第 36卷 第 16期 農(nóng) 業(yè) 工 程 學 報 V ol 36 N o 1 6 174 2020年 8月 Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering Aug 2020 日光溫室前屋面支撐位置對實腹式骨架安全性的影響 齊 飛 閆冬梅 魏曉明 1 農(nóng)業(yè)農(nóng)村部規(guī)劃設(shè)計研究院 北京 100125 2 農(nóng)業(yè)農(nóng)村部農(nóng)業(yè)設(shè)施結(jié)構(gòu)工程重點實驗室 北京 100125 摘 要 為掌握日光溫室前屋面支撐點設(shè)置位置對骨架結(jié)構(gòu)安全性的影響規(guī)律 獲得最佳支撐點位置設(shè)置區(qū)域 該研究 以北京地區(qū)為例 選取 8 9 10 m三種常見跨度的日光溫室為研究對象 依據(jù)相關(guān)設(shè)計規(guī)范提出了 3種跨度日光溫室的 建筑剖面并確定了荷載作用形式 假定在日光溫室前屋面骨架設(shè)置一個支撐點 并且支撐點位置可以沿著前屋面骨架以 每隔一段相對固定的距離 約為 50 cm 進行變化 運用 MIDAS Gen軟件分別計算對應(yīng)的 49種支撐工況 255種荷載組 合下溫室前屋面骨架的寬厚比 撓度和應(yīng)力比系數(shù)等強度及穩(wěn)定性指標 計算發(fā)現(xiàn) 在不同支撐工況和荷載組合下 分 別選取 70mm 50mm 2 0 mm 80 mm 60 mm 2 0 mm 90 mm 60 mm 2 0 mm作為 8 9 10 m跨日光溫室的實腹式 主拱架截面 對應(yīng)的拱桿寬厚比為 33 38 43 撓度值最大為 15 13 14 69 18 5mm 均滿足規(guī)范要求 溫室前屋面支 撐點位置變化對骨架安全性產(chǎn)生顯著的影響 撓度變形 應(yīng)力比系數(shù)隨支撐點位置的變化規(guī)律均呈現(xiàn)出 孤峰型 曲線 特征 且 3種跨度溫室的曲線規(guī)律基本一致 在峰值附近是最佳的支撐設(shè)置區(qū)域 其中 8 9 10 m跨日光溫室相對于前 屋面投影的最佳相對支撐位置分別為 51 72 和 71 在此位置區(qū)域內(nèi)增加支撐可降低日光溫室拱桿應(yīng)力 減小撓度 值 研究結(jié)果可為指導日光溫室應(yīng)急防災(zāi) 實腹式骨架系統(tǒng)研發(fā)等提供參考 關(guān)鍵詞 溫室 設(shè)計 農(nóng)業(yè) 實腹式骨架 前屋面支撐 doi 10 11975 j issn 1002 6819 2020 16 022 中圖分類號 S26 TU261 文獻標志碼 A 文章編號 1002 6819 2020 16 0174 08 齊飛 閆冬梅 魏曉明 日光溫室前屋面支撐位置對實腹式骨架安全性的影響 J 農(nóng)業(yè)工程學報 2020 36 16 174 181 doi 10 11975 j issn 1002 6819 2020 16 022 http www tcsae org Qi Fei Yan Dongmei Wei Xiaoming Influences of south roof support position change on the skeleton structure safety in solid belly solar greenhouse J Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering Transactions of the CSAE 2020 36 16 174 181 in Chinese with English abstract doi 10 11975 j issn 1002 6819 2020 16 022 http www tcsae org 0 引 言 前屋面骨架是影響日光溫室安全性 經(jīng)濟性和采光特 性的重要構(gòu)件 薄壁圓管 方管 幾字型鋼 橢圓型鋼 C型鋼等日光溫室前屋面骨架常見截面形式均屬實腹式承 力結(jié)構(gòu) 具有造型簡潔 加工方便 防腐便利 安裝快速 等優(yōu)點 與桁架式結(jié)構(gòu)相比 單拱實腹式結(jié)構(gòu)存在截面剛 度和強度較低的不足 加之綜合骨架遮光和成本的雙重限 制 多應(yīng)用于 10 m中小跨度的日光溫室 實際生產(chǎn)中 通常采用跨間增加支撐的措施提高單拱實腹式骨架的承 載力和安全性 但增加支撐會影響溫室有效空間的使用 給栽培管理 機械化作業(yè)等帶來不利影響 近年來在生產(chǎn) 實踐中逐漸減少使用 1 此外 雖然種植者普遍喜愛結(jié)構(gòu) 簡潔的單拱實腹式骨架 但這種結(jié)構(gòu)形式在跨度適應(yīng)性 防災(zāi)安全性方面的缺陷限制了被采用的比例 