温室和大棚的结构设计

PAGE26PAGE5第三章温室和大棚的结构设计第一节温室室和大棚的类类型与结构一、类型（一）按外形分分类（二）按结构分分类以建筑用材不同同把温室分为为：1.土木结构温温室；2.砖木结构温温室；3.混合结构温温室；4.钢结构温室室（包括薄壁壁镀锌钢管）；5.轻质铝合金结构温室。（三）按栋数分分类（四）按用途分分类按温室主要作用用不同分为：：1.农业生产温温室；2.观赏展览温温室；3.科研温室；4.专用温室。二、温室和大棚棚的组成1．玻璃温室的的组成（1）椽子（RRafterr）承担屋面上上的荷载，是是架设在脊檩檩、檩、檐檩檩上的细长斜斜木。（2）檩（Puurlin）支撑在屋面面的屋架上，设设在脊檩和檐檐檩之间，是是支架缘子的的水平杆件。（3）脊檩（RRidge）水平安装在在屋脊上，其其作用与普通通的檩条相同同。俗称栋木木，一栋温室室只有一条。（4）檐檩（横横梁Cross－Beam,,Girdder）设在墙体上上端，是连接接柱子上端的的水平杆件。（5）梁（下弦弦Beam,,Girdder）梁是和柱子子垂直相对、平平放或接近平平放的杆件，它它承受垂直或或斜方向的荷荷载。把屋架架下面的梁称称为下弦。（6）屋架（上上弦PriciipalRRafterr）将屋面撑成成脊形的结构构称为屋架。温温室除了拱型型屋顶，单坡坡屋顶之外，多多用三角形屋屋架。欧美式式小型温室的的屋架是承受受檩条的斜材材（上弦）。（7）次梁（SSub－Beam）柱子之间，屋屋架与屋架之之间，需要架架设平行的横横梁，通过檩檩条承担屋面面的荷载，这这部分部件叫叫做次梁。（8）剪刀撑（DiagoonalBBracinng,Brrace）在木结构和和钢结构等的的柱子间，用用在对角线上上的斜材叫剪剪刀撑。（9）斜撑（KKneeBBrace,,AnglleBraace,BBatterrBracce）斜撑是加固固水平杆件和和垂直杆件衔衔接地方的杆杆件或指桁架架中的短斜杆杆件。（10）柱（CCloumnn,Posst,Piillar）小型温室不不用柱子，是是无柱结构。但但大型温室常常把柱子设在在温室中央或或设在屋架下下部。一般使使用钢管、方方钢管或工字字钢等作为柱柱子材料。（11）窗间柱柱（壁柱Stud）是配置在柱柱与柱之间构构成墙体的垂垂直构件。2．塑料薄膜大大棚的组成目前生产中应用用的大棚，按按棚顶形状可可以分为拱圆圆形和屋脊形形，但我国绝绝大多数为拱拱圆形。按骨骨架材料则可可分为竹木结结构、钢架混混凝土柱结构构、钢架结构构、钢竹混合合结构等。按按连接方式又又可分为单栋栋大棚、双连连栋大棚及多多连栋大棚。塑料薄膜大棚的的骨架是由立立柱、拱杆（拱拱架）、拉杆杆（纵梁、横横拉）、压杆杆（压膜线）等等部件组成，俗俗称“三杆一柱”。这是塑料料薄膜大棚最最基本的骨架架构成，其他他形式都是在在此基础上演演化而来。（1）立立柱立柱起支撑撑拱杆和棚面面的作用，纵纵横成直线排排列。（2）拱杆拱杆是塑料料薄膜大棚的的骨架，决定定大棚的形状状和空间构成成，还起支撑撑棚膜的作用用。（3）拉拉杆起纵向连接接拱杆和立柱柱，固定压杆杆，使大棚骨骨架成为一个个整体的作用用。（4）压压杆压杆位于棚棚膜之上两根根拱架中间，起起压平、压实实绷紧棚膜的的作用。（5）棚棚膜棚膜可用0.1~00.12mmm厚的聚氯乙乙烯（PVC）或聚乙烯烯（PE）薄膜以及0.08~~0.1mmm的醋酸乙烯烯（EVA）薄膜，这这些专用于覆覆盖塑料薄膜膜大棚的棚膜膜，其耐候性性及其他性能能均与非棚膜膜有一定差别别。铁捆定杆（7）门门、窗大棚两端各各设供出入用用的大门，门门的大小要考考虑作业方便便，太小不利利于进出；太太大不利保温温。三、主要代表型型温室和大棚棚结构列装(二)节能型型日光温室1．一面坡日光光温室这是鞍山及及北京、天津津等地最早应应用的充分采采光、不进行行人工加温的的温室。2．立窗式日光光温室如辽宁省瓦瓦房店的琴弦弦式薄膜日光光温室、山东东寿光立窗式式日光温室。3．拱圆型节能能日光温室这是将前面面设为拱型，其其骨架可用竹竹木、钢筋混混凝土和钢管管架材料。（三）现代化温温室1．