溫室和大棚的結(jié)構(gòu)設(shè)計

1、第三章 溫室和大棚的結(jié)構(gòu)設(shè)計 第一節(jié) 溫室和大棚的類型與結(jié)構(gòu)一、類型（一）按外形分類（二）按結(jié)構(gòu)分類以建筑用材不同把溫室分為：1.土木結(jié)構(gòu)溫室；2.磚木結(jié)構(gòu)溫室；3.混合結(jié)構(gòu)溫室；4.鋼結(jié)構(gòu)溫室（包括薄壁鍍鋅鋼管）；5.輕質(zhì)鋁合金結(jié)構(gòu)溫室。（三）按棟數(shù)分類（四）按用途分類按溫室主要作用不同分為：1.農(nóng)業(yè)生產(chǎn)溫室；2.觀賞展覽溫室；3.科研溫室；4.專用溫室。二、溫室和大棚的組成1玻璃溫室的組成（1）椽子（Rafter） 承擔(dān)屋面上的荷載，是架設(shè)在脊檁、檁、檐檁上的細(xì)長斜木。（2）檁（Purlin） 支撐在屋面的屋架上，設(shè)在脊檁和檐檁之間，是支架緣子的水平桿件。（3）脊檁（Ridge） 水平安裝

2、在屋脊上，其作用與普通的檁條相同。俗稱棟木，一棟溫室只有一條。（4）檐檁（橫梁CrossBeam, Girder） 設(shè)在墻體上端，是連接柱子上端的水平桿件。（5）梁（下弦Beam, Girder） 梁是和柱子垂直相對、平放或接近平放的桿件，它承受垂直或斜方向的荷載。把屋架下面的梁稱為下弦。（6）屋架（上弦Pricipal Rafter） 將屋面撐成脊形的結(jié)構(gòu)稱為屋架。溫室除了拱型屋頂，單坡屋頂之外，多用三角形屋架。歐美式小型溫室的屋架是承受檁條的斜材（上弦）。（7）次梁（SubBeam） 柱子之間，屋架與屋架之間，需要架設(shè)平行的橫梁，通過檁條承擔(dān)屋面的荷載，這部分部件叫做次梁。（8）剪刀撐（D

3、iagonal Bracing, Brace） 在木結(jié)構(gòu)和鋼結(jié)構(gòu)等的柱子間，用在對角線上的斜材叫剪刀撐。（9）斜撐（Knee Brace, Angle Brace, Batter Brace） 斜撐是加固水平桿件和垂直桿件銜接地方的桿件或指桁架中的短斜桿件。（10）柱（Cloumn, Post, Pillar） 小型溫室不用柱子，是無柱結(jié)構(gòu)。但大型溫室常把柱子設(shè)在溫室中央或設(shè)在屋架下部。一般使用鋼管、方鋼管或工字鋼等作為柱子材料。（11）窗間柱（壁柱Stud） 是配置在柱與柱之間構(gòu)成墻體的垂直構(gòu)件。2塑料薄膜大棚的組成目前生產(chǎn)中應(yīng)用的大棚，按棚頂形狀可以分為拱圓形和屋脊形，但我國絕大多數(shù)為拱圓

4、形。按骨架材料則可分為竹木結(jié)構(gòu)、鋼架混凝土柱結(jié)構(gòu)、鋼架結(jié)構(gòu)、鋼竹混合結(jié)構(gòu)等。按連接方式又可分為單棟大棚、雙連棟大棚及多連棟大棚。塑料薄膜大棚的骨架是由立柱、拱桿（拱架）、拉桿（縱梁、橫拉）、壓桿（壓膜線）等部件組成，俗稱“三桿一柱”。這是塑料薄膜大棚最基本的骨架構(gòu)成，其他形式都是在此基礎(chǔ)上演化而來。 （1）立柱 立柱起支撐拱桿和棚面的作用，縱橫成直線排列。（2）拱桿 拱桿是塑料薄膜大棚的骨架，決定大棚的形狀和空間構(gòu)成，還起支撐棚膜的作用。 （3）拉桿 起縱向連接拱桿和立柱，固定壓桿，使大棚骨架成為一個整體的作用。 （4）壓桿 壓桿位于棚膜之上兩根拱架中間，起壓平、壓實繃緊棚膜的作用。 （5）棚