因此需要探 索一種創(chuàng)新的臨時加固方式 能夠在不影響日光溫室操作 空間的前提下 在出現(xiàn)偶然性大載荷 氣象災(zāi)害等不利工 況條件下通過設(shè)置臨時支撐的方式來保證結(jié)構(gòu)安全性 再 通過智能化管理的手段將結(jié)構(gòu)應(yīng)力應(yīng)變反應(yīng) 氣象變化和 收稿日期 2019 02 11 修訂日期 2020 07 07 基金項目 國家重點研發(fā)計劃項目 2017YFD0701500 作者簡介 齊飛 研究員 總工程師 主要從事溫室結(jié)構(gòu) 設(shè)備 材料和產(chǎn) 業(yè)發(fā)展方面的研究 Email qf2008 支撐機構(gòu)運行進行實時統(tǒng)籌 這種思路在溫室防災(zāi)抗災(zāi)過 程中經(jīng)常以手工的方式實現(xiàn) 2 適合西北非耕地園藝作 物栽培的溫室結(jié)構(gòu)與建造技術(shù)研究與產(chǎn)業(yè)化示范 項目 中 采取了前端臨時支撐的方式作為輕簡型防災(zāi)措施 3 取得了較好效果 為實現(xiàn)上述構(gòu)想 需要研究骨架在前屋 面不同支撐點位上結(jié)構(gòu)強度 穩(wěn)定性及撓度 4 5 的變化 明 確影響規(guī)律 為支撐設(shè)置的適宜范圍提供科學參考 這是 一種不改變原有結(jié)構(gòu)體系 甚至減少骨架截面情況下主動 防御荷載作用的新思路 目前國內(nèi)還沒有相關(guān)研究報道 為此 本研究針對典型地區(qū)的常用日光溫室結(jié)構(gòu)型式 分 析不同支撐點位置變化對前屋面骨架結(jié)構(gòu)安全性的影響 優(yōu)化確定最佳支撐范圍 從而為指導日光溫室的防災(zāi)減災(zāi) 和開發(fā)新型結(jié)構(gòu)系統(tǒng)提供理論參考 1 日光溫室結(jié)構(gòu)方案 1 1 區(qū)域選擇 中國日光溫室的分布范圍較廣 從 30 N到 48 N 均有分布 6 但區(qū)域地理緯度 年輻射量 年積溫量 種植習慣等自然氣候 社會經(jīng)濟因素決定了日光溫室技 術(shù)推廣的適宜性 一般來說日光溫室發(fā)展的核心區(qū)在 34 N 43 N地區(qū) 7 8 并且這種發(fā)展態(tài)勢呈現(xiàn)較穩(wěn)定的 狀況 因此 本研究選取 40 N華北區(qū)域的北京作為典 型地區(qū)進行研究 農(nóng)業(yè)生物環(huán)境與能源工程 第 16期 齊 飛等 日光溫室前屋面支撐位置對實腹式骨架安全性的影響 175 1 2 剖面設(shè)計 日光溫室剖面設(shè)計對結(jié)構(gòu)強度 穩(wěn)定性 室內(nèi)環(huán)境 影響很大 在剖面的建筑形式上 雖然部分地區(qū)采取了 無后坡的形式 9 12 但有后坡的形式依然是主流 13 15 因 此本研究采用有后坡的建筑形式 結(jié)合典型區(qū)域內(nèi)日光 溫室的實際建筑形式和最新的行業(yè)標準 優(yōu)化方法確定 主要建筑參數(shù) 主要包含 1 跨度 L 日光溫室跨度是指后墻內(nèi)側(cè)至前屋面骨 架底部外側(cè)的距離 16 包含保溫后屋面投影和采光前屋 面投影 2部分 本研究選取的典型溫室 采用 8 9 10m 3種常見溫室跨度 2 前屋面角 指屋脊與溫室前腳的連線與水平面 的夾角 是影響日光溫室采光的最重要的設(shè)計參數(shù) 17 主要受溫室建設(shè)地的地理緯度影響 目前 主要是以保 證冬至日正午前后 4h內(nèi) 10 00 14 00 太陽光對溫室前 屋面透過后的輻射照度衰減不超過 2 即入射角不超過 43 為依據(jù)來確定日光溫室的前屋面角 18 19 3 后屋面角 指后坡與水平面的夾角 4 前屋面跨度 l 指前坡在水平面的投影 5 后屋面水平投影 l 1 指后坡在水平面的投影 6 后墻高度 H 1 指后墻內(nèi)側(cè)與后屋面交線到室內(nèi)地 坪標高之間的距離 7 脊高 H 屋脊到溫室內(nèi)地坪的垂直距離 1 3 剖面尺寸 利用農(nóng)業(yè)行業(yè)標準 日光溫室設(shè)計規(guī)范 20 及魏曉 明等 21 提出的日光溫室總體尺寸確定方法 確定北京地 區(qū)日光溫室剖面參數(shù)取值如表 1所示 圖 1為日光溫室 剖面尺寸示意圖 表1 北京地區(qū)日光溫室剖面參數(shù)取值 Table 1 Parameter selection of solar greenhouse profile in Beijing 跨度 Span L m 前屋面角 South roof angle 后屋面角 North roof angle 前屋面 跨度 Span of South roof l m 后屋面 水平投影 North roof horizontal