园艺设施学2(温室设计与建造).ppt

1,20:57,第二章 温室设计与建造,第一节 温室建造特点与要求 第二节 场地选择与布局 第三节 现代温室结构设计与建造 第四节 日光温室结构设计与建造,2,20:57,第二章 温室设计与建造,第一节 温室建造特点与要求 一、温室的建造特点 （一）屋顶承载能力低 0.7kN/m2 ； （二）骨架轻盈，组装式 用钢量710kg/m2 （三）面积较大 50010000m2 （四）内部空间大，具有良好的视觉效果 （五）外形新颖、美观，具有较好的建筑形象,3,20:57,玻璃温室各部的名称,a.基础 b.侧墙 c.窗台 d.外柱 e.檐檩 f.屋架上弦 g.脊檩 h.屋脊 i.檩 j.椽子 k.窗间柱 l.中柱 m.斜撑 n.梁（下弦） o.竖杆 p.剪刀撑 q.天窗 r.侧窗 s.拉筋,双波面温室外观汕头,5,20:57,双坡面玻璃温室（剖面）,6,20:57,温室设计原则与要求,设计原则： 因地制宜 节能 耐久 经济 环保,7,20:57,温室设计原则与要求,设计要求（概括地说）： 采光要求 保温要求 内部空间要求 抵御灾害天气的要求 环境调控及减轻劳动强度方面的要求,8,20:57,二、温室的建造要求,（一）功能和环境的要求 按功能划分，温室可分为试验温室、生产温室、展览温室等。在平、剖面的设计上都有所不同。,9,20:57,1、平面单元的划分,生产温室，为适应栽培植物品种的改变，在同一栋温室内一般不用固定的墙、网来分隔； 试验温室，应根据试验研究的需要，按环境条件和管理方式的不同，进行临时性的单元划分； 对于植物园、公园等陈列、展览温室，由于要栽培陈列的植物品种繁多，它们对生态环境条件和栽培方式的要求又各不相同。因此，在平面设计时进行合理的单元划分。,10,20:57,划分的原则有：,植物生态学原则 植物地理学原则 植物资源原则 专类植物原则,11,20:57,2、平面和空间设计,生产温室，可采用立休的多层栽培床布置形式，阶梯式、叠层式布置或空中悬挂式布置，将喜阴植物布置在下层，喜光植物置于上层，或在下层采用人工补光，这样栽培床面积与建筑面积之比可高达 200 %，甚至更高。,12,20:57,试验温室，一般应结合组培室的建造，与其相匹配。 展览温室，应考虑植物的株型、视觉距离、人行通道等。,13,20:57,3、剖面设计,（1）室内地坪高程 大型生产性温室，为了机械和管理人员出入方便和节省工程量，常将室内地坪与室外地坪定为相同高程。对一些建于严寒地区的小型温室，则宜于降低室内地坪，甚至采用半地下式建筑方式，有利于室内保温，特别是保持较高的地温，同时还可以增加室内的湿度有利于冬季生产。这时室内外的连接可采用坡道或台阶踏步连接。,14,20:57,（2）跨度,温室跨度（中间无支撑柱）与温室的结构形式、结构安全、平面布置等有关。选用的原则是：在保证结构安全的条件下，求得建筑造价最低。对于单栋温室，跨度小，易受外界气候变化的影响，但容易通风。 因此，从南方到北方，跨度应逐渐加大，南方单栋温室跨度采用 46m，黄河流域到京津地区，采用 8 10m，东北、内蒙，采用 12m 左右较为恰当。 对于连栋温室，应综合考虑结构、栽培、作业等因素。,15,20:57,（3）檐高,从通风和促进植物光合作用的角度，檐高高些比低些有利，但从造价和节省能源以及结构安全的角度，则低些较为有利。 机器耕作或运物的温室，一般在山墙上开门； 双坡面单栋温室，一般檐高 2 m左右；生产苗木、果树或多层立体栽培的温室，一般檐高 2.3m 。 室内设有保温幕的温室，檐高可相应增加0.1-0.2m。 连栋温室檐高一般为3.5m，以便于通风。,16,20:57,（4）屋面坡度,坡度的选择同其结构受力、太阳辐射透过能力以及保温性能等有关。 屋面坡度与透光率有密切的关系，理论上，当屋面与太阳光垂直时，屋面对太阳光的反射最小，因此透射率最高，如把屋面作成自动限踪的坡度可变的活动屋面最佳，但实际上很难做到。,17,20:57,（4）屋面坡度,屋面坡度与整个温室的日透光率有关，还与温室方位、连栋、单栋以及地理位置有关。一年中，冬至前后太阳辐射最弱，小寒前后气温最低。 因此，温室屋顶坡度一般根据冬至日太阳高度角来确定，使太阳入射角控制在0-400，背光面坡度以略大于冬至日太阳高度角为宜，以减少屋脊挡光（屋脊是南北走向的无影响）。,18,20:57,（4）屋面坡度,雪荷载的大小与屋面坡度角 的大小成反比，且当50-600时，雪会全部自由滑落，雪压为零。对于风载而言，迎风面 300 时，风对温室屋面产生向外的吸力，当 =30 0左右时，迎风屋面风压为零，当 300时，则产生向内的压力。 因此在设计时，如当地以雪压为主，则可采用较大的 角，如以风压为主，则应采用300为宜。,19,20:57,在温室的平面和剖面的设计中，除了采光问题外，还有一个温室的保温性能与平、剖面的关系问题。常用式（2-1）的面积比R，作保温评价指标，因此有人也称 R 为保温比。 