溫室園藝 2020 12 40 溫室裝備 Greenhouse Equipment DOI 10 16815 ki 11 5436 s 2020 34 008 周博士考察拾零 一百一十一 連棟塑料薄膜溫室天溝托架的實(shí)踐與創(chuàng)新 周長吉 農(nóng)業(yè)農(nóng)村部規(guī)劃設(shè)計研究院 北京 100125 天 溝托架是連接連棟溫室天溝 屋面拱桿 立柱以及屋面弦桿的承力構(gòu)件 是連棟玻 璃溫室 PC板溫室以及塑料薄膜溫室重要的結(jié)構(gòu) 組成部件 不同溫室形式 由于天溝 屋面拱桿 立柱和屋面弦桿所用材料種類和規(guī)格不同以及這 些構(gòu)件承力和傳力的途徑不同 形成了天溝托架 的多樣性 甚至有的溫室沒有專門的天溝托架 采用天溝 立柱 屋面拱桿或弦桿等構(gòu)件直接連 接的方式 連棟溫室屋面拱桿 弦桿 立柱等承力構(gòu)件 多采用圓管或方管 一般塑料薄膜溫室多采用圓 管 而玻璃溫室和PC板溫室多采用方管 但也 有大量的塑料薄膜溫室立柱采用方管 少量屋面 拱桿采用外卷邊C形鋼 從連接兩跨溫室的天溝 來看 有承力天溝和非承力天溝之分 其中承力 天溝連接屋面拱桿并將屋面荷載傳遞到立柱 而 非承力天溝則除了承受自身重量和排水期間屋面 的匯水和積雪荷載外 不承擔(dān)屋面拱桿傳遞的任 何風(fēng)雪荷載 為減少溫室室內(nèi)立柱 有的溫室屋 面拱桿和立柱非一一對應(yīng) 由此出現(xiàn)連接屋面拱 桿處天溝下有的地方有立柱 有的地方無立柱的 情況 非承力天溝溫室 一般在 天溝下沿天溝方向要設(shè)計一道柱 頂縱梁 一是連接溫室開間方向 的立柱 二是承接溫室屋面拱桿 在實(shí)踐中也經(jīng)?？吹接械臏厥椅?面拱桿直接連接天溝 天溝下橫 梁 非承力天溝 屋面弦桿或 立柱 從而簡化甚至取消了天溝 托架的情況 文章就筆者調(diào)研看到的連棟塑料薄膜溫室天 溝 屋面拱桿 立柱 弦桿等各種構(gòu)件在天溝處 局部交匯節(jié)點(diǎn)的連接方法進(jìn)行梳理和總結(jié) 以便 為今后連棟溫室天溝托架的設(shè)計和開發(fā)提供依據(jù) 與參考 非承力天溝溫室拱桿與立柱的連接 非承力天溝溫室 由于天溝不承重 所以也 就不需要專門的天溝托架 溫室結(jié)構(gòu)沿天溝方向 的承力構(gòu)件為設(shè)置在天溝下連接溫室開間方向的 柱頂縱梁 塑料薄膜溫室的柱頂縱梁一般為圓管 方管或槽鋼 C形鋼 這種結(jié)構(gòu)立柱直接支撐 柱頂縱梁 而屋面拱桿和弦桿有的連接在柱頂縱 梁 有的則連接到立柱 對圓管柱頂縱梁 屋面拱桿與之連接方式 有直接焊接連接 圖1 和通過抱箍連接兩種方 式 圖2 其中通過抱箍連接的方式不破壞構(gòu) 件表面鍍鋅層 結(jié)構(gòu)安裝速度快 構(gòu)件防腐能力 強(qiáng) 使用壽命長 應(yīng)該是今后發(fā)展的方向 圓管 立柱與圓管柱頂縱梁之間的連接也有直接焊接 a 柱頂縱梁與屋面拱桿的連接 b 柱頂縱梁與屋面拱桿 弦桿和立柱的連接 圖1 非承力天溝溫室圓管柱頂縱梁與屋面拱桿 立柱 屋面弦桿采用焊接連接的方式 溫室園藝 2020 