projection l 1 m 后墻高 North wall height H 1 m 脊高 Height H m 8 6 8 1 2 2 84 0 9 7 6 1 4 3 1 4 5 10 30 6 45 8 5 1 5 3 5 5 0 圖1 日光溫室剖面示意圖 Fig 1 The sectional diagram of solar greenhouse 1 4 屋面結(jié)構(gòu) 日光溫室屋面體系按照傳力方式分為無檁體系和有 檁體系 無檁體系是指屋面荷載直接以線荷載的形式由 覆蓋材料傳遞到主拱架的結(jié)構(gòu)體系 橫向構(gòu)件只作為支 撐 而非傳力構(gòu)件 有檁體系是指屋面荷載先傳遞給檁 條 再由檁條以集中荷載的形式傳遞給主拱架的結(jié)構(gòu)體 系 本研究采用最常見的無檁體系作為屋面結(jié)構(gòu) 22 23 在日光溫室中 前屋面主拱架間距通常為 0 8 1 2 m 以 0 1 m為模數(shù) 本研究中取最常見的 1 0 m 本研究主要為了獲得日光溫室前屋面骨架支撐點位 置變化對主拱架安全性的影響規(guī)律 在保證日光溫室骨 架截面不破壞的前提下 骨架截面形狀和尺寸變化對這 一規(guī)律的影響很小 因此 為便于計算 采用平面內(nèi)剛 度較大的矩形管作為主拱架 縱向支撐采用圓管 在滿 足結(jié)構(gòu)設(shè)計要求的前提下 8 9 10 m 跨度分別選取 70mm 50mm 2 0mm 80mm 60mm 2 0mm 90mm 60mm 2 0mm的截面作為主拱架 縱向支撐均采用圓管 25mm 1 5mm 間距 2 0 m 構(gòu)件材料選取普通碳素結(jié)構(gòu) 鋼 Q235B 設(shè)計強度 205 N mm 2 4 2 日光溫室荷載取值與組合方式 荷載取值采用國家標準 農(nóng)業(yè)溫室結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范 GB T51183 2016 24 設(shè)計使用年限按照 10a考慮 永久 荷載主要包括骨架和永久性設(shè)備產(chǎn)生的永久荷載 可變 荷載主要包括作物荷載 雪荷載 風荷載 屋面活荷載 由于日光溫室使用年限較短 內(nèi)部裝備較少 跨度小 相對連棟溫室等高安裝精度的結(jié)構(gòu)形式 日光溫室對變 形的要求較低 因此不考慮溫度 地震和安裝荷載 2 1 永久荷載 日光溫室永久荷載主要包括主拱架 水平系桿自重 前屋面薄膜自重和后坡屋面自重 在跨度變化的情況下 是個變數(shù) 通常需要經(jīng)過多次試算迭代取得結(jié)果 本研 究前文中設(shè)定了截面 其質(zhì)量通過設(shè)計軟件自動計算 縱向支撐單位質(zhì)量 0 87 kg m 固定設(shè)備其自重應(yīng)根據(jù)設(shè) 計尺寸或咨詢設(shè)備供應(yīng)商確定 溫室內(nèi)固定設(shè)備荷載尚 未確定時 可取 0 07 kN m 2 的豎向均布荷載 24 后屋面 采用 100 mm厚金屬夾芯板 恒載取 0 30 kN m 2 2 2 可變荷載 1 作物荷載 因暫未確定吊掛方式 可按單位面積 荷載計算 24 取 0 15 kN m 2 2 雪荷載 日光溫室是典型中國特色的設(shè)施類型 其雪荷載特點與傳統(tǒng)加溫溫室不同 這方面的研究也僅 限于國內(nèi) 25 28 本文選取北京地區(qū) 10 a雪荷載 24 基本 雪壓為 0 25 kN m 2 屋面水平投影上的雪荷載標準值按照 式 1 計算 S k r C t S 0 1 式中 S k 為雪荷載標準值 kN m 2 r 為屋面積雪分布系 數(shù) 取值參見圖 2 其中均勻分布工況下 r b 為后屋面 積雪分布系數(shù) 按照式 2 計算 經(jīng)計算 取值為 0 48 r 為前屋面積雪分布系數(shù) 按照式 3 計算 經(jīng)計算取 值為 0 43 不均勻分布工況下 r m 為按照覆蓋保溫工況 下前屋面積雪分布系數(shù) 取最大值 2 0 C t 為加熱影響系 數(shù) 針對日光溫室取 1 0 S 0 為基本雪壓 kN m 2 r b 0 8 60 30 2 r 2l 8f 3 農(nóng)業(yè)工程學報 http www tcsae org 2020年 176 a 均勻分布 a Uniform distribution b 不均勻分布 b Uneven distribution 注 圖中 l e 為前屋面與水平方向夾角為 60 時 至屋脊位置的水平跨度 mm f為前屋面矢高 mm 均勻分布工況下 r b 為后屋面積雪分布系數(shù) r 為前屋面積雪分布系數(shù) 不均勻分布工況下 r m 為按照覆蓋保溫工況下 前屋面積雪分布系數(shù) Note In the figure l e is the horizontal