R=A0/A （2-1） A0温室建筑面积 A温室屋顶和外墙的总面积,20,20:57,图2-1 双破面温室 保温比计算公式：,21,20:57,檐高H不变，增加宽度B，H/B减小，R增大，保温性能好； 总宽度B不变，增加长度L，保温性能好； 在B、L确定的情况下，屋面坡度较小时，保温性能好； 因此，温室的平、剖面设计，在满足使用功能的前提下，要对其采光、保温、通风等环境问题进行综合分析。,22,20:57,（二）温室建筑可靠性和耐久性要求,1、可靠性 （在规定条件下和规定时间内完成预定功能的能力）在各种可能的载荷下，不发生较大的变形、位移和破坏。 2、耐久性 合理的使用年限。,23,20:57,第二节 场地选择与布局,一、场地的选择 主要考虑气候、地形、地质、土壤以及水、电、暖、交通条件等 （一）气候条件 1、气温在掌握气温变化过程的基础上，着重对冬季加温以及夏季降温的能源消耗进行估算。无气温变化过程资料时，要着重对其纬度、海拔高度以及周围的海洋、山川、森林等主要影响因素进行综合分析评价。,24,20:57,2、光照,光照强度、光照时数对温室内植物的光合作用及温度状况有重要影响，主要考虑地理位置和空气质量等。 3、风 应考虑风速、风向以及风带的分布。用于冬季生产的温室或寒冷地区的温室应选择背风向阳的地带； 全年生产的温室还应注意利用夏季的主导风向进行自然通风换气； 避免在强风口或强风带地区建造温室，以利于温室结构安全； 避免在冬季寒风带建造温室，以利保温节能。,25,20:57,4、雪,雪压是温室的主要活荷载，特别是对排雪困难的大中型连栋温室，要避免在大雪地区和地带建造。 5、雹 应调查、评估冰雹为害的可能性，避免普通玻璃温室受到危害。,26,20:57,6、空气质量,主要是臭氧（O3）、过氧乙酰硝酸脂类（PAN peroxyacetyl nitrate，即光化学烟雾。大气中氮氧化物和乙醛，在光的参与下，乙醛与OH自由基通过O2生成过氧乙酰基，再与NO2反应而得）以及SO2、NO2，氮氧化物、氟化氢、乙烯、氨、汞蒸汽等的含量； 燃烧煤的烟尘、工矿的粉尘以及土路的尘土，会影响光照； 寒冷天，火力发电厂上空的水汽云雾会造成局部遮光。 因此，应尽可能选在上风向、空气流通地带。,27,20:57,（二）地形与地质条件,温室内坡度过大，会影响室内温度的均匀性，过小，又不利于温室排水，一般应有1 以内的坡度。 对于玻璃温室，要有坚实的地基，确保温室安全。,28,20:57,（三）土壤条件（有土栽培的温室）,就土壤的化学性质而言，砂土贮藏阳离子的能力较差，养份含量低，但是养份输送快。粘土则相反。但对于现代高密度种植而言，需要精确而又迅速的施肥效果，因而选用砂土比较合适。 土壤的物理性质包括团粒结构好坏、渗透排水能力、土壤吸水力以及透气性等。要选择土壤改良费用较低而产量较高的土壤。 值得注意的是，排水性能不好的土壤比肥力不足的土壤更难于改良。,29,20:57,（四）水、电及交通,1、水 对灌溉、水培、供热、降温等用水的水量、水质都必须得到保证； 特别是大型温室群，要避开污染水源的下游，同时要有排、灌方便的水利设施。,30,20:57,2、电,对于大型温室，电力是必备条件之一，特别是有采暖、降温、人工光照、营养液循环系统的温室，应有可靠的供电。 3、交通 温室的产品应能快速及时地运往消费地，因此要有便利的交通条件，但应避开主干道，以防车辆、尘土污染覆盖材料。,31,20:57,二、场地的布局,（一）建筑组成及布局 一定规模的温室群，还必须有相应的辅助设施，如水、电、暖设施，控制室、加工室、保鲜室、消毒室、仓库、办公室等。 种植区应处于采光、通风的最佳位置； 仓库、锅炉房、水塔应在温室群北面，以免遮阳； 烟囱应在主导风向的下方； 加工、保鲜室、仓库与种植区之间要有利于交通。,32,20:57,33,20:57,（二）温室的间距,为了不遮荫，一般以中午12 时前排温室的阴影不影响后排采光为标准。 对日光温室，当后坡角度小于或等于冬至日太阳高度角时，前后排间距应为前排后墙冬至日中午阴影长度+1m； 如果后坡角度大于冬至日太阳高度角时，前后排间距应为前排中脊冬至日阴影长度+1m，再减去中柱到后墙外皮的距离。,34,20:57,在温室生产季节太阳高度角最小的日子里，从9:0015:00南栋温室的阴影不会落在北栋温室前屋脚。,35,20:57,表2-1 我国境内各纬度地区冬至中午太阳高度角, 泰山的经纬度： 117.1 ，36.3;冬至中午太阳高度角约为30 北京市 北纬 3957,36,20:57,（三）温室的方位（屋脊的走向）,温室的方位影响其光照环境和经济效益。 随着纬度的增高，E-W 方位的日平均透光率比N-S 方位的明显增大。 对于以冬季生产为主的玻璃温室（直射光为主），以北纬400为界，大于400的地区，以E-W 方位为佳，小于400的地区，则以N-S 方位为宜。 对于E-W方位的玻璃温室，为了增加上午的光照，建议将朝向略向东偏转50100为宜。,37,20:57,对我国玻璃温室的初步研究成果,表2-2 北京地区（北纬39057）玻璃温室建筑方位比较,38,20:57,表2-3 建议不同纬度地区玻璃温室的建筑方位,39,20:57,第三节 现代化温室结构设计与建造,一、现代化温室的主要结构类型 圆拱形屋顶 尖圆拱形屋顶 大双坡或小双坡（文洛Venlo型）形屋顶 锯齿形屋顶等,40,20:57,图2-2 小双坡（文洛Venlo型）温室,跨度为9.612m，纠正了大双坡屋面温室的缺点，具有用料省、透光率高、便于设置室外遮阳系统。