12 41 農(nóng)業(yè)工程技術(shù) 溫室園藝 圖1b 和通過抱箍連接兩種方式 圖2b 一般圓管柱頂縱梁只和圓管立柱配套使用 基本 不會和方管立柱配套 屋面弦桿可以直接焊接連 接到柱頂縱梁 圖1b 也可以用抱箍連接到圓 管立柱 圖2c 需要指出的是 構(gòu)件采用抱箍 兩兩相連時 多構(gòu)件交匯節(jié)點(diǎn)處構(gòu)件的中心線難 以交匯到一點(diǎn) 交匯點(diǎn)處柱頂縱梁或立柱可能會 承受局部彎矩引起的次應(yīng)力 設(shè)計中應(yīng)給予高度 重視 如果柱頂縱梁為矩形鋼管 則與之配套的 立柱可以是圓管或矩形管 圖3b 圖3c 屋 面拱桿與之的連接可以采用直接焊接連接 圖 3a 也可以采用柱頂焊接角鋼等過渡構(gòu)件間接 焊接連接 圖3b 柱頂縱梁與立柱的連接 根 據(jù)立柱的截面形式不同而有區(qū)別 圓管立柱多采 用焊接連接 而方管立柱可采用焊接或用角鐵連 接件通過螺栓連接 圖3c 弦桿與柱頂縱梁之 間的連接 因屋面拱桿占據(jù)了柱頂縱梁的兩個側(cè) 面 在無立柱的節(jié)點(diǎn)可采用底面連接的直板連接 件通過螺栓連接 圖3a 在有立柱的地方可焊 接連接到立柱 圖3c 如果柱頂縱梁為鍍鋅鋼帶輥壓而成的卷邊C 形鋼 一是為避免連接節(jié)點(diǎn)焊接破壞表面鍍鋅 二 是由于卷邊C形鋼壁厚薄也不適合焊接作業(yè) 所 以上述圓管和方管柱頂縱梁與屋面拱桿 立柱和 弦桿之間的焊接連接基本被淘汰 取而代之的是 用鍍鋅鋼板折壓而成的專用連接板來連接 圖4 其中圓管拱桿和弦桿可直接插入連接板后用螺栓 連接 圖4a 圖4b 而C形鋼拱桿則用連接 承臺支托C形鋼卷邊并用螺栓連接 圖4c 立 a 梁與拱桿的連接 b 梁 柱 拱桿連接 c 梁 柱 拱桿 弦桿連接 圖2 非承力天溝溫室圓管柱頂縱梁與屋面拱桿 立柱 屋面弦桿采用抱箍連接的方式 a 與圓管拱桿 弦桿的連接 b 與圓管拱桿 弦桿和方管立柱的連接 c 與C形鋼拱桿和方管立柱的連接 圖3 非承力天溝溫室方管柱頂縱梁與屋面拱桿 立柱 屋面弦桿連接的方式 a 與拱桿和弦桿的連接 b 與拱桿 立柱的連接 c 與拱桿 立柱 弦桿的連接 圖4 非承力天溝溫室C形鋼柱頂縱梁與屋面拱桿 立柱 屋面弦桿連接的方式 溫室園藝 2020 12 42 溫室裝備 Greenhouse Equipment 柱與柱頂縱梁的連接則是將立柱直接插入C形鋼 內(nèi)腔 并在內(nèi)腔內(nèi)安裝折板角鋼固定立柱后與C 形鋼外壁的連接板形成連接 從而實(shí)現(xiàn)立柱與柱 頂縱梁的無焊接組裝連接 圖4b 圖4c 從現(xiàn)代溫室輕簡化 組裝式發(fā)展的趨勢看 焊接連接因施工安裝不規(guī)范 現(xiàn)場焊接作業(yè)量 大 焊接勞動強(qiáng)度高 焊接破壞鍍鋅構(gòu)件表面 防腐保護(hù)層而影響結(jié)構(gòu)的使用壽命和承載能力 終將走向消亡 無焊接的組裝連接應(yīng)該是未來發(fā) 展的方向 從結(jié)構(gòu)的承重體系來講 天溝承重一是可以 取消柱頂縱梁 二是便于安裝室外遮陽網(wǎng)立柱 所以 從未來發(fā)展趨勢看 