代钢结构技术，建成具土楼功能及内置螺旋梯田的整体张拉钢结构，再选择温室覆盖材料如膜、阳光板或玻璃等材料，建成具良好透光度，耕作面作螺旋多层布局的以农业用途途功能为主的温室大棚。实现单位土地面积上耕作空间的立体垂直化构建，并让温室内气候调控更为集约与节能，建成具居所功能与种养功能皆具的多用途温室，是温室设施技术的一大跨越。

技术实现要素：

针对当前温室技术种类单一，个性化需求及更为高效的空间利用难以满足的生产现状，借鉴土楼外观及功能、螺旋线原理、钢结构的整体张拉力学理论，开发提供一种“土楼式立体多层温室大棚的建造方法”，实现温室耕作与利用的垂直立体多层化，环境调控集约节能化的高效率多用途温室大棚，以丰富当前温室种类并满足生产生活生态的多元化需求。

本发明目的通过以下技术方案来实现。

土楼式立体多楼层温室大棚建造方法，包括以下步骤：

a、按照计划建设地块的地形与面积，确定土楼温室的外围直径与内围直径，并针对土楼温室的用途确定温室螺旋梯田的层数，每层的高度及总高度；

b、按照建设要求进行土楼温室的图纸设计，包括顶罩、内围的垂直钢构、外围的垂直钢构、盘绕的等高螺旋线钢构梯田、通风窗的开设布局、出入口大门开设位置及尺寸；

c、按照图纸设计图计算土楼温室的覆盖物表面积并确定覆盖的材质，包括耕作梯面铺设物的面积计算及材料选择；

d、按照土楼温室的图计算所需管材的总长度，以确定需采购的管材数量，并对图进行数据分析，整理成不同种类、数量、不同长度(小数点后保留四位数)的材料分类清单；再结合图纸中的线图进行不同长度材料的数字编码；

e、土楼温室钢构骨架的安装，从温室顶处的顶罩开始逐层往下安装，盘绕的等高螺旋线钢构梯田的安装随同内围的垂直钢构、外围的垂直钢构一起安装，梯面与内外围之间用挂点连接或结合焊接方式加固；

f、土楼温室的覆盖物用阳光板或大棚膜；

g、土楼温室的通风窗分别安装于内外围垂直钢构的垂面上，作推拉设计；

h、螺旋梯面的铺设；

i、出入口大门的开设，外门开设于外围垂面，内门开设于内门垂面，是进入土楼中心天井的通道。

作为上述方法的改进，所述管材选择热镀锌钢管，管的规格为管径2.5cm，壁厚0.17mm，而且为无缝管，以防冲压加工时开裂；

按照材料清单进行组件加工，组件加工采用冲床冲压方式，冲孔的孔径为12.5mm，管端头为圆弧形，冲压后成楔形，材料长度以孔中距为准，并结合清单与装配图对管材进行编号，以便安装；

土楼温室钢构骨骨架的安装采用拧螺杆的方式安装，利用电动扳手参照装配图，结合起吊葫芦悬空；

所述阳光板覆盖一般选择u型锁扣阳光板；所述大棚膜最好选择较厚寿命较长的进口膜，覆盖方法通过卡槽固定；

每层土楼通风窗的数量因土楼的大小与通风需求而定，窗户通常采用铝合框的玻璃窗，作推拉设计；

螺旋梯面梯面铺设采用铁丝网铺设或木板铺设，铁丝网铺设透光性好，可以充分利用漫射光，实现温室内有效太阳辐射的更充分利用，木板铺设虽然更利于管理走动，但层间存在挡光问题，对于层高较高或者喜荫的植物来说，优选采用木板铺设。

作为上述方案的进一步改进：步骤b所述的顶罩、内围的垂直钢构、外围的垂直钢构、螺旋线钢构梯田设计，全部为三角结构、蜂窝结构、空间桁架结构的复合构造，形成具0.5-0.8m厚的空间夹层。所述内围的垂直钢构和外围的垂直钢构都由外三角结构、内蜂窝结构、空间桁架结构通过若干共同的螺杆连接组成，所述外三角结构由若干三根管材组成的三角形通过若干螺杆拼接而成；所述内蜂窝结构由若干六根管材组成的六边形通过若螺杆拼接而成；所述空间桁架结构由若干七根管材组成的空间桁架通过螺杆拼接而成。所述空间桁架的七根管材结构为开放式：第一管材的一端分别与第二管材和第三管材的一端连接，第二管材的另一端依次与第四管材、第五管材连接；第三管材的另一端依次与第六管材、第七管材连接。