5、膜 棚膜可用0.10.12mm厚的聚氯乙烯（PVC）或聚乙烯（PE）薄膜以及0.080.1mm的醋酸乙烯（EVA）薄膜，這些專用于覆蓋塑料薄膜大棚的棚膜，其耐候性及其他性能均與非棚膜有一定差別。 （6）鐵絲 鐵絲粗度為16號、18號或20號，用于捆綁連接固定壓桿、拱桿和拉桿。 （7）門、窗 大棚兩端各設(shè)供出入用的大門，門的大小要考慮作業(yè)方便，太小不利于進出；太大不利保溫。三、主要代表型溫室和大棚結(jié)構(gòu) （一）GP系列鍍鋅鋼管裝配式大棚 (二)節(jié)能型日光溫室1一面坡日光溫室 這是鞍山及北京、天津等地最早應(yīng)用的充分采光、不進行人工加溫的溫室。 2立窗式日光溫室 如遼寧省瓦房店的琴弦式薄膜日光溫室、山

6、東壽光立窗式日光溫室。3拱圓型節(jié)能日光溫室 這是將前面設(shè)為拱型，其骨架可用竹木、鋼筋混凝土和鋼管架材料。（三）現(xiàn)代化溫室1屋脊型連接屋面溫室 荷蘭溫室是屋脊型連接屋面溫室的典型代表。2華北型連棟塑料溫室 其骨架由熱浸鍍鋅鋼管及型鋼構(gòu)成，透明覆蓋材料為雙層充氣塑料薄膜。第二節(jié) 溫室和大棚的設(shè)計步驟溫室和大棚的設(shè)計與一般建筑物類似，都是以結(jié)構(gòu)物的用途、規(guī)模、場地等基本條件為基礎(chǔ)，要建造堅固、安全、經(jīng)濟、實用的溫室和大棚，必須進行細(xì)致的設(shè)計工作。設(shè)計常包括結(jié)構(gòu)計劃、結(jié)構(gòu)計算，完成設(shè)計文件和進行工程造價計算等四個步驟。（一）結(jié)構(gòu)計劃結(jié)構(gòu)計劃是按給定的條件對溫室結(jié)構(gòu)及形式等作初步選擇工作。 （二）結(jié)構(gòu)計

7、算結(jié)構(gòu)計算是根據(jù)民用與工業(yè)建筑規(guī)范進行的。（三）完成設(shè)計文件設(shè)計文件包括設(shè)計圖、說明書和結(jié)構(gòu)計算書等，是指導(dǎo)施工和簽訂施工合同的主要依據(jù)。（四）造價計算第三節(jié) 溫室荷載一、荷載及分類作用在溫室、塑料棚結(jié)構(gòu)上的外力統(tǒng)稱荷載。荷載有自然荷載（風(fēng)載、雪載、地震力等）和人為荷載（堆物、吊重、檢修荷載等）。 溫室荷載有3種分類方法二、荷載的組合在結(jié)構(gòu)上往往同時作用著幾種不同性質(zhì)的荷載，應(yīng)考慮它們總的作用和對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生最不利的情況，這就是荷載的組合問題。溫室、塑料棚設(shè)計荷載的組合有以下幾種情況，應(yīng)取其最不利的情況進行設(shè)計：1. 恒載+雪載； 2.恒載+風(fēng)載； 3.恒載+活載（建筑物施工或維修時的吊重荷載）；

8、4.恒載+作物吊重。三、恒載（一）固定荷重（G）指溫室和大棚的構(gòu)架重量以及覆蓋物的重量，又稱自重。（二）作物荷載（V）大致每m2按150N計算，即床面積1m2，其作物荷載為150N，架上先拉水平線再吊時，在水平線的固定處產(chǎn)生張力T。所以，設(shè)計時還要考慮固定處的水平力（H）。四、雪荷載（S）雪荷載是作用在屋面上的垂直荷載。積雪的程度不但與降雪量有關(guān)，而且與屋面的形狀和坡度有關(guān)系。屋面坡度、拱度愈大，積雪愈淺，雪壓愈小。但是連跨的屋面天溝處容易造成雪堆，使局部雪壓增大。五、風(fēng)荷載風(fēng)對建筑物產(chǎn)生的壓力大小決定于風(fēng)速。風(fēng)速是經(jīng)常變化的，它可以用兩種方法來表示：即在一定時間內(nèi)的平均風(fēng)速和瞬時風(fēng)速。在設(shè)計