采用天溝承力的溫室 將會是今后發(fā)展的主流 承力天溝溫室天溝 拱桿 弦桿與立 柱的連接 承力天溝溫室結(jié)構(gòu)是用天溝替代了非承力天 溝溫室結(jié)構(gòu)天溝下柱頂縱梁 省去了柱頂縱梁也 簡化了溫室結(jié)構(gòu) 但由于天溝成為了承力結(jié)構(gòu)構(gòu) 件 因此對其壁厚 強(qiáng)度和剛度都提出了更高的 要求 一般鋼板天溝的壁厚都要求在2 mm以上 承力天溝溫室結(jié)構(gòu)中 天溝 立柱 拱桿和弦桿 各構(gòu)件之間的連接有各構(gòu)件之間兩兩相連的單點(diǎn) 連接法和兩個 組 以上構(gòu)件通過連接件集中連 接的組合連接法之分 構(gòu)件兩兩相連的連接方法 兩兩相連的構(gòu)件包括天溝與拱桿 天溝與立 柱 拱桿與立柱 拱桿與弦桿以及立柱與弦桿 構(gòu)件兩兩相連 連接件簡單 但多構(gòu)件交匯時各 構(gòu)件的中心線不易交匯到一點(diǎn) 尤其是開口天溝 局部受力后更容易變形 必要時應(yīng)對天溝連接點(diǎn) 處進(jìn)行局部加強(qiáng) 天溝與拱桿的兩兩相連 天溝與拱桿之間 兩兩相連的方法 一是采用 抱箍 圖5a 圖 5b 二是采用U形螺栓 圖5c 其中 抱 箍的形式有兩種 一種是將長條形鋼板的兩端裁 切成圓弧后中部起拱的導(dǎo)角抱箍 稱為標(biāo)準(zhǔn) 抱箍 圖5a 另一種是直接將長條形鋼板中 部起拱后制成的非導(dǎo)角抱箍 稱為直板 抱箍 圖5b 前者增加了一道加工工序 但構(gòu)件 無尖角 施工安裝時不會劃傷施工人員 抱箍 根據(jù)屋面拱桿的截面大小 分為2孔抱箍和4孔 抱箍 分別用2根螺栓和4根螺栓與天溝相連 拱桿傳力較小 拱桿截面較小或溫室跨度較小 時可用2孔抱箍 傳力較大時應(yīng)用4孔抱箍 同 樣的道理 采用U形螺栓連接屋面拱桿與天溝時 也根據(jù)拱桿截面大小采用1根或2根U形螺栓 來連接拱桿和天溝 天溝與立柱的兩兩相連 立柱與天溝兩兩相 連的做法有3種形式 一是直接焊接 圖6a 這種連接方式不需要連接板 但現(xiàn)場焊接的質(zhì)量 不容易保證 而且對構(gòu)件表面的防腐不利 應(yīng)該 是一種未來會被淘汰的連接方式 二是在立柱的 頂端焊接一塊面積大于立柱截面的平板 為滿足 鍍鋅過程中的流鋅工藝要求 應(yīng)在立柱截面范圍 內(nèi)平板上開工藝孔 形成立柱頂端兩側(cè)或四周 的 外耳 并在外耳上開孔插穿螺栓與天溝底 部連接 圖6b 這種連接方式連接板用材少 加工方便 但其只適合于連接平底天溝 三是在 柱頂焊接一塊與天溝底板和側(cè)板相同形狀和大小 的托板 圖6c 安裝時將天溝托嵌在該托板中 a 標(biāo)準(zhǔn) 抱箍直接連接 b 直板 抱箍直接連接 c U形螺栓通過墊板連接 圖5 天溝與拱桿兩兩相連的連接方式 溫室園藝 2020 12 43 農(nóng)業(yè)工程技術(shù) 溫室園藝 并用螺栓與天溝的側(cè)壁連接 這種連接方式 不 僅適用于任何截面形狀的天溝 而且在天溝與立 柱的連接處還對天溝進(jìn)行了局部加強(qiáng) 雖然增加 了連接板的材料用量和加工的程序 