span from the front roof to the ridge when the included angle between the front roof and the horizontal direction is 60 unit is mm f is the rise height of the front roof unit is mm under the condition of uniform distribution r b is the distribution coefficient of snow in the rear roof area and r is the distribution coefficient of snow in the front roof area Under the condition of non uniform distribution r m is the snow distribution coefficient of the front roof area under the condition of covering and insulation 圖2 日光溫室雪荷載分布系數(shù)圖 Fig 2 The diagram of snow load shape coefficient of solar greenhouse 3 風荷載 風荷載也是造成日光溫室失效的主要作 用之一 由于日光溫室外覆蓋材料和骨架是非機械性連 接 而是通過壓膜線將薄膜敷設(shè)在骨架上 因此實際傳 力特征較為復(fù)雜 29 表面可能出現(xiàn)零壓區(qū) 30 和風壓曲線 分布 目前包括日光溫室在內(nèi)的薄膜類溫室風荷載研究 主要集中在體型系數(shù) 31 風壓標準值計算方法 32 37 等 而在屋面負壓工況下 薄膜與骨架分離后的傳力規(guī)律還 沒有工程應(yīng)用層面的研究成果 因此綜合考慮世界各國 在塑料大棚 塑料連棟溫室設(shè)計的實踐經(jīng)驗 不考慮日 光溫室薄膜張拉剛化效應(yīng)對溫室結(jié)構(gòu)整體抗風承載力提 高影響 38 直接采用國家標準 GB T51183 2016的方法 選取北京地區(qū) 10a風荷載 基本風壓為 0 37 kN m 2 風荷 載標準值按照式 4 計算 w k s z w 0 4 式中 w k 為風荷載標準值 kN m 2 s 為風荷載體形系數(shù) z 為風壓高度變化系數(shù) w 0 為基本風壓 kN m 2 其中 風壓高度變化系數(shù) z 按規(guī)范中地面粗糙度 B類取值 3 種跨度取值依次為 0 76 0 79 0 81 s 為風荷載體型系 數(shù) 0 風方向左風與右風的風荷載體型系數(shù)參見圖 3 左 風的 s 取值 0 4 右風的 s 取值為 0 33 90 風方向所有 受載表面的體型系數(shù) s 均取 0 3 a 左風 a Left wind b 右風 b Right wind 注 圖中 s 為風荷載體型系數(shù) 0 8 0 5為圖中標注區(qū)域的風荷載體型系數(shù) Note In the figure s is the shape coefficient of wind load 0 8 and 0 5 is the wind load shape factor in the area marked in the figure 圖3 日光溫室 0 風方向體型系數(shù)分布圖 Fig 3 The diagram of shape coefficient of 0 of solar greenhouse 4 屋面活荷載 由于日光溫室內(nèi)部懸掛式作業(yè)裝備很少 燈具和植 保設(shè)備分布較分散并且質(zhì)量較小 因此屋面活荷載主要 考慮保溫被的荷載作用 按照展開時前屋面均布荷載和 收起時后屋脊處集中荷載考慮 根據(jù)國家標準 GB T51183 2016要求 荷載按照針刺氈保溫被 潮濕 狀態(tài)下的重力 0 03 kN m 2 考慮 2 3 荷載組合 結(jié)合前文分析 日光溫室荷載主要包括均布永久荷 載 簡稱 G 余同 均布作物荷載 C1 均布屋 面活載 LR1 集中屋面活載 LR2 投影方向雪 荷載 S 0 左風荷載 W1 0 右風荷載 W2 90 風荷載 W3 依據(jù)日光溫室荷載情況 主要荷載 工況參見表 2 各組合系數(shù)荷載組合采用國家標準 農(nóng) 業(yè)溫室結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范 GB T51183 2016 24 經(jīng)過荷載 系數(shù)的組合 基本組合共計約 165個 標準組合共計約 90個 表2 荷載工況表 Table 2 Load combination table 編號 No 荷載工況 Load combination 