,41,20:57,连栋PC板温室,42,20:57,连栋玻璃温室,43,20:57,连栋玻璃温室,44,20:57,图2-3 尖拱形温室,尖拱形屋面，由于其矢高高于圆拱形屋面，故有两个优点： 透光性好，适合于高纬度地区； 便于雨水、室内雾滴下落，不易兜水。,45,20:57,图2-4 抛物线拱架温室,46,20:57,图2-5 圆弧拱架温室（一）,一般跨度为69m，有的达12.8m；开间34m，檐高33.5m，拱面矢高1.52m。 拱架一般设置为主、副拱结构。有的在拱杆之间用檩条连接（如图2-16）。,47,20:57,图216 华北型连栋塑料温室, 拱架一般设置为主、副拱结构,48,20:57,图2-6 圆弧拱架温室（二）,49,20:57,图2-7 锯齿形温室,结构和受力情况类似于拱形温室。 优点：采光、通风性能好。,50,20:57,锯齿形温室,51,20:57,锯齿形温室,52,20:57,大型连栋锯齿形温室,53,20:57,图2-8 圆钢拉索结构玻璃温室,保温性能好，跨度大，结构简单，用材省，造价低。 缺点：在风雪载荷下易振动、变形，薄膜易破裂，除雪困难。,54,20:57,图2-9 双层塑料薄膜充气温室,55,20:57,二层固定覆盖 （双层充气膜） 间距10-20cm比5cm保温好,56,20:57,图2-10 荷兰A型温室,小跨度、小双面坡,57,20:57,图2-11 荷兰B型温室（文洛Venlo型）,大跨度、小双面坡,58,20:57,图2-13 荷兰C型（大双坡屋面）温室,优点：跨度大，屋顶高，利于机械化作业。 缺点：不利于冬季保温和夏季降温；重心高，用的支撑材料多，易遮光。 适于玻璃、PC板等硬质覆盖材料。,大跨度、大双面坡,59,20:57,图2-12 门式钢架型温室,跨度不大，结构较简单。 适于覆盖各种软、硬覆盖材料、双层充气薄膜等。,60,20:57,图2-14 连栋钢管塑料温室,61,20:57,图2-15 FRP（硬质塑料板）连栋温室,跨度12m左右，高度达5m左右。 采用玻璃钢波形瓦或PVC板波形瓦作屋面覆盖材料，结构轻、用材省，接缝少，保温好。 适于种植高大植物或立体栽培。,62,20:57,荷兰多脊连栋和单脊连栋（A、B、C）,63,20:57,连栋温室示意图,64,20:57,二、现代温室的各种载荷,65,20:57,66,20:57,二、现代温室的各种载荷,（一）恒荷载（D） 指温室结构重量、设备重量、覆盖物重量、作物重量等。 确定恒载的方法是：在结构重量的基础上，考虑可靠性系数。对于有振动的设备，则还要考虑动力系数（建议取1.1）。,67,20:57,表 常用材料和构件重量,68,20:57,（二）活动荷载（L）,活动载荷是指临时（持续时间30d）出现的载荷，如维修人员及设备等。 包括风、雪、地震。 1、集中荷载 所有屋架杆件、屋面桁架下弦节点，应能安全承受45kg的作用于其中间部位垂直向下的集中活载荷。,69,20:57,2、屋面最小活荷载 屋面内部和外部活动载荷的最小值一般取58kg/m2（参考美国温室制造业协会温室设计标准） 。 3、屋面最大活荷载 屋面内部和外部活动载荷的最大值一般取72kg/m2（参考美国温室制造业协会温室设计标准） 。,70,20:57,表 梁的最大剪力、弯矩和挠度,71,20:57,（三）雪荷载（S）,屋面水平投影面上的雪载（N/m2）按下式计算：,式中：S雪载荷标准值； r屋顶积雪分布系数； S0当地的基本雪压值。, 基本雪压S0是以一般空旷平坦地面上的30年一遇最大积雪重量为标准确定的。,72,20:57,73,20:57,图2-18 雪荷载分布情况,2r,2r,2r,r,r,r,r,74,20:57,屋面积雪分布系数r,75,20:57,我国主要城市积雪、雪压,注：基本雪压S0是以一般空旷平坦地面上的30年一遇最大积雪重量为标准确定的。,76,20:57,例1 求西安地区一塑料大棚的雪荷载,（如右图） 解：由表查得西安地区 S0=200N/m2,拱形屋面f=3m，L=8m，f/L=3/8,查表，当f/L=,时，r=0.4，取K1=0.8 S=K1rS0=0.80.4200=64N/m2,式中：K1暂时折减系数（取00.9），考虑温室温度较高，一部分融化或人工除雪。,77,20:57,（四）风荷载（W）,垂直于连栋温室表面的风荷载标准值按下式计算：,式中：Wk风荷载标准值（kN/m2）； s风荷载体形系数；可按GBJ9-1987建筑结构荷载规范计算 z风压高度变化系数； W0基本风压（kN/m2 ）。, W0是按一般空旷、平坦地面，离地10m高处统计得到的30年一遇10分钟平均最大风速V（m/s）为基准，并且风速与风压的关系式：W0= V2 1/1600（N/m2） 风压随高度不同而变化。我国是以10米高度的风压为基准，取z=1。由于温室高度一般5m左右，根据规范，z可根据不同地区地面粗糙度分成三类分别取值： A类地区，海岸及沙漠地区，z=1.17； B类地区，田野、丛林、城市郊区，z=0.80； C类地区，市区，z=0.54。