现代绝对磁房观测室(FHD磁房)建筑设计因素分析

李 洋

(山西省建筑设计研究院，山西 太原 030013)

现代绝对磁房观测室(FHD磁房)建筑设计因素分析

李 洋

(山西省建筑设计研究院，山西 太原 030013)

结合山西地震局太原地震台站绝对磁房观测室(FHD磁房)设计实例，从建设位置、建筑材料、建筑保温等方面，分析了FHD磁房的设计方案，并概括了设计中遇到的问题及解决方法，对于类似建筑设计有一定的借鉴意义。

FHD磁房，木构架，保温板，檩条

1 概述

2008年5月12日四川汶川大地震，给国家和人民造成了巨大的损失，同时对我国的地震预测工作又提出了更新更高的要求。由于当时太原拥有地震台站绝对观测站无法满足更精确的观察需要，另外当时拥有的绝对观测室是木框架土坯房没有室内保暖措施，以致于温差很大无法满足仪器恒温的要求，而且不利于工作人员在冬季值班观察。所以甲方(山西地震局太原地震基准地震台)委托我们设计一处具有4座～6座观测墩的现代绝对磁房观测室(FHD磁房)。

2 设计思路

考虑到现代绝对磁房观测室(FHD磁房)的特殊用途和要求，我们细化了需要面对的主要问题，有如下三个方面。

2.1 建设位置

磁房周围要求不能承载干扰物和干扰源，因此对于周围建筑、围墙以及道路的距离都有一定的要求。在考察过现场场地后只能选择原有位置重建。另外原地重建的好处就是基础已经换过土避免了湿陷性黄土对基础的损害。朝向上选择了正南正北的朝向，因为观测要求窗口朝向和地磁的标志方向一致。

2.2 建筑材料

在建筑中无法使用具有磁性的材料，如果在建筑中使用了超出要求的磁性材料会对观测的地球磁场数据产生很大的影响。如果观测得出的地球磁场绝对值有略微的不准确那么经过相对计算后的数值会产生巨大的误差，导致整个地震观测预报的错误。在众多材料中，钢、铁、不锈钢等具有强磁性的建材都被排除在外不能使用。唯一可以使用的金属材料就是纯铜，但由于纯铜的价格过高，所以尽量不加以使用。其他的建筑新材料我们也考虑过一些，看过很多省外地磁台站的建设案例，例如宁夏的绝对磁房建设中采用了玄武岩纤维复合筋和素混凝土结合的结构方式，但上述材料造价偏高，保温效果差。在综合比较的基础上，我们选择了木材，木材造价低、无磁性、不蓄热、不导热、易加工。

2.3 建筑保温

在确定使用木构架后，我们选择了玄武岩石材作为围护结构。在墙体上粘贴保温板，在屋顶的木望板上粘贴保温板，这样的再保温设计再加上结构材料和地基深入的优势，搭配通风与对流设计，整栋建筑不需要安装空调。我们曾经试验过，在夏天即使室外达30 ℃的高温，室内仍能维持20多摄氏度的恒温。

3 设计方案确定

研究省外一些地方的绝对磁房观测室(FHD磁房)设计时，笔者发现建筑设计往往被结构功能所约束。我们要在满足特殊的结构需求下，更好地将功能和美观紧密地结合起来，这也是我们设计方案的追求目标。我们经过多次讨论后，定下了使用简单的西式木制人字框架和天然玄武岩石材墙体围合(见图1)。造型从建筑的结构角度出发，充分的考虑了木构件受力的特点，除了主体的人字形框架可以左右互相支持以外，在南北两侧加了4组木构架，使建筑形体成为更加稳定的三角形，更好地抵御来自水平方向的压力。使建筑更加坚固，同时也避免了主梁过长导致的刚性问题，在简单处理后建筑本身散发着结构稳定的美感。

在现代所有的木制框架中的节点都使用钉子刚性的连接，但在这次设计中无法使用钢钉。我参考了山西古建筑特别是应县木塔的木构件的连接方式，其采用了卯榫方式连接各个木制构件。我们反复研究了文献并咨询了很多老建筑师和高级木工。采用了圆口卯接的方式固定主梁和人字木制主构架，在其他接点上使用方口榫接(见图2)。在人字梁上固定了檩条后突然发现了一个新的问题。过去在檩条上挂瓦我们一直都是采用钉子的方式来固定各个构件的，这次要求在不使用钉子的时候满足盖木望板，防水，保温，挂瓦的功能要求。经过反复讨论和对专家的咨询后我们得出了新的方法。先在檩条上开V形口然后将木望板插入檩条之间在末端固定卡死，接着在檩条和望板上涂防水涂料，在望板下侧贴保温材料。在木顺水条下侧开凹形口卡在檩条之间，望板上面。顺水条之间采用传统民居屋顶的方式用花刀泥添满。这样既能起到固定顺水条又能起到保温和防水的目的。在顺水条上侧开V形口插接木制挂瓦条后，将粘土瓦挂在木制挂瓦条上。瓦和瓦直接相扣在末瓦处使用铜钉固定，方便滴水排水。

4 设计细节处理心得

这样整体设计就基本确定了，但是在最后的细节处理上，笔者也总结了几点心得：

1)大型木构架采用了进口的俄罗斯红松木，其性价比非常高。中小型木构架的木材采用纵横多层次实木复合材料保证了构架的坚固性并且不易变形开裂，干缩膨胀系数极小，具有较好的调节室内温度和湿度的能力。

2)在木构架接地的位置使用了玄武岩石制基础，防止地面接触对木构架的腐蚀。

3)在使用的木材安装完毕后使用生桐油加五倍子熬制成油，漆在木构件上，起到防虫防腐的作用，晾干后再加一层防火漆。在底层上用玄武岩石材围出一圈垫高整个建筑，防止木地板受潮，腐蚀，虫蛀。山西具有我国保存最多最好的古建筑，现在仔细考量过往的施工技术，我们不得不佩服我们的先辈。

4)建筑的石制基础和大理石观测墩基础分开处理，即使发生地震也不会影响观测墩的位置，不会对观测结果产生影响。窗户的选型采用断桥铝双层真空玻璃窗，对保温更加有利。

5)建筑材料、人员、工具进入施工现场前均需要进行磁性检测，尽量做到磁污染的减少和排除。

5 结语

随着时代的发展，中国传统的木结构建筑正在没落，非常幸运的有这次机会来设计这么特殊的一个建筑，虽然面积很小但每一处都倾注了设计人员大量的时间和精力。通过这次的设计我们发现传统的木结构在结合现代的技术后还是有很大的发展前途的，在未来我相信这种建筑一定会有它的地位的。

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[6] 徐其文,汤小平,索安勇.中国古典建筑木结构特性的分析研究[J].淮海工业学院学报,2002,11(4)：48-49.

Abstract: Combining with the design case in the FHD magnetic room of Taiyuan Seismic Station of Shanxi Seismic Bureau, and surveys the problems in the design and their solutions from the construction location, architectural materials, and architectural thermal insulation, and analyzes the design scheme for the room, so as to provide some reference for similar architectural design.

Key words: FHD magnetic room, wood support, thermal insulation plate, purline

Analysis on building design factors of modern absolute(FHD magnetic room)

Li Yang

(TheInstituteofShanxiArchitecturalDesignandResearch,Taiyuan030013,China)

2016-03-20

李 洋(1984- )，男，助理工程师

1009-6825(2016)15-0019-02

TU244.8

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