編號 No 荷載工況 Load combination 1 G C1 LR1 9 G C1 LR1 W3 2 G C1 LR2 10 G C 1 LR2 W 1 3 G C1 LR1 S 11 G C 1 LR2 W 2 4 G W1 12 G C 1 LR2 W 3 5 G W2 13 G C 1 LR1 S W 1 6 G W3 14 G C 1 LR1 S W 2 7 G C1 LR1 W1 15 G C 1 LR1 S W 3 8 G C1 LR1 W2 3 計算模型及分析方法 3 1 總體思路 在日光溫室前屋面骨架設(shè)置支撐點 并且支撐點從 第 16期 齊 飛等 日光溫室前屋面支撐位置對實腹式骨架安全性的影響 177 前屋面底腳處開始 沿著前屋面骨架向屋脊處滑動設(shè)置 如圖 4所示 水平距離 HD Horizontal distance 為支撐 設(shè)置位置 水平距離 HD按照每次滑動距離 50 cm進行 支撐位置變動 直到移動到屋脊處結(jié)束 支撐與拱架連 接形式為鉸接 僅約束豎向位移 可水平移動 鉸接構(gòu) 造方式可根據(jù)支撐構(gòu)件的特性采用多種方式 本文不做 具體研究 RD Relative Distance 表示支撐點的相對距 離 即 HD與前屋面跨度 l的比值 注 圖中 HD為支撐位置與前屋面底部的水平距離 Note In the figure HD is the horizontal distance between the supporting position and the bottom of the front roof 圖4 日光溫室支撐點位置示意圖 Fig 4 The diagram of support points setting for solar greenhouse 結(jié)合 8 9 10 m跨日光溫室前屋面長度 設(shè)置不同 位置的支撐點 每個位置的支撐點為一種工況 8 m跨度 中設(shè)置 15個支撐點位置 9 m跨度中設(shè)置 16個支撐點位 置 10 m跨度中設(shè)置 18個支撐點位置 如表 3所示 對 各位置支撐工況下的日光溫室骨架進行結(jié)構(gòu)分析 計算 日光溫室骨架的寬厚比 撓度 強度及穩(wěn)定性 在滿足 結(jié)構(gòu)安全的前提下 分析支撐點變化對骨架安全性的影 響規(guī)律 表3 8 9 10 m跨日光溫室設(shè)置支撐點位置 Table 3 Location of supporting points for 8 m 9 m and 10 m span solar greenhouse 8 m 9 m 10 m 序號 No 水平距離 Horizontal Distance HD mm 相對距離 Relative Distance RD 水平距離 Horizontal Distance HD mm 相對距離 Relative Distance RD 水平距離 Horizontal Distance HD mm 相對距離 Relative Distance RD 1 0 00 0 0 00 0 0 00 0 2 0 50 7 0 50 7 0 50 6 3 1 00 15 1 00 13 1 00 12 4 1 50 22 1 50 20 1 50 18 5 2 00 29 2 00 26 2 00 24 6 2 50 37 2 50 33 2 50 29 7 3 00 44 3 00 39 3 00 35 8 3 50 51 3 50 46 3 50 41 9 4 00 59 4 00 53 4 00 47 10 4 50 66 4 50 59 4 50 53 11 5 00 74 5 00 66 5 00 59 12 5 50 81 5 50 72 5 50 65 13 6 00 88 6 00 79 6 00 71 14 6 50 96 6 50 86 6 50 76 15 6 80 100 7 00 92 7 00 82 16 7 60 100 7 50 88 17 8 00 94 18 8 50 100 3 2 計算軟件 目前針對日光溫室的專用結(jié)構(gòu)計算軟件主要有 PKPM軟件中針對溫室結(jié)構(gòu)設(shè)計的 GSCAD模塊 盈建科 軟件空間結(jié)構(gòu)的溫室設(shè)計模塊 但在實際應(yīng)用中均存在 諸多不足 如 PKPM軟件中日光溫室的開間 跨度等為 固定尺寸 不能根據(jù)實際進行更改 且對日光溫室的模 型分析為二維結(jié)構(gòu)模型建模 無法實際模擬縱向系桿等 對日光溫室的作用 造成分析結(jié)果與實際不符 盈建科 軟件空間結(jié)構(gòu)中日光溫室可按照三維結(jié)構(gòu)模型進行建 模 但不能較好的模擬支撐位置的變化等 本文計算采用 MIDAS Gen有限元分析設(shè)計軟件 此 軟件適用范圍廣泛 應(yīng)用于工業(yè)建筑 