,78,20:57,风载体形系数即风吹到建筑物表面所引起的压力效果与原始风速算得的理论风压的比值，其大小与建筑物的形状有关，且不同位置其数值也不同。 “全国基本风压分布图”（见下表）中的基本风压W0是按一般空旷，平坦的地面，离地10m的高处统计得到的30年一遇10分钟平均最大风速V（m/s）为标准确定的，并且风速与风压的关系式：W0= V2 1/1600（N/m2）,79,20:57,表 风载体形系数s,80,20:57,表 风压高度变化系数,风压随高度不同而变化。我国是以10米高度的风压为标准，取z=1。由于温室高度一般5m左右，根据规范，z可根据不同地区地面粗糙度分成三类分别取值： A类地区，海岸及沙漠地区，z=1.17； B类地区，田野、丛林、城市郊区，z=0.80； C类地区，市区，z=0.54。,81,20:57,瞬时风荷载的演算,式中：Wki瞬时风荷载（kN/m2）； s风荷载体形系数；可按GBJ9-1987建筑结构荷载规范计算 z风压高度变化系数； W0i瞬时基本风压（kN/m2 ）。 如果当地没有瞬时最大风速Vi的统计资料，可用10min平均最大风速V10与Vi进行换算，见表2-5。,由于温室对瞬时风载较敏感，建议用瞬时最大风速作为验算标准。,82,20:57,83,20:57,（五）荷载组合（系数）,上述荷载不可能同时出现，也不可能同时都达到最大。目前对荷载随机过程的规律尚不充分了解，故采用国际“结构安全度联合委员会” ( JCSS ）提供的一种近似的荷载组合概率模型，并结合工程经验来处理。 分析各种荷载可能同时出现的可能性，考虑各种荷载的作用效应以及可能相互抵消作用效应的组合，参考日本园艺设施安全标准，温室结构设计时采用极限状态设计，荷载组合有以下几种形式（表2-6）,84,20:57,（五）荷载组合（系数）,注：在载荷组合时应考虑纵向和横向两种风向的作用。,85,20:57,温室常见载荷,86,20:57,（六）风雪荷载重现期的讨论,上述基本风压和基本雪压的取值是沿用GBJ91987建筑结构荷载规范，建筑的使用年限基准为50年，取基本风压和基本雪压的重现期为30年。而连栋温室的使用年限一般为515年，玻璃温室也仅20年（日本），所以是不合理的。 日本的计算方法是：由标准使用年限和安全系数决定荷载统计的重现期，然后再根据重现期来确定基本风压和基本雪压。重现期、安全度、标准使用年限三者的关系为：,式中：T风、雪荷载的重现期（a）； q安全度（保证率）（%）； R标准使用年限（a）。,87,20:57,表2-7 标准使用年限和安全度的参考值,88,20:57,表2-8 安全度、标准使用年限和重现期的关系,89,20:57,为了弥补不同重现期的气象数据，同济大学张相庭在结构风压和风振计算中作了不同重现期对风速影响关系的分析，以30年为基数，得出了不同重现期风压比值与离散系数Cv（表2-9），仅供参考。,离散系数：一组数据的标准差与其均值之比,是测度数据离散程度的相对指标,主要用于比较不同组别数据的离散程度。,90,20:57,表2-9 风压重现期换算,91,20:57,三、现代化连栋温室结构的设计,现代化连栋温室是由主体结构和围护结构组成的。温室的结构设计主要是主体结构的设计，包括：屋面体系、 拱排架体系、 支撑体系、 基础等。 下面以拱形屋面结构为例进行介绍。,92,20:57,（一）屋面体系,主要由檩条、拱架、天沟等组成（如图2-19略）。 （1）选择硬质屋面覆盖材料时，应考虑透光率、保温性、抗老化、力学性能等。 （2）檩条的布置（间距、长度），与屋面覆盖材料的力学性能、拱架的间距有关。檩条的截面形式有：圆钢管、方钢管、椭圆管、几字形管。应优先考虑闭口管材。 檩条的受力按简支梁、均布载荷考虑，校核方法参见轻型钢结构设计手册。,93,20:57,（一）屋面体系,（3）采用薄膜覆盖时，由于只能受拉不受压，所以有兜雪的可能，雪荷载按不均匀载荷考虑； 风荷载造成的屋面吸力直接由薄膜卡槽传递给天沟，因此檩条、拱杆不考虑风荷载的吸力作用，只考虑由薄膜兜风形成的对屋面的水平荷载。,94,20:57,图2-21 几字形槽钢,几字形截面形式的优点是：通过几字形导水槽，面板上的雾滴有组织地流向没有植物的过道等处，防止滴落在植物叶片上造成伤害。缺点是：制作复杂，施工难度较大，受力性能不如闭口管材截面好。,95,20:57,（二）拱排架体系（柱和拱架）,拱架（杆）,腹杆,下弦杆,基础,立柱,96,20:57,在温室结构设计中，把拱形屋面的拱架和柱作为一个整体排架来考虑。其计算简图如图2-22。,图2-22 拱排架结构受力分析 （a）横向风荷载计算模型,97,20:57,图2-22 拱排架结构受力分析（b）,（b）纵向风荷载计算模型,98,20:57,图2-22 拱排架结构受力分析,（c）雪荷载计算模型,（c）拱排架计算简图,99,20:57,1、拱杆,拱杆的长度较长，8m跨度的拱形屋顶，拱杆长度大约为9.5m，考虑制作和运输的方便，一般把拱杆做成两段，现场插接起来。拱杆材料和檩条相似，有圆钢管、方钢管、椭圆管、几字形钢。