而且運(yùn)輸和 儲存時立柱占用的空間較大 但節(jié)點(diǎn)連接強(qiáng)度高 結(jié)構(gòu)使用更可靠 需要說明的是 不論在柱頂焊 接外耳還是托板 都需要焊接后進(jìn)行二次鍍鋅 加工的工序都相對復(fù)雜 拱桿與立柱或弦桿的兩兩相連 在天溝承 力的溫室結(jié)構(gòu)中 拱桿與立柱直接連接的案例較 少 需要連接時一般是在柱頂焊接2根截面與拱 桿截面相匹配的鋼管 圓管拱桿宜用圓管 方管 或C形鋼拱桿宜用方管 在柱頂形成V形接頭 圓管接頭與圓管拱桿連接時 可將圓管拱桿直接 插入V形接頭 圖7 用自攻自鉆螺釘固定 C形鋼拱桿與方管接頭連接時可將方管插入C形 鋼內(nèi)腔后用自攻自鉆螺釘固定 而當(dāng)方管拱桿與 方管接頭連接時 宜在兩個構(gòu)件的端頭焊接平板 外耳 采用對接連接方式用螺栓通過外耳上的螺 栓孔將兩個構(gòu)件栓接 外耳對接連接可采用四邊 連接 也可采用對邊雙邊連接 視構(gòu)件的截面大 小和承載能力確定 拱桿與弦桿直接連接的案例同樣也很少 而 且傳力方式也不合理 圖6b是采用焊接連接的 一個案例 在大規(guī)模標(biāo)準(zhǔn)化溫室生產(chǎn)中這種連接 方式基本都應(yīng)被淘汰 立柱與弦桿的兩兩相連 立柱與弦桿的連 接 根據(jù)立柱的截面形式不同而有差別 圓管立 柱大都采用雙 抱箍對扣環(huán)抱立柱后用其雙側(cè) 側(cè)翼分別與兩側(cè)弦桿連接 和圓管拱桿與天溝抱 箍連接的方式一樣 圓管立柱與圓管弦桿連接的 抱箍也分為標(biāo)準(zhǔn) 抱箍和直板 抱箍兩種 圖8a 圖8b 圓管弦桿一般要求兩端壓平 打孔 安裝時將立柱兩側(cè)2根弦桿的一側(cè)端頭對 接在立柱的兩側(cè) 用2片 抱箍環(huán)抱立柱后用 a 直接焊接連接 b 柱頂焊外耳與天溝底部栓接 c 柱頂焊托板與天溝側(cè)壁栓接 圖6 天溝與立柱兩兩相連的方式 圖7 立柱與拱桿兩兩相連 圖8 圓管立柱與圓管弦桿的兩兩直接相連 a 標(biāo)準(zhǔn) 抱箍連接 b 直板 抱箍連接 c 雙向 抱箍連接 溫室園藝 2020 12 44 溫室裝備 Greenhouse Equipment 兩側(cè)側(cè)翼夾住弦桿壓平的端頭 用螺栓連接抱箍 和弦桿后再在 抱箍的脊背用自攻自鉆螺釘將 其與立柱相連 即形成弦桿與立柱的牢固連接 實(shí)踐中也有將立柱兩側(cè) 抱箍雙翼先并攏后 再與弦桿貼接連接的方式 但由于這種連接構(gòu)件 之間的中心線會發(fā)生偏移 容易導(dǎo)致立柱的偏心 規(guī)范化的溫室建設(shè)中不建議使用 實(shí)踐中還有弦桿兩端保持原狀而不壓平的做 法 為了實(shí)現(xiàn)對這種弦桿的連接 設(shè)計采用了雙 向 抱箍 圖8c 就是對立柱和弦桿都采用環(huán) 抱的方法連接 這種抱箍采用鋼板一次沖壓成型 構(gòu)件加工方便 標(biāo)準(zhǔn)化水平高 采用這種抱箍連 接立柱和弦桿完全不影響構(gòu)件之間的傳力 也同 時節(jié)省了弦桿端部沖壓的工序 方管立柱與弦桿的連接因弦桿的截面形狀和 大小不同而有所不同 如果弦桿與立柱均為方管 