民用建筑 地下 工程以及大跨度鋼結(jié)構(gòu)等方面的分析與設(shè)計 38 42 MIDAS Gen軟件與上面兩個軟件相比 可以進行三維 建模分析 充分考慮縱向系桿等對日光溫室結(jié)構(gòu)的實 際作用 對日光溫室的開間 跨度 高度等可靈活設(shè) 計 可以使建立的模型與實際相符 使分析結(jié)果更加 真實可靠 3 3 計算參數(shù) 1 結(jié)構(gòu)桿件 日光溫室拱架在 MIDAS Gen 采用梁單元形式進行 設(shè)計 采用直線單元擬合成圓弧線段 2 支座形式 單拱實腹式拱架與前柱腳的聯(lián)接通常有鉸接和固接 2種形式 與后墻連接則大多采用固接形式 如通過澆筑 圈梁將拱架與支座錨固 為便于計算 本研究采用 上 下固接 支座條件進行計算 3 4 指標分析 在上述不同位置的支撐情況下 采用 MIDAS Gen軟 件計算 8 9 10 m跨度日光溫室在表 3中所列荷載工況 條件下拱桿的寬厚比 撓度及應(yīng)力比系數(shù)等強度及穩(wěn)定 性指標 1 寬厚比 日光溫室鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件寬厚比應(yīng)符合國家標準 4 中 4 3 構(gòu)造要求的規(guī)定 方鋼管的寬厚比限值為 45 2 撓度 結(jié)構(gòu)構(gòu)件計算還應(yīng)按正常使用極限狀態(tài)設(shè)計時 采 用荷載效應(yīng)的標準組合計算撓度變形 按照文獻 5 變形 的規(guī)定 受彎構(gòu)件豎向撓度 限值為 L 250 30 mm 兩 者取較小值 3 應(yīng)力比系數(shù) 按照現(xiàn)行國家標準 農(nóng)業(yè)溫室結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范 GB T51183 2016 24 的規(guī)定 采用荷載效應(yīng)基本組合 計 算荷載效應(yīng)組合的下溫室鋼骨架的最大應(yīng)力值 S d 溫室 鋼骨架未設(shè)置支撐時結(jié)構(gòu)構(gòu)件的最大應(yīng)力值 S dm 與設(shè)置 支撐時的 S dn 比較 分別獲得各個位置的支撐的應(yīng)力比系 數(shù) SF 按式 5 計算 SF S dm S dn 5 式中 S dm 為未設(shè)置支撐時結(jié)構(gòu)構(gòu)件的最大應(yīng)力值 N mm 2 S dn 為設(shè)置支撐時結(jié)構(gòu)構(gòu)件的最大應(yīng)力值 N mm 2 農(nóng)業(yè)工程學報 http www tcsae org 2020年 178 4 結(jié)果與分析 4 1 整體結(jié)構(gòu)安全性 通過計算 3 種跨度日光溫室的寬厚比 長細比 和撓度最大值如表 4所示 可以看出 在不同支撐工 況和荷載組合下 選取 70mm 50mm 2 0mm 80mm 60nn 2 0mm 90mm 60mm 2 0mm作為 8 9 10 m跨日光溫室的實腹式主拱架截面尺寸 拱架結(jié)構(gòu) 的寬厚比和撓度最大值指標均滿足規(guī)范要求 4 2 支撐位置變化對撓度的影響 日光溫室前屋面支撐設(shè)置的相對距離與撓度的變化 關(guān)系如圖 5所示 可以看出 3種跨度下的變化曲線基本相 似 即針對不同跨度的日光溫室 支撐相對距離 RD對撓 度的影響規(guī)律相對一致 當支撐點由前屋面底腳處移動到 RD約 30 位置 拱架撓度變化幅度較細微 當 RD由 30 移動到屋脊位置這段過程 拱架撓度變化幅度較大 呈先 降低后增加的趨勢 針對 8 9 10 m 3種跨度情況 最小 撓度值分別出現(xiàn)在 RD為 51 66 和 59 的位置 即當 支撐點設(shè)置在上述位置 對應(yīng)前屋面拱架撓度變形最小 最小撓度值依次為 6 08 5 33和 7 33mm 與 3種跨度未 設(shè)置支撐時的撓度值相比 撓度值可減少約 59 63 和 60 即設(shè)置支撐時可有效減小撓度值 表4 前屋面拱架結(jié)構(gòu)寬厚比 長細比 撓度最大值計算結(jié)果 Table 4 Result of width to thickness ratio slenderness ratio and maximum deflection for solar greenhouse south roof structure 寬厚比 Width to thickness ratios 撓度 Deflection mm 跨度 Span L m 計算值 Calculated 規(guī)范要求 Specification requirements 計算最大值 Maximum calculation 規(guī)范要求 Specification requirements 