9、計算中常采用前者。風(fēng)速還與距離地面的高度有關(guān)，離地面越高，風(fēng)速愈大。第四節(jié) 主要構(gòu)件的設(shè)計溫室的承重結(jié)構(gòu)是由檁條、屋架、柱、基礎(chǔ)等部分組成。屋架承受風(fēng)荷載、雪荷載以及屋面材料的重量。屋架受力后，連同它本身的自重把力傳給柱子。最后由柱子再傳給基礎(chǔ)，由基礎(chǔ)再傳給地基。支承這些荷載而起承重作用的就稱為結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)的各個組成部分稱為構(gòu)件。結(jié)構(gòu)（構(gòu)件）在承受荷載時，如果受力過大，超過了它的承載能力，就有可能造成溫室、塑料棚的較大變形，甚至破壞倒塌。為了保證使用過程中的安全，符合經(jīng)濟、實用的要求，我們就必須對溫室、大棚的構(gòu)件進行設(shè)計，并對各構(gòu)件受力后的情況進行分析計算，從而決定它的形狀和尺寸。一、與設(shè)計計算

10、有關(guān)的幾個基本概念（一）外力及其簡化 所謂外力就是指那些作用在我們所要研究設(shè)計的構(gòu)件上的力。外力一般分為集中力和分布力兩種。集中力 就是力作用在結(jié)構(gòu)上的面積遠(yuǎn)小于結(jié)構(gòu)的表面積，可認(rèn)為力是作用在結(jié)構(gòu)的一點上。分布力 就是力作用在構(gòu)件較大的一個范圍內(nèi)（一塊面積或一段長度），根據(jù)力作用在構(gòu)件上的均勻性，又可分為均布力和不均布力。（二）變形和內(nèi)力 構(gòu)件受外荷載作用時要發(fā)生形狀或尺寸的改變，這種改變稱為變形。在外力使構(gòu)件發(fā)生變形的同時，構(gòu)件內(nèi)部分子之間就隨著產(chǎn)生一種抵抗力，這種抵抗力就叫做內(nèi)力。所以說內(nèi)力是用來抵抗外力對構(gòu)件的變形，并且力圖使構(gòu)件變形部分恢復(fù)原來的尺寸和形狀的力（三）應(yīng)力和應(yīng)變 作用在單

11、位面積上內(nèi)力的大小稱作“應(yīng)力”，單位用N/m2表示。應(yīng)變即單位長度內(nèi)的變形，是無量綱的量。（四）支座的簡化和支座反力 無論是溫室還是塑料棚或其他保護地建筑結(jié)構(gòu)，都必須安置在一定的支承物上，這樣才能使整個結(jié)構(gòu)穩(wěn)固，這類支承物均稱為支座。支座可歸納為三種類型：滾動鉸鏈支座、固定鉸鏈支座和固定端支座。（五）容許應(yīng)力與安全系數(shù) 對每種材料規(guī)定了它所能容許承受的最大應(yīng)力，這個應(yīng)力叫容許應(yīng)力。對于塑性材料：容許應(yīng)力： 對于脆性材料：容許應(yīng)力 式中K為安全系數(shù) 是為了保證構(gòu)件的安全使用而設(shè)的。（六）拉伸與壓縮 作用在桿端的兩個力大小相等，方向相反（兩力背向為拉力相對為壓力），并作用在桿件的軸線上，這種桿件產(chǎn)

12、生的變形為軸向拉伸或壓縮。拉伸或壓縮時，其任意截面上的內(nèi)力可假定為均勻分布的。由于應(yīng)力的方向是垂直于橫截面的，所以稱它為垂直應(yīng)力或正應(yīng)力 A截面面積 為了區(qū)別拉應(yīng)力和壓應(yīng)力，規(guī)定以“+”號表示拉應(yīng)力，以“”號表示壓應(yīng)力。為保證桿件安全的強度條件，可表示為 除滿足上述的強度條件外，壓桿還要有足夠的穩(wěn)定性，即還要滿足公式 （348）：軸心受壓桿件的穩(wěn)定系數(shù)，取決于桿件的長細(xì)比。（七）彎曲 當(dāng)桿件受到與桿軸線相垂直的外力作用時，桿件產(chǎn)生的變形為彎曲變形。這里的彎曲只限于平面彎曲，其特點是外力作用在桿件的對稱平面，彎曲后的軸線也在這一對稱平面內(nèi)。所有發(fā)生彎曲變形的構(gòu)件都叫做梁。 對于某一截面來說，它的

