周博士考察拾零（一百一十三） 大跨度“气楼”塑料大棚

“气楼”在民用与工业建筑上是指沿建筑物屋脊安装且高于屋脊部位用于换气、排音、采光、防雨的排窗。由于其位于建筑的最高位置，理论上讲，其热压通风的效率最高，所以在大跨度工业厂房中被广泛应用。

传统的温室、大棚屋面通风大都采用屋脊开窗或屋面开窗的形式通风，包括屋脊上悬窗（连续开窗或间隔交错开窗，多用于玻璃等硬质板材透光覆盖材料温室）、锯齿通风窗、屋脊平移通风窗（上下平移或左右平移）[1]、屋面卷膜开窗以及全开屋面通风等。这些通风方式可以直接借用温室屋面骨架，不需要附加设置其他的结构杆件即可安装通风窗，因此建筑投资省、建设速度快，而且由于没有屋面“隆起”部件，温室的抗风要求也相应降低。

对一些自然通风的连栋温室，为增强温室的自然通风能力，也有采用“气楼”式通风窗进行屋面通风的案例（图1）。按照“气楼”的外形不同，有直立侧墙坡屋面气楼（图1a）、三角形气窗1

（图1b）和斜立侧墙圆拱屋面气窗（图1c）等形式。从通风的效果看，屋脊平移通风窗在窗扇顶起后也具有与屋面“气楼”相同的通风效果。

标准的塑料大棚，由于建筑体本身为单跨，跨度一般在8～10 m，无论是落地拱棚还是带肩拱棚，依靠双侧侧墙的卷膜开窗一般都能取得良好的通风效果。在炎热地区建设塑料大棚或其他地区越夏生产的塑料大棚，在屋面上设置卷膜通风，结合侧墙通风一般也能满足通风降温的要求。对室外气温持续较高或室内种植作物对光照要求不高的大棚可设置外遮阳网或对棚膜表面喷白，既解决了大棚遮阳的问题也解决了大棚降温的问题，所以标准的塑料大棚基本不采用“气楼”式的通风形式。

近年来，随着设施建设土地资源越来越紧张以及大棚内机械化作业水平的不断提高，大跨度塑料大棚相继在全国各地兴起，大棚跨度从标准的10 m以内发展到20 m，甚至30 m以上，大棚在跨度方向的外围尺寸基本和3连跨、5连跨的连栋温室相差无几，因此仅仅依靠侧墙通风的传统标准大棚自然通风方式将难以满足这类大跨度大棚的降温需要，一些连栋温室上采用的强化通风的“气楼”式通风窗自然而然地被使用在了这种塑料大棚上。

大跨度塑料大棚上“气楼”

通风窗的形式

大跨度塑料大棚上的“气楼”通风窗，除了可用图1所示连栋温室采用的形式外，笔者在走访中还发现了另外3种形式，分别为矩形、梯形和圆拱屋面形（图2）。

从提高通风效率和增强温室结构抗风能力的角度分析，梯形结构通风窗似乎更合理，一是斜立侧墙对侧面来风具有导流作用，结构表面的风荷载体型系数小，同等风力作用在结构上的压力较小;二是从室内溢流的热风不受任何阻挡可直接排出室外，排风的流道短、孔口阻力小，排风效率高;三是采用卷膜通风时，两侧斜面可以支撑卷膜轴，相应对薄膜的拉拽和卷膜电机的动力输出要求低。但梯形通风窗如果在下雨期间不能及时关闭窗口，室外降雨将会直接垂落到温室室内（当下雨伴随刮风时，直立侧墙的通风窗也同样会有雨滴飘入温室的问题，但可以通过上风侧关闭下风侧打开的方式解决这个问题），尤其在高温季节下雨期间需要进行通风换气时，这种通风窗的防雨弱点更是被充分放大。

圆拱屋面通风窗与平屋顶的矩形或梯形通风窗相比，顶面不易积水，尤其对塑料薄膜围护的通风窗更不会在通风窗的顶面形成水兜，表面积灰引起透光率降低的程度也较小。从外观造型上看，圆拱屋面的“气楼”较矩形或梯形的更美观，但在相同通风口高度的情况下，圆拱屋面“气楼”的建筑高度最高，因此对结构的抗风要求更高，同时结构的用材量也最大，施工安装的工时也最长。