8 33 15 13 9 38 14 69 30 10 43 45 18 5 a 8 m b 9 m c 10 m 圖5 8 9 10 m 跨日光溫室支撐相對距離 RD 與撓度關(guān)系圖 Fig 5 Diagram of relative support distance RD and deflection of 8 9 10 m span solar greenhouse 4 3 支撐位置變化對應(yīng)力比系數(shù)的影響 3 種跨度日光溫室的支撐相對距離與應(yīng)力比系數(shù) 的變化關(guān)系如圖 6所示 與撓度變化相似 3種跨度 下的變化曲線基本一致 支撐點位置變化對骨架安全 性產(chǎn)生顯著影響 在應(yīng)力比系數(shù)分布上 隨著支撐點 與前屋面距離的增加 呈現(xiàn)明顯的由低到高 由高到 低的 孤峰 型分布特征 針對 8 9 10 m 3種跨度 情況 最大應(yīng)力比系數(shù)分別出現(xiàn)在 RD為 51 72 和 71 的位置 即上述位置范圍是支撐點設(shè)置的最佳 區(qū)域 a 8 m b 9 m c 10 m 圖6 8 9 10 m 跨日光溫室 支撐相對距離 RD 與應(yīng)力比系數(shù) SF 關(guān)系圖 Fig 6 The relationship between relative distance and safety factor of 8 9 10 m span solar greenhouse 5 結(jié) 論 以實腹式日光溫室骨架為研究對象 針對北京地 區(qū) 跨度為 8 9 10 m的 3種常見日光溫室剖面型式 分別計算出 255種荷載組合下 在日光溫室前屋面不同 位置處設(shè)置支撐點對骨架強度及穩(wěn)定性的影響 形成如 下結(jié)論 1 通過在日光溫室前屋面適宜位置設(shè)置永久性支撐 或臨時支撐 可有效減少拱架撓度變形量 最大可減少 約 63 顯著提高骨架的結(jié)構(gòu)安全性 2 針對 8 9 10 m跨度的日光溫室 最小撓度值 及最大應(yīng)力比系數(shù)均在相對距離 RD 為 51 66 和 59 的位置 支撐相對距離對撓度變形及應(yīng)力比系數(shù)的影 響規(guī)律基本一致 3 提高骨架結(jié)構(gòu)安全性影響最大的支撐點設(shè)置最佳 相對前屋面距離為 51 72 受日光溫室內(nèi)部空間功能布局影響 研究結(jié)果在 實際應(yīng)用中還存在支撐點設(shè)置偏離最佳范圍的可能 另外 在支撐構(gòu)件的截面選擇 支撐構(gòu)件與上部骨架 和地面的鉸接構(gòu)造方式等方面還需另題研究 在 1個 以上支撐點情況下骨架安全性的變化規(guī)律也有待研究 深化 第 16期 齊 飛等 日光溫室前屋面支撐位置對實腹式骨架安全性的影響 179 參 考 文 獻 1 張紀濤 林琭 閆萬麗 等 山西省日光溫室結(jié)構(gòu)問題的 調(diào)查研究 J 中國蔬菜 2013 1 4 90 94 Zhang Jitao Lin Lu Yan Wanli et al Investigation and studies on structure of solar greenhouse in Shanxi provice J China Vegetables 2013 1 4 90 94 in Chinese with English abstract 2 劉蕾 異常災(zāi)害天氣日光溫室防災(zāi)減災(zāi)技術(shù) J 現(xiàn)代農(nóng) 業(yè) 2014 9 23 24 3 齊飛 蔡峰 潘守江 一種日光溫室用輕簡化鋼骨架結(jié) 構(gòu) CN106034838A P 2016 10 26 4 中華人民共和國建設(shè)部 冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范 GB 50018 2002 S 北京 中國建筑工業(yè)出版社 2002 5 歐洲標準學會 暖房 設(shè)計和建造 第 1部分 商用生產(chǎn)暖 房 EN 13031 1 2001 S 2003 6 張紀增 日光溫室栽培區(qū)的劃分 J 農(nóng)業(yè)工程技術(shù) 溫室 園藝 1991 3 12 7 張明潔 趙艷霞 北方地區(qū)日光溫室氣候適宜性區(qū)劃方 法 J 應(yīng)用氣象學報 2013 24 3 278 286 Zhang Mingjie Zhao Yanxia The climate suitablility zoning method of the solar greenhouse in the northern of China J Journal of Applied Meteorological Science 2013 24 