几字形拱杆在我国连栋温室中已得到广泛应用，目前国内常用的几字形拱杆是“几100”（图2-21）。,100,20:57,2、腹杆,拱架中的腹杆布置方式有很多种，一般根据拱的形式、温室内保温遮荫幕的拉幕方向、作物吊件的布置等来确定腹杆的布置方式。 比较理想的布置方式是：在下弦杆上直接铺设保温幕（双向开启），并在下弦杆上吊挂作物。 腹杆一般都采用圆钢管。,101,20:57,3、下弦杆,下弦杆是拱架中的重要构件，下弦杆通过承受拉力来平衡拱杆对柱的推力。另外，很多设备都直接吊挂在下弦杆上，如作物吊篮、保温幕、照明设备、喷灌设备等。 下弦杆常用的截面形式有圆钢管、方钢管、椭圆管等。,102,20:57,4、柱,柱截面形式应根据柱、天沟和拱架间的节点形式来选择，常见的有圆钢管或方钢管。,103,20:57,5、承载力验算,利用有限元程序对拱排架结构进行受力分析，求得各种荷载作用下拱排架各节点的受力以及各杆件的内力（轴力、弯矩、剪力），并进行最不利荷载组合情况下截面承载力验算和稳定验算。 节点采用螺栓连接，根据杆端最不利的受力情况，进行螺栓承载力和稳定验算（参见轻型钢结构设计手册） 应该注意，在风荷载作用下，由于屋面承受吸力，下弦杆有可能承受压力。,104,20:57,（三）支撑,为了增加屋面的整体性和拱架的稳定性，结合拱结构的特点，设置屋面斜撑和柱间支撑（如图2-23略）。 屋面斜撑一般用圆钢管一端连接拱杆顶部，另一端连接第二排柱的顶部，水平方向和垂直方向都是斜的，所以叫斜撑；柱间支撑采用圆钢筋或钢绞线，两端分别连接在两排柱的底部和顶部，形成剪刀式拉结支撑，因此也叫剪刀撑。,105,20:57,（四）墙体,连栋温室四周围墙也采用透光材料。 为提高保温性能，在东、西、南三面侧墙的下部设置了600900高的砖墙，北墙建造成中空砖墙。 三面侧墙下部及柱基础浇注钢筋混凝土，既减小边柱的长度和应力，又提高了侧墙的整体刚度。 北墙采用中空樯体，内部填塞保温材料。墙体的两层之间采用组砌。在湿帘洞口两侧及天沟处，设置钢筋混凝土构造柱。在湿帘洞口的上下及墙顶，各设一道圈梁，构造柱和圈梁保证了墙体的整体性，也提高了北墙的承载能力。,106,20:57,107,20:57,（五）中柱、边柱基础,1、柱与基础的连接方式 （1）刚性联接（图2-24） 柱根的应力较大，而柱顶和拱杆应力较小，柱顶的位移也较小。 （2）螺栓铰接（图2-25）,图2-25,图2-24,108,20:57,2、中柱基础,中柱以承受轴力为主，采用独立柱基础。基础埋置深度取：600和耕种土层厚度二者的较大值。用钢筋混凝土基础，埋件在基础中的锚固深度根据锚筋的直径确定，一般取30d。基础地面的面积根据柱所受的作用力计算，一般不应小于600600 。,109,20:57,2、中柱基础,110,20:57,2、中柱基础,111,20:57,3、边柱基础,为减少围墙下部土壤向温室外传递热量，墙下部设置砖基础，厚度根据所处的地区来确定，华北地区：370；东北地区：490；华东、华南地区：240。 基础的埋深，取600、耕种土层厚度、当地冬季冻土厚度三者的较大值。砖基础底面宽度根据荷载确定，最小宽度不应小于600。,112,20:57,3、边柱基础,边柱一般不需做独立基础。为保证边柱和下部砖墙的可靠连接和下部墙体的整体性，每根边柱下面设置一个构造柱，并在砖墙的顶部（一般高度600900）设一钢筋混凝土压带，同时也便于在侧墙上安装侧窗时设置所需的埋件。,113,20:57,（六）天沟,天沟起着排水的作用，也是各拱架之间的连接构件，同时还是薄膜卡槽的固定件。这就决定了天沟的受力很复杂，它承受排水荷载、积雪荷载、检修荷载以及塑料膜传来的风的吸力。,114,20:57,简化后的天沟荷载情况和计算模型如图2-26所示。图中： q1排水荷载，按天沟积满水考虑； q2积雪荷载，按1/4跨度的不均匀积雪考虑； q3屋面风吸力，按全跨充气膜张紧考虑； p1检修荷载，按每跨两人（20.7kN）。,图2-26 天沟计算模型,115,20:57,考虑以上荷载的组合，取最不利组合情况下的最不利截面进行设计。 天沟的截面形状应在满足承受荷载的前提下便于排水，如果屋面采用塑料薄膜覆盖时，还要考虑便于薄膜卡槽的安装和天窗关闭后的密封。 图2-27给出了两种常用的天沟水槽的截面形式，图a适用于塑料薄膜屋面温室，图b适用于PC板等硬质塑料板屋面温室。,116,20:57,图2-27 天沟截面形式,（a）,117,20:57,（七）连栋温室施工中应注意的问题,现代化连栋温室施工中，可将结构分为两大部分：基础和上部结构。两部分应由不同的专业队来完成，基础部分由土建施工队完成；上部结构可以再分为工厂制作和现场安装，工厂制作由轻型钢结构厂加工设备来完成，现场安装由专业安装队来完成。 下面简单介绍各部分的施工。,118,20:57,1、基础部分,（1）中柱基础 采用钢筋混凝土独立柱基础。由于基础底面积较小，可以利用基础周边的土作为浇注混凝土的模板，但应防止水分流失，保证混凝土的质量。基础混凝土强度等级通常采用C20。 基础埋件的位置和标高要准确，埋件要牢固。如图2-28。,以边长150mm立方体在温度203、相对湿度不小于90%的条件下养护28天，用标准实验方法测得有95%的保证率的抗压强度标准值作为混凝土的强度等级，以符号C表示，单位为MPa。