13、最大正應(yīng)力發(fā)生在梁的上下邊緣。對于整個梁來說，彎矩最大的橫截面上的應(yīng)力也最大，這個截面叫做危險截面，梁上最大的正應(yīng)力就發(fā)生在這個截面的上下邊緣上用公式表示： 梁也有剛度問題。所謂梁的剛度是指梁在外力作用下，抵抗變形的能力。梁的剛度計算公式 式中：受彎構(gòu)件的容許撓度，規(guī)范中不同的構(gòu)件有相應(yīng)的規(guī)定。一般溫室檁條可取。二、幾種構(gòu)件的計算和設(shè)計為保證保護地建筑構(gòu)件（結(jié)構(gòu)）的正常使用，以確定構(gòu)件的可靠尺寸，在計算中對構(gòu)件提出以下三方面的要求：1有足夠的強度 構(gòu)件能夠安全地承擔(dān)外力（荷載）而不致破壞。2有足夠的剛度 構(gòu)件受力后產(chǎn)生的最大變形，應(yīng)該在規(guī)定的范圍之內(nèi)。3有足夠的穩(wěn)定性 構(gòu)件雖然變形，仍然保持它

14、本來的幾何形狀，不致突然偏斜而喪失它的承載能力。（一）梁的計算和設(shè)計 為了保證梁的安全，就要使梁的最大應(yīng)力不超過它的容許應(yīng)力，它的最大撓度不超過容許的撓度，即要滿足梁的強度公式和剛度公式。 當(dāng)已知荷載和容許應(yīng)力，而需要設(shè)計梁的載面時，可先算出所需的截面抵抗矩W。 （3412）然后選擇截面的形狀和尺寸，對于型鋼梁就是選擇型鋼的號碼，型鋼號一經(jīng)選定，截面的尺寸和各項幾何特性也就確定了。（二）柱的計算和設(shè)計柱是一種受壓構(gòu)件，在溫室、塑料棚中柱的作用是把屋面上層結(jié)構(gòu)的荷載傳遞給基礎(chǔ)，其他構(gòu)件依靠柱的支持作用構(gòu)成使用空間。柱的計算和設(shè)計，除要滿足強度條件外，還需進行穩(wěn)定性的計算。1.什么是結(jié)構(gòu)穩(wěn)定問題直

15、桿在軸向壓力下不能保持其原來的直線受壓變形狀態(tài)，而突然發(fā)生新的壓彎變形甚至彎斷的現(xiàn)象叫做壓桿的失穩(wěn)。通常把構(gòu)件在荷載的作用下，不能維持原有形式的受力與變形狀態(tài)而突然發(fā)生新形式的受力與變形狀態(tài)的現(xiàn)象叫做失穩(wěn)。2.壓桿為什么會產(chǎn)生壓彎的失穩(wěn)現(xiàn)象。壓桿穩(wěn)定問題反映了荷載與材料彈性抗力之間的矛盾。物體在外力作用下，伴隨著變形的發(fā)生，同時產(chǎn)生內(nèi)力，這種內(nèi)力又力圖保持（或恢復(fù)）物體原有形狀而抵抗變形，故把內(nèi)力又稱為抗力。柱子受力狀況柱子所承受的外力通過柱子的軸心時，稱軸心受壓柱。柱子的承受的外力不通過軸心，或者雖通過軸心，但同時又受到彎距作用時，稱偏心受壓柱。柱子受壓失穩(wěn)4.壓桿的臨界應(yīng)力臨界應(yīng)力就是在臨

16、界力作用下，壓桿橫截面上的平均正應(yīng)力。叫做截面的慣性半徑或回轉(zhuǎn)半徑，這是一個與截面形狀和尺寸有關(guān)的長度。叫做桿的長細(xì)比，它能反映桿端支承情況，桿的尺寸和橫截面形狀等因素對壓桿臨界應(yīng)力的綜合影響。五、壓桿橫截面的設(shè)計步驟在選擇壓桿的截面積時就必須采用試算的方法。第一種方法：（1）先假定一長細(xì)比，并且由它查出一相應(yīng)的值。（2）根據(jù)假定的求得截面所需要的慣性半徑r=L0/，再根據(jù)r和初選的A，并且利用已有的規(guī)格圖表和實踐經(jīng)驗選擇型鋼的號碼或求得截面的周邊尺寸。（3）在選定了壓桿的截面尺寸以后，必須重新進行穩(wěn)定驗算。第二種方法：（1）先直接假定一個值（一般是假定0.5），再用公式求得初選的A。（2）根據(jù)初選的A，利用已有的圖表或根據(jù)實踐經(jīng)驗選擇型鋼號碼或求得截面的具體尺寸。（3）根據(jù)選定的截面尺寸，查得或算得慣性半徑r，算出壓桿的長細(xì)比。根據(jù)重新計算值。如果這個值和在（1）中假定的值相差較大，則需在這兩個值之間再選一個值，重