現代絕對磁房觀測室(FHD磁房)建筑設計因素分析

李 洋

(山西省建筑設計研究院，山西 太原 030013)

現代絕對磁房觀測室(FHD磁房)建筑設計因素分析

李 洋

(山西省建筑設計研究院，山西 太原 030013)

結合山西地震局太原地震臺站絕對磁房觀測室(FHD磁房)設計實例，從建設位置、建筑材料、建筑保溫等方面，分析了FHD磁房的設計方案，并概括了設計中遇到的問題及解決方法，對于類似建筑設計有一定的借鑒意義。

FHD磁房，木構架，保溫板，檁條

1 概述

2008年5月12日四川汶川大地震，給國家和人民造成了巨大的損失，同時對我國的地震預測工作又提出了更新更高的要求。由于當時太原擁有地震臺站絕對觀測站無法滿足更精確的觀察需要，另外當時擁有的絕對觀測室是木框架土坯房沒有室內保暖措施，以致于溫差很大無法滿足儀器恒溫的要求，而且不利于工作人員在冬季值班觀察。所以甲方(山西地震局太原地震基準地震臺)委托我們設計一處具有4座～6座觀測墩的現代絕對磁房觀測室(FHD磁房)。

2 設計思路

考慮到現代絕對磁房觀測室(FHD磁房)的特殊用途和要求，我們細化了需要面對的主要問題，有如下三個方面。

2.1 建設位置

磁房周圍要求不能承載干擾物和干擾源，因此對于周圍建筑、圍墻以及道路的距離都有一定的要求。在考察過現場場地后只能選擇原有位置重建。另外原地重建的好處就是基礎已經換過土避免了濕陷性黃土對基礎的損害。朝向上選擇了正南正北的朝向，因為觀測要求窗口朝向和地磁的標志方向一致。

2.2 建筑材料

在建筑中無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會對觀測的地球磁場數據產生很大的影響。如果觀測得出的地球磁場絕對值有略微的不準確那么經過相對計算后的數值會產生巨大的誤差，導致整個地震觀測預報的錯誤。在眾多材料中，鋼、鐵、不銹鋼等具有強磁性的建材都被排除在外不能使用。唯一可以使用的金屬材料就是純銅，但由于純銅的價格過高，所以盡量不加以使用。其他的建筑新材料我們也考慮過一些，看過很多省外地磁臺站的建設案例，例如寧夏的絕對磁房建設中采用了玄武巖纖維復合筋和素混凝土結合的結構方式，但上述材料造價偏高，保溫效果差。在綜合比較的基礎上，我們選擇了木材，木材造價低、無磁性、不蓄熱、不導熱、易加工。

2.3 建筑保溫

在確定使用木構架后，我們選擇了玄武巖石材作為圍護結構。在墻體上粘貼保溫板，在屋頂的木望板上粘貼保溫板，這樣的再保溫設計再加上結構材料和地基深入的優勢，搭配通風與對流設計，整棟建筑不需要安裝空調。我們曾經試驗過，在夏天即使室外達30 ℃的高溫，室內仍能維持20多攝氏度的恒溫。

3 設計方案確定

研究省外一些地方的絕對磁房觀測室(FHD磁房)設計時，筆者發現建筑設計往往被結構功能所約束。我們要在滿足特殊的結構需求下，更好地將功能和美觀緊密地結合起來，這也是我們設計方案的追求目標。我們經過多次討論后，定下了使用簡單的西式木制人字框架和天然玄武巖石材墻體圍合(見圖1)。造型從建筑的結構角度出發，充分的考慮了木構件受力的特點，除了主體的人字形框架可以左右互相支持以外，在南北兩側加了4組木構架，使建筑形體成為更加穩定的三角形，更好地抵御來自水平方向的壓力。使建筑更加堅固，同時也避免了主梁過長導致的剛性問題，在簡單處理后建筑本身散發著結構穩定的美感。

在現代所有的木制框架中的節點都使用釘子剛性的連接，但在這次設計中無法使用鋼釘。我參考了山西古建筑特別是應縣木塔的木構件的連接方式，其采用了卯榫方式連接各個木制構件。我們反復研究了文獻并咨詢了很多老建筑師和高級木工。采用了圓口卯接的方式固定主梁和人字木制主構架，在其他接點上使用方口榫接(見圖2)。在人字梁上固定了檁條后突然發現了一個新的問題。過去在檁條上掛瓦我們一直都是采用釘子的方式來固定各個構件的，這次要求在不使用釘子的時候滿足蓋木望板，防水，保溫，掛瓦的功能要求。經過反復討論和對專家的咨詢后我們得出了新的方法。先在檁條上開V形口然后將木望板插入檁條之間在末端固定卡死，接著在檁條和望板上涂防水涂料，在望板下側貼保溫材料。在木順水條下側開凹形口卡在檁條之間，望板上面。順水條之間采用傳統民居屋頂的方式用花刀泥添滿。這樣既能起到固定順水條又能起到保溫和防水的目的。在順水條上側開V形口插接木制掛瓦條后，將粘土瓦掛在木制掛瓦條上。瓦和瓦直接相扣在末瓦處使用銅釘固定，方便滴水排水。

4 設計細節處理心得

這樣整體設計就基本確定了，但是在最后的細節處理上，筆者也總結了幾點心得：

1)大型木構架采用了進口的俄羅斯紅松木，其性價比非常高。中小型木構架的木材采用縱橫多層次實木復合材料保證了構架的堅固性并且不易變形開裂，干縮膨脹系數極小，具有較好的調節室內溫度和濕度的能力。

2)在木構架接地的位置使用了玄武巖石制基礎，防止地面接觸對木構架的腐蝕。

3)在使用的木材安裝完畢后使用生桐油加五倍子熬制成油，漆在木構件上，起到防蟲防腐的作用，晾干后再加一層防火漆。在底層上用玄武巖石材圍出一圈墊高整個建筑，防止木地板受潮，腐蝕，蟲蛀。山西具有我國保存最多最好的古建筑，現在仔細考量過往的施工技術，我們不得不佩服我們的先輩。

4)建筑的石制基礎和大理石觀測墩基礎分開處理，即使發生地震也不會影響觀測墩的位置，不會對觀測結果產生影響。窗戶的選型采用斷橋鋁雙層真空玻璃窗，對保溫更加有利。

5)建筑材料、人員、工具進入施工現場前均需要進行磁性檢測，盡量做到磁污染的減少和排除。

5 結語

隨著時代的發展，中國傳統的木結構建筑正在沒落，非常幸運的有這次機會來設計這么特殊的一個建筑，雖然面積很小但每一處都傾注了設計人員大量的時間和精力。通過這次的設計我們發現傳統的木結構在結合現代的技術后還是有很大的發展前途的，在未來我相信這種建筑一定會有它的地位的。

[1] 呂俊強，杜文勇.銀川地磁臺FHD觀測室建設經驗淺談[J].地震地磁觀測與研究，2008，29(6)：95-99.

[2] 地磁臺站建設規范[S].

[3] 《木結構設計手冊》編委會.木結構設計手冊[M].北京:中國建筑工業出版社,2005.

[4] LY/T 1580—2010，定向刨花板[S].

[5] 何敏娟,孫永良.齒板連接節點試驗及承載能力分析[J].特種結構,2008,25(1):1-5.

[6] 徐其文,湯小平,索安勇.中國古典建筑木結構特性的分析研究[J].淮海工業學院學報,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，助理工程師

1009-6825(2016)15-0019-02

TU244.8

A