C20表示混凝土的抗压强度为20N/mm2即20MPa。,119,20:57,图2-28 中柱基础,120,20:57,（2）边墙基础,边墙基础为混凝土垫层，在砖基础内边柱对应位置设置钢筋混凝土构造柱。 构造柱断面240mm240mm，纵向配筋414，箍筋6200。 在砖基础的顶部（标高0.60.9m）,用钢筋混凝土浇注压顶，压顶厚度120240mm,纵向配筋412,箍筋6200。构造柱内钢筋顶部伸入钢筋混凝土压顶,锚固长度30d(d为纵筋直径),同时构造柱内每500mm高伸出26(伸出长度1000)拉筋,以增强构造柱和砖墙的拉结(图2-29),121,20:57,图2-29 边墙基础,122,20:57,（3）基础留洞,温室内部采暖系统、灌溉系统等一般都要和温室外部的管网相连接，所以温室基础需要预留孔洞。 预留孔洞可以避免温室基础直接压在采暖、灌溉系统等管网上，造成管网的损坏。如果管网漏水，将会影响温室的基础承载力。,123,20:57,（4）预埋件,预先埋入基础混凝土中，以备上部结构连接用。由于上部结构是在工厂加工的，尺寸精度较高，因此采用预埋钢板时，位置精确度要求：水平位置在5mm以内，标高的误差在5mm以内，以保证上部结构的顺利安装。 同时预埋件和基础中的钢筋应连接可靠，可以采用焊接或绑扎，保证在基础混凝土浇注过程中预埋件不致错位。,124,20:57,2、骨架制作和安装,制作：采用薄壁钢管、冷弯薄壁型钢等轻型结构钢制作，或用薄钢板通过模具折弯、冲压而成，然后捆扎进行热浸镀锌处理。由于采用的是薄壁型钢，在运输的过程应尽量避免因挤压、冲击而变形。 安装：应采用脚手架或安装用的专用梯子，避免施工荷载直接作用在结构骨架上造成骨架变形。,125,20:57,第四节 日光温室结构设计与建造,一、概述 温室的类型很多，分类方法也很多，如按温室的热源、形式、结构以及所用材料等进行分类。 （一）按温室的热源分类 1、加温温室 2、日光温室,126,20:57,（二）按温室的形式分类,图2-30 常见日光温室形式,127,20:57,日光温室入口,日光温室骨架 (竹架),128,20:57,（二）按温室的形式分类,1、一坡一立式温室 保温好，土地利用率高，既可作日光温室，也可作加温温室，但透光不好。 2、一面坡式温室 增大了采光面坡度，提高了透光性。缺点是温室前侧太低。 3、改良型温室 比一面坡温室空间大，一般用于加温的玻璃温室，冬季可以生产果菜或育苗。 4、三折式温室 有3个不同角度的透光面，有比较充足、均匀的光照。缺点是散热面积大，一般多用于加温的玻璃温室。,129,20:57,（二）按温室的形式分类,130,20:57,（二）按温室的形式分类,5、拱圆形温室 20世纪60年代，随着塑料薄膜在农业生产上的广泛应用，逐渐出现了拱圆温室。 透光面为多种倾角，室内采光好，增温快。如果保温好，在华北甚至东北的一些地区，都可以实现越冬生产。 另外，由于以塑料薄膜代替玻璃，故结构简单、造价低廉，已成为我国日光温室的主要形式。,131,20:57,二、日光温室的结构分析,（一）温室的方位 为了减少后墙的遮荫，一般应为E-W方位。但目前有抢阳（南偏东）和抢阴（南偏西）之争论。一般认为，如早上晴天多、少雾、气温不太低，揭帘后屋面不结冰、室温随即上升、上午光质好、光量充沛，有利于光合作用，以抢阳为好；若上午多雾或阴天多、气温太低、揭帘后屋面结冰、室温降低、回升慢，则以抢荫为佳。 无论是抢阳或是抢阴，都以5- 10为宜，否则影响温室透光。,132,20:57,高纬度地区，日光温室方位应采用南偏西510（向阴）。,133,20:57,中低纬度的南部地区，日光温室方位应采用南偏东510（向阳）。,134,20:57,日光温室 棚头工作间,日光温室顶部外观,135,20:57,从光分布看，南北栋优于东西栋。东西延长温室，冬至和春分由于天沟及向南屋面造成的阴影弱光带十分明显。,全光面连栋温室，以何种建筑方位为优？,从透光率角度，冬季东西栋优于南北栋，夏季相反。,结论:连栋温室以南北延长为最佳设计,冬至日，北纬34.50,136,20:57,（二）透光面与温室跨度,温室的前屋面是透光面，透光面与地平面夹角（即屋面角）的大小决定透射量和反射量（图2-31）。当屋面角的大小刚好使太阳的入射角为0，即垂直入射时，室内的透光量最大，屋面的反光量最小。 温室跨度越大，前屋面角度越小；温室越矮越平，采光越不好。,137,20:57,图2-31 采光角度, 入射角为0时，温室屋面角1 + 太阳高度角2=90。 即：屋面角190太阳高度角2,138,20:57,不同入射角直接光对塑膜的透过率,139,20:57,太阳的入射角还与太阳高角有关，所以在确定温室的屋面角时，往往取日照条件最差的冬至日为计算依据。不同地区冬至的太阳高度角可按下式计算： 太阳高度角=90地理纬度23.5,140,20:57,我国北方地区纬度较高，要使阳光的入射角为0，温室屋面角必需很大，如北京地区，地理纬度约为40，冬至太阳高度角为26.5，因此，入射角为0的温室屋面角应为63.5。