且在跨度方向兩構(gòu)件的表面齊平 則弦桿與立柱 對接后用2片平直鋼板緊貼構(gòu)件兩側(cè)外表面 用 螺栓穿過構(gòu)件連接兩側(cè)直板即可 圖9a 如果 弦桿為方管 且截面較立柱小 則可將弦桿的端 頭對貼立柱后 在弦桿的上下表面分別安裝角鋼 連接件與立柱采用螺栓連接 圖9b 如果弦桿 為圓管 一般則用抱箍連接 與圓管立柱連接圓 管弦桿的抱箍在結(jié)構(gòu)上基本相同 只是由于立柱 為方管 所以抱箍環(huán)抱方管的抱體部分為開口方 形 而非半圓形 圖5c 圖9c 也有的設(shè)計 在立柱上連接弦桿的位置焊接1塊或2塊鋼板 形成 柱耳 并在該柱耳上開螺栓孔 焊接完 成后與立柱進(jìn)行整體熱浸鍍鋅 柱耳可以是水平 焊接 也可以是豎直焊接 但一般多用水平方式 焊接 安裝時 無論弦桿是圓管還是方管 也不 論圓管的端頭是否壓平 都可以利用該柱耳做支 撐 用螺栓將弦桿栓接在柱耳上 即可實(shí)現(xiàn)弦桿 與立柱的有效連接 需要說明的是 由于溫室立 柱安裝過程中可能存在位置偏差 弦桿和柱耳的 孔位也存在加工偏差 為了保證施工安裝的順利 一般在柱耳上的螺栓孔應(yīng)加工成鍵槽孔 以便為 安裝留出活動余量 實(shí)際上 用柱耳連接弦桿的 方法 從傳力方式講與角鋼連接件連接弦桿和立 柱的方法是相同的 只是前者將連接件事先焊接 在了立柱上 使連接件成為了立柱的組成部分 而后者則是在安裝過程中將立柱 弦桿和連接件 三者組合連接在一起 前者立柱與連接件連接牢 靠 也節(jié)省螺栓 方便安裝 而后者則簡化了立 柱加工工序 有利于提高構(gòu)件的加工工效 兩個以上構(gòu)件通過連接件組合連接的方法 兩個以上構(gòu)件的連接組件有兩種類型 一 種是將連接板全部焊接在柱頭 通過柱頭可連接 天溝 拱桿和弦桿 另一種是完全獨(dú)立的聯(lián)合 組件 稱為聯(lián)合托架 獨(dú)立加工 獨(dú)立安裝 使用這種組件的溫室構(gòu)件連接端頭可不進(jìn)行任 何加工 由此大大簡化了構(gòu)件的加工程序和加工 費(fèi)用 與柱頭焊接連接板的構(gòu)件相比 聯(lián)合組件 大大減小了運(yùn)輸和儲藏的空間 而且構(gòu)件的標(biāo)準(zhǔn) 化水平高 加工成本低 溫室建造的成本也將相 應(yīng)降低 柱頭焊接連接板的連接構(gòu)造 柱頭焊接連 接板的做法最早是用在連棟玻璃溫室的結(jié)構(gòu)上 后來的連棟塑料薄膜溫室結(jié)構(gòu)也繼承了這種做 法 這種方法主要用在方管立柱上 但圓管立柱 偶爾也有使用 在方管柱頭上連接天溝的方法有 2種 一種是在柱頂焊接外耳 另一種是采用柱 圖9 方管立柱與圓管 方管弦桿的兩兩相連 a 直板連接方管立柱和方管弦桿 b 角鋼連接板連接方管立柱和方管弦桿 c 直板抱箍連接方管立柱和圓管弦桿 溫室園藝 2020 12 45 農(nóng)業(yè)工程技術(shù) 溫室園藝 頂焊接天溝托板 圖6c 其中柱頂焊接外耳的 方法有3種 一是在柱頂焊接一塊平板形成柱頂 外耳 圖6b 二是在柱頂兩側(cè)焊接兩塊平板 形成柱頂雙側(cè)外耳 三是將立柱柱頂沿溫室跨度 