3 278 286 in Chinese with English abstract 8 農(nóng)業(yè)部種植業(yè)管理司 日光溫室發(fā)展的適宜地區(qū)及優(yōu)型結(jié) 構(gòu)參數(shù) J 農(nóng)業(yè)工程技術(shù) 溫室園藝 2014 9 18 19 9 胡永軍 潘子龍 趙志偉 等 壽光下挖式日光溫室建造 中的誤區(qū)與對策 J 中國蔬菜 2013 7 41 43 10 韓太利 魏家鵬 壽光新型日光溫室的結(jié)構(gòu)特點與推廣應(yīng) 用 J 中國蔬菜 2010 13 7 9 11 火玉潔 張成榮 李桃 等 日光溫室優(yōu)化設(shè)計原理及標 準建立研究 J 山西農(nóng)業(yè)科學 2014 42 1 69 73 Huo Yujie Zhang Chengrong Li Tao et al Principle of solar greenhouse optimization design and standard establishment J Journal of Shanxi Agricultural Sciences 2014 42 1 69 73 in Chinese with English abstract 12 羅建華 吳慧 高杰 后屋面對日光溫室溫度變化的影 響 J 新疆農(nóng)業(yè)科學 2012 10 1852 1858 Luo Jianhua Wu Hui Gao Jie et al The influence of back roof on greenhouse temperature J Xinjiang Agricultural Science 2012 10 1852 1858 in Chinese with English abstract 13 佟國紅 李寶筏 日光溫室建筑參數(shù)的多目標模糊優(yōu)選 J 農(nóng)業(yè)機械學報 2005 36 7 108 110 Tong Guohong Li Baofa Multi objective fuzzy optimization of building parameters of solar greenhouse J Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery 2005 36 7 108 110 in Chinese with English abstract 14 王軍偉 王健 孫錦 等 蘇北日光溫室構(gòu)型及其結(jié)構(gòu)參 數(shù) J 中國蔬菜 2012 18 89 98 Wang Junwei Wang Jian Sun Jin et al Structure configuration and parameters of solar greenhouse in Northern Jiangsu province J China Vegetables 2012 18 89 98 in Chinese with English abstract 15 史慧鋒 王曉冬 鄒平 等 西北抗寒冷生產(chǎn)型日光溫室 結(jié)構(gòu)參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計 以新疆吐魯番市日光溫室建造為 例 J 農(nóng)機化研究 2009 5 122 124 Shi Huifeng Wang Xiaodong Zou Ping et al Optimization design of northwest Anti cold production in sunlight greenhouse structural parameters J Journal of Agricultural Mechanization Research 2009 5 122 124 in Chinese with English abstract 16 中華人民共和國農(nóng)業(yè)部 NY T 3024 2016日光溫室建設(shè)標 準 S 北京 中國農(nóng)業(yè)出版社 2016 17 劉志杰 鄭文剛 胡清華 等 中國日光溫室結(jié)構(gòu)優(yōu)化研 究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 J 中國農(nóng)學通報 2007 23 2 449 453 Liu Zhijie Zheng Wengang Hu Qinghua et al Current situation and development on structure optimization of solar greenhouse in China J Chinese 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