这样建造的温室又高又瘦，保证了冬至日的透光，却降低了土地的利用率，也不利于保温。,141,20:57,据测定，当阳光入射角在045时，透光率变化不明显；在4560时，透光率明显下降。因此，实际确定温室屋面角时，可以用冬至日理论最佳角度减去40。如北京地区温室的屋面角63.5-40=23.5，一般25左右即可。,即：屋面角=90- 太阳高度角 -40 =地理纬度 + 23.5-40,142,20:57,拱圆形屋面，主要受光面是南部的3/4。地窗（占1/4）的角度4560，中腰（占2/4）的角度3035，天窗（占1/4）的角度515。 适宜的跨度为5.58.0m，高跨比1：21：2.5。为操作方便，距温室前沿0.5m处的高度不宜低于0.7m。,143,20:57,（三）温室高度,温室矮，围护面积小，易升温保温，但空间小，空气对流差，蓄热少，易受冻害。高大温室则相反。 一般认为，日光温室的中脊高度以2.83.6m为宜，最高不超过4m。过高会使室内上层空间温度高，生育区温度低，光照弱，散热面积大。 以北京为例，晴天条件下最冷的季节，室内宜保持20以上6h，25以上4h，30以上3h。夜间最低在10以上，短期最低温7以上，地温不低于15。,144,20:57,（三）温室高度,温室后墙的高度，根据温室的高度和合理的后屋面仰角计算，高度以1.83.2m为宜。 高于2m的山墙和后墙，一般要设安全防护栏，栏高不低于0.9m，山墙上设置上人台阶。,145,20:57,（四）墙体,墙体的材料、结构和厚度对温室的温度影响很大，由墙体传导耗热约占总耗热量的20%25%。 以北京为例，60厚的土墙或50厚夹皮砖墙还不够理想，仍有3左右的温度变化。因此，土墙以80厚为宜，夹皮砖墙6065为宜。 对砖墙、干土墙，白天室内温度高时吸热，夜间温度下降时放热。因此，采用双层空心砖墙、空心内加填充物的夹皮墙体比较理想，一般来说，泡沫苯板珍珠岩炉渣锯末干土空心砖。,146,20:57,使用保温性能好的材料作墙体和后坡，并且要有一定的厚度。,密封缝隙,保温材料,147,20:57,（五）后屋顶,后屋顶的作用同墙体一样，冬季可以延缓室温下降，春季起到遮荫降温的作用。 宽度和仰角是两个主要参数。宽度大，仰角小，容易遮荫。适宜的宽度应使其室内投影为1m左右，包括后墙厚度的宽度为1.51.8m。后屋面仰角，以冬至日阳光照满后墙为准，一般2636。,148,20:57,（五）后屋顶,有些地区，为提高透光量，仰角达到4050，同时在外墙上部垒起5070的女儿墙，并填抹成三角形屋顶，使顶外坡度降到810。 后屋顶材料，以质轻、坚固、不漏雨、保温好为宜，总厚度不少于50，对冬季以北风或西北风为主导风向的地区，温室北侧应设风障。,149,20:57,（六）覆盖物,前屋面散热量占总散热量的70%80%，因此要加强防寒保温。常用的覆盖物及其保温效果如下： 一层塑料薄膜可增温：23 一层蒲席可增温：34 高密度蒲席可增温：12 一层稻草帘（厚度与蒲席相同）：56 一层牛皮纸被（4层纸）：35 一层棉被：710 室内加设两道幕：1.11.5 室内加设小拱棚：13,150,20:57,室外覆盖：草苫、纸被或保温被等,151,20:57,保温覆盖的方式,152,20:57,三、日光温室的设计,日光温室的基本结构：东西两侧山墙，北侧后墙，后屋顶，竹、木、混凝土柱或钢架，薄膜或玻璃前屋面，以及前屋面夜间保温材料等。,153,20:57,（一）一面坡式日光温室,这种温室的跨度56m，中柱高22.2m，后墙高11.2m，3m开间，全长3060m。 前屋面的角度：北纬35地区取25，北纬40地区取30，北纬45地区35。如图2-32所示。,154,20:57,图2-32 一面坡式日光温室,155,20:57,（一）一面坡式日光温室,透光材料常用玻璃，也可用塑料薄膜。 温室骨架采用木结构或钢筋混凝土构件。如为木结构，柁的横径应在14以上，檩和中柱的横径应在12以上；如用钢筋混凝土构件，中柱端面为1212（内配四根不小于6的钢筋），柱顶端东西各展出5，以便承托梁。大梁断面1812。前方椽条可仍用木方，后坡盖预制板，后坡宽度1.52m,上铺秸秆捆，然后抹草泥，屋顶厚20以上。,156,20:57,一斜一立式温室,椽子,157,20:57,琴弦式日光温室,(单位：m),158,20:57,（二）拱圆形日光温室,拱圆型节能日光温室 1柱子 2.钢骨架 3.横向拉杆 4.拱架 5.后墙 6.卷帘 7.后屋坡,159,20:57,（二）拱圆形日光温室,拱圆形塑料日光温室一般跨度5.58.0m，高2.23.6m，长度3060m。 拱架为拱形，屋面的断面呈拱圆形，这是目前我国采用最多的温室形式。 根据采用的结构材料不同，又分为竹木结构拱圆形日光温室、钢丝悬索结构（或称悬梁吊柱结构）日光温室和钢结构温室等。,160,20:57,1、竹木结构半拱圆形日光温室,图2-33 竹木结构半拱圆形日光温室,161,20:57,已种植作物的日光温室,未种植作物前的日光温室,162,20:57,竹架结构塑料温室,163,20:57,1、竹木结构半拱圆形日光温室,用竹木结构作骨架，其中柱和檩的横径一般为12，柁的横径14，后坡檩34根，上边铺秸秆。