不同形式的“气楼”建筑各有特点，在具体设计中应根据温室建设地区的气候特点、温室种植作物对通风降温的要求以及工程造价等多种因素综合考虑，优化选择确定“气楼”的建筑形式。

“气楼”式大跨度塑料大棚结构

大跨度塑料大棚按其保温形式的不同分为不保温大棚、外保温大棚和内保温大棚（图3）。不保温大棚就是简单地将标准塑料大棚跨度和高度加大，其保温性能和普通塑料大棚基本相同，而保温大棚则是在大棚屋面上增设能够卷放的柔性活动保温被，白天保温被卷起便于大棚采光，夜间保温被展开为大棚保温，由此可大大提高塑料大棚的保温性能，不仅延长了传统塑料大棚“春提早、秋延后”的种植时间，在一些冬季温度不是很低的地区甚至还可以实现越冬生产，使大棚和土地的使用效率双双得以提升，从而获得经济效益、社会效益和生态效益的全面提升。

保温大棚按照保温被的设置位置不同可分为外保温大棚（图3b）和内保温大棚（图3c）。不设“气楼”的大跨度外保温大棚的结构和保温被的安装与控制笔者在2017～2018年本刊上进行过总结[2-3]。事实上，在外保温大棚上安装“气楼”，由于需要对“气楼”单独保温，配套的保温设施相对复杂，所以配套“气楼”的大跨度塑料大棚主要为不保温大棚和内保温大棚。

“气楼”的承力结构

在大跨度塑料大棚上支撑“气楼”的承力结构有两种形式：一种是单柱结构，在大棚跨中设单立柱，柱顶安装与大棚屋脊同方向的柱顶梁，在柱顶梁上安装“V”形支杆，下部支撑在柱顶梁上，上部与大棚屋面拱杆相接并分别支撑“气楼”在屋面上的两侧底边（圖4a）;另一种是双柱结构，在大棚跨中采用双柱，立柱从地面直接通到大棚屋面拱杆并支撑“气楼”在屋面上的两侧底边（图4b），两根立柱在大棚跨度方向的间距即是“气楼”的跨度，其位置则处于“气楼”的侧墙正下方。为了增强结构的承载能力，在大棚立柱与屋面拱杆的上部位置还可增设加强支撑（图4c），具体的结构形式可根据大棚建设地区的风雪荷载以及大棚跨度和“气楼”的建筑形式及尺寸等设计参数确定。

“气楼”式内保温大棚的结构与保温

采用保温被做内保温的大跨度保温塑料大棚，其结构形式一般都是采用双层骨架结构（图5）。内层结构和外层结构分别覆盖塑料薄膜，形成双膜保温结构。严寒季节可双膜覆盖提高白天的保温性能;气温适宜的季节或时段，可揭开室内保温膜，大棚单膜覆盖以增强大棚的采光。保温被安装在内层骨架，在山墙端安装摆臂式卷帘机，白天卷起，夜间展开，以保证大棚夜间的保温和白天的采光。将保温被安装在内层骨架，一可以避免保温被受外界风雨雪的侵扰，降低对保温被防水和抗老化的要求，延长保温被的使用寿命;二可以在两层骨架间形成空气间层，进一步提高温室的保温性能。所以，在严寒地区或者需要大跨度保温大棚越冬生产时常采用内保温的大棚结构。

对于不设“气楼”的内保温大棚，保温被可以全部覆盖内层拱架的屋面，在屋脊处固定，从两侧活动边向屋脊卷放，可形成屋面保温被的严密密封。

对于柱顶安装“V”形支杆的单立柱“气楼”内保温大棚，可将内层骨架安装到立柱柱顶梁上，内层骨架双侧屋面保温被用两台卷帘机分别卷放两张保温被，两张保温被的固定边可固定在“V”形支杆的两侧，两幅保温被之间可用固定保温条连接（由于固定条的幅宽较小，基本不影响大棚内作物的采光）或如同不设“气楼”的内保温大棚一样直接用一整幅保温被，在遇到“V”形支杆时保温被开口绕过支杆，也能形成比较严密的保温。对于大棚的通风，可像日光温室一样，在内层骨架保温被卷起位置的下方设置沿大棚长度方向通长的通风口（可以是卷膜开窗、拉膜开窗，也可以是齿轮齿条开窗，甚至还可以不设开窗机构用保温被控制通风口的启闭），白天保温被卷起，当室内温度达到设定通风温度后，通风口打开，大棚通风;当室内温度在设定通风温度以下时，关闭通风口，室内外双层膜形成大棚良好的采光和保温。

