溫室和大棚的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

PAGE26PAGE4第三章溫室和大棚的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)第一節(jié)溫室和大棚的類(lèi)型與結(jié)構(gòu)一、類(lèi)型（一）按外形分類(lèi)（二）按結(jié)構(gòu)分類(lèi)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(lèi)（四）按用途分類(lèi)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(zhuān)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(zhǎng)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）水平安裝在屋脊上，其作用與普通的檁條相同。俗稱(chēng)棟木，一棟溫室只有一條。（4）檐檁（橫梁Cross－Beam,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(duì)、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(chēng)為下弦。（6）屋架（上弦PricipalRafter）將屋面撐成脊形的結(jié)構(gòu)稱(chēng)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（Sub－Beam）柱子之間，屋架與屋架之間，需要架設(shè)平行的橫梁，通過(guò)檁條承擔(dān)屋面的荷載，這部分部件叫做次梁。（8）剪刀撐（DiagonalBracing,Brace）在木結(jié)構(gòu)和鋼結(jié)構(gòu)等的柱子間，用在對(duì)角線(xiàn)上的斜材叫剪刀撐。（9）斜撐（KneeBrace,AngleBrace,BatterBrace）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(wú)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(guó)絕大多數(shù)為拱圓形。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(xiàn)）等部件組成，俗稱(chēng)“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(lái)。（1）立柱立柱起支撐拱桿和棚面的作用，縱橫成直線(xiàn)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(gè)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(shí)繃緊棚膜的作用。（5）棚膜棚膜可用0.1~0.12mm厚的聚氯乙烯（PVC）或聚乙烯（PE）薄膜以及0.08~0.1mm的醋酸乙烯（EVA）薄膜，這些專(zhuān)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。（7）門(mén)、窗大棚兩端各設(shè)供出入用的大門(mén)，門(mén)的大小要考慮作業(yè)方便，太小不利于進(jìn)出；太大不利保溫。三、主要代表型溫室和大棚結(jié)構(gòu)(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(jìn)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(jì)步驟溫室和大棚的設(shè)計(jì)與一般建筑物類(lèi)似，都是以結(jié)構(gòu)物的用途、規(guī)模、場(chǎng)地等基本條件為基礎(chǔ)，要建造堅(jiān)固、安全、經(jīng)濟(jì)、實(shí)用的溫室和大棚，必須進(jìn)行細(xì)致的設(shè)計(jì)工作。設(shè)計(jì)常包括結(jié)構(gòu)計(jì)劃、結(jié)構(gòu)計(jì)算，完成設(shè)計(jì)文件和進(jìn)行工程造價(jià)計(jì)算等四個(gè)步驟。（一）結(jié)構(gòu)計(jì)劃結(jié)構(gòu)計(jì)劃是按給定的條件對(duì)溫室結(jié)構(gòu)及形式等作初步選擇工作。（二）結(jié)構(gòu)計(jì)算結(jié)構(gòu)計(jì)算是根據(jù)民用與工業(yè)建筑規(guī)范進(jìn)行的。（三）完成設(shè)計(jì)文件設(shè)計(jì)文件包括設(shè)計(jì)圖、說(shuō)明書(shū)和結(jié)構(gòu)計(jì)算書(shū)等，是指導(dǎo)施工和簽訂施工合同的主要依據(jù)。（四）造價(jià)計(jì)算第三節(jié)溫室荷載一、荷載及分類(lèi)作用在溫室、塑料棚結(jié)構(gòu)上的外力統(tǒng)稱(chēng)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(lèi)方法二、荷載的組合在結(jié)構(gòu)上往往同時(shí)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(duì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生最不二、幾種構(gòu)件的計(jì)算和設(shè)計(jì)為保證保護(hù)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(jì)算中對(duì)構(gòu)件提出以下三方面的要求：1．有足夠的強(qiáng)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，仍然保持它本來(lái)的幾何形狀，不致突然偏斜而喪失它的承載能力。（一）梁的計(jì)算和設(shè)計(jì)為了保證梁的安全，就要使梁的最大應(yīng)力不超過(guò)它的容許應(yīng)力〔σ〕，它的最大撓度不超過(guò)容許的撓度，即要滿(mǎn)足梁的強(qiáng)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(jì)梁的載面時(shí)，可先算出所需的截面抵抗矩W。（3－4－12）然后選擇截面的形狀和尺寸，對(duì)于型鋼梁就是選擇型鋼的號(hào)碼，型鋼號(hào)一經(jīng)選定，截面的尺寸和各項(xiàng)幾何特性也就確定了。（二）柱的計(jì)算和設(shè)計(jì)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(jì)算和設(shè)計(jì)，除要滿(mǎn)足強(qiáng)度條件外，還需進(jìn)行穩(wěn)定性的計(jì)算。1.什么是結(jié)構(gòu)穩(wěn)定問(wèn)題直桿在軸向壓力下不能保持其原來(lái)的直線(xiàn)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(huì)產(chǎn)生壓彎的失穩(wěn)現(xiàn)象。壓桿穩(wěn)定問(wèn)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(shí)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(chēng)為抗力。①柱子受力狀況柱子所承受的外力通過(guò)柱子的軸心時(shí)，稱(chēng)軸心受壓柱。柱子的承受的外力不通過(guò)軸心，或者雖通過(guò)軸心，但同時(shí)又受到彎距作用時(shí)，稱(chēng)偏心受壓柱。②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(gè)與截面形狀和尺寸有關(guān)的長(zhǎng)度。λ叫做桿的長(zhǎng)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(duì)壓桿臨界應(yīng)力的綜合影響。五、壓桿橫截面的設(shè)計(jì)步驟在選擇壓桿的截面積時(shí)就必須采用試算的方法。第一種方法：（1）先假定一長(zhǎng)細(xì)比λ，并且由它查出一相應(yīng)的值。（（3）在選定了壓桿的截面尺寸以后，必須重新進(jìn)行穩(wěn)定驗(yàn)算。第二種方法：（1）先直接假定一個(gè)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(shí)踐經(jīng)驗(yàn)選擇型鋼號(hào)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(zhǎng)細(xì)比λ。根據(jù)λ重新計(jì)算值。如果這個(gè)值和在（1）中假定的值相差較大，則需在這兩個(gè)值之間再選一個(gè)值，重復(fù)以上步驟進(jìn)行計(jì)算，直到求得的值與假定的值的較接近為止。最后，根據(jù)求得的值，按式驗(yàn)算是否滿(mǎn)足穩(wěn)定條件。如果滿(mǎn)足，又不過(guò)于安全，則所選得的截面就是所需的截面。如果不滿(mǎn)足或過(guò)于安全，就