前坡下边用木杆设两根梁（马杠），梁下边每隔3m设一根支柱，前梁和前柱的横径10。梁的上边每隔6080固定一根8宽的竹片作拱杆，如图2-33所示。透光材料采用塑料薄膜。,164,20:57,半拱式温室(单位：m),165,20:57,半拱式温室,166,20:57,无柱钢竹结构日光温室(单位：m),167,20:57,2、长后坡矮后墙悬梁吊柱日光温室,图2-34长后坡矮后墙悬梁吊柱日光温室,168,20:57,长后坡矮后墙竹木结构日光温室(单位：m),169,20:57,2、长后坡矮后墙悬梁吊柱日光温室,跨度56m，中柱高2.02.2m。后屋面宽2.02.5m，横梁上设檩条，上铺秸秆、抹草泥而成。后墙高0.60.8m、厚0.60.7m，墙外培土。前屋面为半拱圆形，由拱杆、横梁、支柱构成，拱杆可用直径3的竹竿或45宽的竹片，间距1m；拱杆下15处设一道横梁（或悬拉索），中间用15高小支柱将拱杆撑起固定，称之为悬梁（悬索）吊柱。横梁选8粗的硬杂木（或8号钢丝拉紧固定于地锚中）；温室前部设两排支柱，第一排支柱高1.2m左右，第二排支柱高1.9m左右。,170,20:57,2、长后坡矮后墙悬梁吊柱日光温室,中柱支撑在后坡屋顶的前部，可用粗10以上的硬杂木，间隔4m。在中柱顶和后屋顶设柁，柁的数量同中柱，可用粗12、长3的硬杂木。 拱杆上铺塑料薄膜，在两道拱杆之间的薄膜上设压膜线。夜间盖纸被或草帘防寒。前屋面外底脚处挖防寒沟，以减少室外冬季冻土低温影响室内温度。,171,20:57,3、短后坡高后墙悬梁吊柱日光温室,这种温室跨度57m，后坡长11.5m，中高2.22.4m，其他结构同长后坡矮后墙式温室。这种温室的后墙高、后屋面短，和前者相比，光照条件好，室内作业方便。,172,20:57,矮后坡高后墙竹木结构日光温室(单位:m),173,20:57,4、木桁架悬梁吊柱日光温室,图2-35木桁架悬梁吊柱日光温室,174,20:57,4、木桁架悬梁吊柱日光温室,温室跨度56m，中柱高2.22.4m,后坡长11.5m。结构与短后坡高后墙相似。不同之处是取消了中间一排支柱，在前排支柱和后排中柱上，每四道拱杆架设一道加强梁，加强梁上设横梁和小支柱支撑拱杆。 这种温室由于减少了一排支柱，增加了透光，且作业方便，利于夜间架设保温幕或小拱棚。只是中间少了一排支柱，强度稍差。,175,20:57,5、无前柱钢木混合结构日光温室,图2-36 无前柱钢木混合结构日光温室,176,20:57,5、无前柱钢木混合结构日光温室,温室跨度6.07.0m左右，中高2.33.0m，东西长3060m。 中间立柱高2.63.4m，埋深0.4m，立柱距后墙1.2m；立柱顶横梁为1010截面的预制梁。 拱杆为5的竹竿弯制而成，上端插入横梁固定，下端埋深30。 每隔三道拱杆加设一道钢筋焊制的拱架，拱架高20，上弦、下弦、腹筋分别用32、8和6的钢筋，拱架上端固定在横梁上，下端与混凝土基础连接。,177,20:57,5、无前柱钢木混合结构日光温室,拱架下面的横梁采用单片花梁，花梁上下弦各用8和6的钢筋，中间用6的钢筋作腹杆焊制，梁宽20；花梁上每隔1m焊上一个15高的支撑叉，以固定拱杆。 温室后墙高1.5m，后墙及屋顶等的构造同长后坡矮后墙日光温室。 这种温室结构坚固，经久耐用。室内立柱少，利于采光和保温，操作也比较方便，但造价较高。,178,20:57,6、微拱式日光温室,图2-37 微拱式日光温室,179,20:57,6、微拱式日光温室,这种温室如图2-37所示。温室宽度7m左右，中柱高3.0m左右，温室最长可达100m。温室前端加两排立柱，使透光面的角度由后向前逐渐加大，三排柱间距均为2m，柱顶端均架设横梁，横梁上每隔80架设一个小支柱，以支撑拱杆。拱杆采用竹片或5粗的竹竿。 这种温室造价低，建造方便，透光及保温性能较好，在山东一带应用较为普遍。,180,20:57,7、辽沈型温室（全钢拱架）,图2-38 辽沈型日光温室,181,20:57,7、辽沈型温室（全钢拱架）,182,20:57,辽沈型温室（单位：毫米）,183,20:57,7、辽沈型温室（全钢拱架）,184,20:57,7、辽沈型温室（全钢拱架）,采用室内无柱全镀锌两铰拱式钢平面桁架作为承重骨架，上弦为钢管，下弦、腹杆为钢筋，预制装配式施工。 温室跨度6.0m、6.5m、7.0m、7.5m4种，脊高3.5m，后墙高2.5m，拱架下面用三道单片花梁横向拉结。 屋脊处鹅顶状的突起既保证了施工方便（后坡承重板可放于上弦上），又保证了保温层在屋脊处的厚度。,185,20:57,7、辽沈型温室（全钢拱架）,墙体做成多层异质复合墙体。通常内、外均为240厚黏土砖，墙中间夹120200厚的聚苯乙烯泡沫塑料板（简称苯板）。当温室跨度较小时，纬度较低的地区也可采用120厚砖墙作外层墙，也可采用苯板作隔热层（厚度为120200）。 这种温室坚固耐久，采光好，便于保温和操作，但造价高。,186,20:57,8、中国农业大学单管型日光温室,图2-39 中国农业大学单管型日光温室,187,20:57,8、中国农业大学单管型日光温室,拱杆为热浸镀锌钢管，下面用三道镀锌钢管梁横向拉结，预制装配式施工。温室跨度7m左右，中间无柱，