对于安装“气楼”的双立柱内保温大棚，由于立柱要贯通内外两层屋面拱架，并且彼此还有一定距离，上述的单幅保温被双侧卷被的方案将无法实现“气楼”下部两柱之间的卷放。如果在这块区域采用固定式保温被保温，一是保温被的阴影面积太大;二是固定保温被同时也封闭了“气楼”的出风口，大棚的通风将受到直接阻挡，为此，设计者采用了中空PC板做“气楼”的底板（图6a），一是中空PC板具有一定的透光性能，不会在大棚内形成固定的阴影带;二是中空PC板同样也具有一定的保温性能，尽管其保温性能无法和保温被相媲美，但与塑料薄膜比较却有数量级的增加。为实现“气楼”的通风，在“气楼”的底板PC板上安装了齿轮齿条开窗机（图6b），需要通风时将“气楼”底板顶起，打开出气口通风;需要保温时放平底板，关闭通风口。当然，如上述单立柱结构大棚一样，在内层骨架的屋面上保温被卷起的位置开设通风口，也可以解决这个问题。不论采取哪种通风方式，由于气楼底板的保温性能远不及保温被的保温性能，因此，“气楼”底板实际上在大棚内形成了一个“冷桥”，非常不利于大棚的整体保温，或许在不影響“气楼”底板开窗通风的基础上在其上表面附加一层水平活动保温被与内保温被形成闭合保温系统，会使这个问题得到有效解决，实践中可以尝试应用。

凹形“气楼”

前述介绍的“气楼”都是凸出屋脊的通风窗。2013年笔者在云南调研中还发现过凹形“气楼”，在此也一并介绍。凹形“气楼”是相对凸形“气楼”而言的。凸形“气楼”是通气窗凸出大棚屋脊的通风窗，而凹形“气楼”则是通风窗在屋脊部位垂凹进室内，从外形看是在屋脊处形成一个凹槽（图7a），恰似完全对称型阴阳型日光温室的外形，只是前者凹槽的两侧为屋面通风口（图7b），而后者为保温屋面。严格讲，这种大棚的屋脊应该是凹形“气楼”的两侧“屋檐”。

由于大棚屋脊在风压作用下始终处于负压状态，所以，不论是风压还是热压，凹形“气楼”通风窗都是向外排气，基本不会发生室外冷空气倒灌的问题。另外，从建筑外形看，由于没有屋面的凸出结构，对大棚结构的抗风要求也不会进一步提升。从室内看（图7c），大棚“屋脊”下沉，其结构为立柱支撑“底板”，该“底板”既是屋面雨雪的排水槽，也是屋面通风窗操作的作业走道，同时也兼做用于薄膜更换或结构维修的作业平台。从室内种植作物的要求看，虽然大棚的“屋脊”下沉，降低了传统大棚的屋脊高度，但基本不影响室内作物的种植空间。

和凸形“气楼”的支撑方式相同，支撑凹形“气楼”底板的方式也有单柱和双柱之分（图8）。由于是直接支撑“楼板”，所以，民用建筑上的一些常规的立柱支撑方式都可以直接采用。

凹形“气楼”通风口的开启方式，可以是手动扒缝（图9a），也可以是手动或电动卷膜（图9b）。手动扒缝需要操作者经常上下屋顶操作，作业劳动强度高、环境控制也不精准。在条件许可的情况下，建议尽量采用卷膜开窗的方式。

参考文献

[1]周长吉.周博士考察拾零（一百）从引进到自主创新——记兴邦（漳州）温室制造有限公司的创新之路[J].农业工程技术（温室园艺），2020，40（1）：54-61.

[2]周长吉.周博士考察拾零（七十五）大跨度保温塑料大棚的实践与创新（上）[J].农业工程技术（温室园艺），2017，37（34）：

20-27.

[3]周长吉.周博士考察拾零（七十六）大跨度保温塑料大棚的实践与创新（下）[J].农业工程技术（温室园艺），2018，38（1）：

38-43.

[引用信息]周长吉.周博士考察拾零（一百十一三）大跨度“气楼”塑料大棚[J].农业工程技术，2021，41（04）：52-56.