本发明的有益效果是：

(1)土楼式的整体张拉温室具有强大的抗风抗压与抗震性。

(2)采用等高螺旋式的梯田构建方式，比等高线的水平分层方式耕作表面积更大，而且挡光最小漫射光得以更充分利用，实现单位面积耕地上方空间的数倍利用率的提高。

(3)通过螺旋梯田方式创造数倍于传统温室的耕作表面积，更利于温室的集约化管理与调控，同样空间体积的温室由于耕作表面积的提高，在环境调控上间接地起到节能效果。

(4)温室顶罩及内外围全部采用这间桁架结构，可以实现内蜂窝的内膜卡覆，以达到双膜保温效果。

通过土楼温室技术创新，为未来垂直农场与垂直农业的发展应用提供实用节能的温室平台，是温室领域空间化发展的重要技术创新。

附图说明

图1-a、图1-b、图1-c本发明实施例的地块平面、螺旋梯田层高布局、温室外观立面图；

图2本发明实施例的温室整体cad线图；

图3本发明实施例的温室的三维模型图；

图4本发明实施例的温室顶罩图；

图5本发明实施例的温室的内外垂面结构示意图；

图6本发明实施例的温室外三角、内蜂窝、空间桁架结构图；

图7-a、图7-b本发明实施例螺旋梯田结构示意图；

图8本发明实施例的温室的门窗开设示意图；

图9本发明实施例的温室三角结构装配图；

图10本发明实施例温室的蜂窝结构装配图；

图11本发明实施例温室的空间桁架装配图；

图12本发明实施例温室螺旋梯面三角结构装配图；

图13本发明实施例温室螺旋梯面空间桁架装配图；

图14本发明实施例温室螺旋梯面蜂窝结构装配图；

图15本发明实施例温室骨架安装示意图；

图16本发明实施例中螺旋梯面安装示意图；

图17本发明实施例中节点安装示意图；

图18本发明实施例中温室阳光板覆盖示意图；

图19本发明实施例温室采用长臂吊车进行整体悬吊式安装示意图；

图20本发明实施例中螺旋梯田铺设铁丝网示意图；

图21本发明采用上述步骤安装建成的实物照片。

图22本发明方法建造的大棚使用效果图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的优选实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。

下面结合图1-图21阐述实施例如下：

以直径40米占地1256平方米的土楼温室为例，如图20

其建造步骤如下：

1)拟建设一座外围直径40米，内围直径24米，梯面宽6.8米，夹层厚0.6米，如图1-a,螺旋梯面层高4.5米，如图1-b，作三层盘绕的土楼温室，温室顶罩2.5米高，温室顶总高为16米，如图1-c。

2)采用cad制图软件绘制土楼温室钢构线图(图2)及三维模型(图3)，包括顶罩(如图4)及内外围垂面(如图5)(由外三角结构2、内蜂窝结构1、空间桁架结构3,如图6)、螺旋梯面钢构(图7-a,图7-b)及四周通风窗5、出入大门4等,如图8。

3)利用cad软件对温室钢构部份进行编码标注并清理记录每根材料的长度，分别制作成装配图,包括外三角结构装配图(如图9)、内蜂窝结构装配图(如图10)、空间桁架装配图(如图11)、螺旋梯田装配图及材料加工清单(部份清单见下列表)，其中螺旋梯面装配图包括上梯面三角结构及与内外围垂面挂点装配图(如图12)、空间桁架装配图(图13)、蜂窝结构装配图(图14)。

4)应用cad软件计算温室总用钢量为27788m管材，增加10％损耗，拟采购30566m25#热镀锌管，管壁厚为1.7mm；利用冲床按照加工清单的长度与编号进行冲压加工，加工后于每根材料上用记号写上相应的编码，方便安装时查找。

5)温室骨架的安装(图15)，先准备好安装工具，如撑杆6、起吊葫芦7与电动扳手；从温室顶罩的顶处为安装起点，依次逐层往下安装，安装至螺旋梯面时，随同内外围钢构一起安装(图16)，安装时用撑杆葫芦起吊，让安装部位腾离地面，方便拧螺杆安装。

6)温室节点的安装(图17)，按照装配图依次往螺杆8上穿入相应的部件材料，并用电动扳手拧紧螺帽9，注意于材料两头必须垫上垫片10，材料11夹于垫片中间，这样才能达到良好的紧固效果。

7)在安装温室骨架时，如果计划选择大棚膜作为覆盖材料，必须同时进行卡槽安装，把需要安装卡槽线的部位(外围垂面卡槽与内围垂面卡槽，如果需覆双膜，还需于内蜂窝上安装卡槽)，用自攻螺丝或者卡件装配上卡槽，这样安装效率更高，无需攀高操作，温室总高为16m，当安装至一半高度时，即可进行膜覆盖，避免整体建好后需攀高覆膜操作，影响安全；如果安装阳光板，则利用u型扣锁型阳光板进行板材纵向扣合安装(图18)。

8)在土楼温室的安装地点较为空旷，方便吊机使用，可以采用长臂吊车进行整体悬吊式安装(图19)，大大提高安装效率；常规安装只能采用撑杆与葫芦环绕起吊安装，随着安装层数增加，不断增加撑杆与起吊芦葫数量，起吊时，安装部位离地，其它部位可以着地，以增加温室稳定性与节省葫芦数量。

9)按照装配图安装好温室骨架与梯面后，即可进行梯面的铁丝网铺设(图20)或木板板材的铺设，并对预留的通风窗口进行铝合金框玻璃窗的安装，设定的出入口大门也可以同样安装玻璃推拉门或者自动门。

本发明采用上述步骤安装建成的实物照片如图21。

本发明方法建造的大棚一实施例使用效果图如图22。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何不经过创造性劳动想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书所限定的保护范围为准。