方向兩側(cè)的側(cè)壁裁切出一個缺口 將缺口兩側(cè)的 側(cè)壁沿溫室開間方向折彎 使其與立柱表面呈 90 而形成與立柱一體的外耳 圖5c 這種外 耳不存在焊接質(zhì)量缺陷 材料強(qiáng)度與原立柱相同 除了在柱頂表面焊接外耳或托板支撐天溝 外 柱頭的側(cè)邊還可以焊接鋼板用以連接弦桿 圖10 或焊接鋼管用以連接拱桿 圖7 總之 采用柱頭焊接連接件的方法比較傳統(tǒng) 也 比較靈活 可根據(jù)需要連接的桿件位置和大小進(jìn) 行個性化設(shè)計 立柱與連接件焊接后需除去焊渣 并進(jìn)行熱浸鍍鋅表面防腐處理 聯(lián)合托架 聯(lián)合托架就是安裝在柱頂 承托 天溝并能連接拱桿和弦桿中至少一種承力構(gòu)件的 連接構(gòu)件 由此可見 聯(lián)合托架應(yīng)是在連接立柱 和天溝的基礎(chǔ)上再至少增加連接一種構(gòu)件 由此 根據(jù)連接拱桿和弦桿的不同 聯(lián)合托架分為拱桿 托架 弦桿托架以及全功能托架 顧名思義 拱 桿托架就是連接立柱 天溝和拱桿的聯(lián)合托架 弦桿托架就是連接立柱 天溝和弦桿的聯(lián)合托架 全功能托架就是連接立柱 天溝 拱桿和弦桿等 全部節(jié)點(diǎn)交匯構(gòu)件的聯(lián)合托架 根據(jù)聯(lián)合托架的加工工藝不同 可將聯(lián)合托 架分為通過折板 裁切和焊接等工藝加工成的 折 板成型托架 圖11 和通過模具一次冷壓成 型或在一次冷壓的基礎(chǔ)上局部折彎或裁剪成型的 冷壓成型托架 圖12 需要指出的是聯(lián)合托架具有連接立柱的功 能 但在沒有立柱的位置也可以不連接立柱 圖 11a 圖12b 近年來國內(nèi)有多個溫室企業(yè)開 發(fā)了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的全功能冷壓成型聯(lián)合 托架 1 2 可直接配套不同企業(yè)的溫室結(jié)構(gòu) 參考文獻(xiàn) 1 周長吉 周博士考察拾零 一百 從引進(jìn)到自主創(chuàng)新 記興邦 漳州 溫室制造有限公司的創(chuàng)新之路 J 農(nóng)業(yè)工程技術(shù) 溫室 園藝 2020 40 1 54 61 2 周長吉 周博士考察拾零 九十二 面對問題 抓細(xì)節(jié) 求創(chuàng) 新 圖提升 記成都佳佩科技發(fā)展有限公司在連棟溫室結(jié)構(gòu) 構(gòu)造和開窗拉幕系統(tǒng)上的技術(shù)創(chuàng)新 J 農(nóng)業(yè)工程技術(shù) 溫室園 藝 2019 39 13 44 50 引用信息 周長吉 周博士考察拾零 一百一十一 連棟塑料薄膜溫室天溝托架的實(shí)踐與 創(chuàng)新 J 農(nóng)業(yè)工程技術(shù) 2020 40 34 40 45 圖10 柱頂焊板連接 天溝和弦桿 圖11 折板成型聯(lián)合托架 a 拱桿托架 b 弦桿托架 c 全功能托架 a 拱桿托架 b 全功能托架 中部 c 全功能托架 邊側(cè) 圖12 冷壓成型聯(lián)合托架