屋脊型连接接屋面温室荷兰温室是是屋脊型连接接屋面温室的的典型代表。2．华北型连栋栋塑料温室其骨架由热热浸镀锌钢管管及型钢构成成，透明覆盖盖材料为双层层充气塑料薄薄膜。第二节温室室和大棚的设设计步骤温室和大棚的设设计与一般建建筑物类似，都都是以结构物物的用途、规规模、场地等等基本条件为为基础，要建建造坚固、安安全、经济、实实用的温室和和大棚，必须须进行细致的的设计工作。设设计常包括结结构计划、结结构计算，完完成设计文件件和进行工程程造价计算等等四个步骤。（一）结构计划划结构计划是按给给定的条件对对温室结构及及形式等作初初步选择工作作。（二）结结构计算结构计算是根据据民用与工业业建筑规范进进行的。（三）完成设计计文件设计文件包括设设计图、说明明书和结构计计算书等，是是指导施工和和签订施工合合同的主要依依据。（四）造价计算算第三节温室室荷载一、荷载及分类类作用在温室、塑塑料棚结构上上的外力统称称荷载。荷载载有自然荷载载（风载、雪雪载、地震力力等）和人为为荷载（堆物物、吊重、检检修荷载等）。温室荷荷载有3种分类方法法二、荷载的组合合在结构上往往同同时作用着几几种不同性质质的荷载，应应考虑它们总总的作用和对对结构产生最最不利的情况况，这就是荷荷载的组合问问题。温室、塑塑料棚设计荷荷载的组合有有以下几种情情况，应取其其最不利的情情况进行设计计：1.恒载+雪雪载；2.恒载+风载；3.恒载+活载（建筑筑物施工或维维修时的吊重重荷载）；4.恒载+作物吊重。三、恒载（一）固定荷重重（G）指温室和大棚的的构架重量以以及覆盖物的的重量，又称称自重。（二）作物荷载载（V）大致每m2按1150N计算，即床床面积1m2，其作物荷荷载为150N，架上先拉拉水平线再吊吊时，在水平平线的固定处处产生张力T。所以，设设计时还要考考虑固定处的的水平力（H）。四、雪荷载（SS）雪荷载是作用在在屋面上的垂垂直荷载。积积雪的程度不不但与降雪量量有关，而且且与屋面的形形状和坡度有有关系。屋面面坡度、拱度度愈大，积雪雪愈浅，雪压压愈小。但是是连跨的屋面面天沟处容易易造成雪堆，使使局部雪压增增大。五、风荷载风对建筑物产生生的压力大小小决定于风速速。风速是经经常变化的，它它可以用两种种方法来表示示：即在一定定时间内的平平均风速和瞬瞬时风速。在在设计计算中中常采用前者者。风速还与与距离地面的的高度有关，离离地面越高，风风速愈大。第四节主要要构件的设计计温室的承重结构构是由檩条、屋屋架、柱、基基础等部分组组成。屋架承承受风荷载、雪雪荷载以及屋屋面材料的重重量。屋架受受力后，连同同它本身的自自重把力传给给柱子。最后后由柱子再传传给基础，由由基础再传给给地基。支承承这些荷载而而起承重作用用的就称为结结构，结构的的各个组成部部分称为构件件。结构（构构件）在承受受荷载时，如如果受力过大大，超过了它它的承载能力力，就有可能能造成温室、塑塑料棚的较大大变形，甚至至破坏倒塌。为为了保证使用用过程中的安安全，符合经经济、实用的的要求，我们们就必须对温温室、大棚的的构件进行设设计，并对各各构件受力后后的情况进行行分析计算，从从而决定它的的形状和尺寸寸。一、与设计计算算有关的几个个基本概念（一）外力及其其简化所谓外力就就是指那些作作用在我们所所要研究设计计的构件上的的力。外力一般分为集集中力和分布布力两种。集中力就是是力作用在结结构上的面积积远小于结构构的表面积，可可认为力是作作用在结构的的一点上。分布力就是是力作用在构构件较大的一一个范围内（一一块面积或一一段长度），根根据力作用在在构件上的均均匀性，又可可分为均布力力和不均布力力。（二）变形和内内力构件受外荷荷载作用时要要发生形状或或尺寸的改变变，这种改变变称为变形。在在外力使构件件发生变形的的同时，构件件内部分子之之间就随着产产生一种抵抗抗力，这种抵抵抗力就叫做做内力。所以以说内力是用用来抵抗外力力对构件的变变形，并且力力图使构件变变形部分恢复复原来的尺寸寸和形状的力力（三）应力和应应变作用在单位位面积上内力力的大小称作作“应力”，单位用N/m2表示。应变即单位长度度内的变形，是是无量纲的量量。（四）支座的简简化和支座反反力无论是温室室还是塑料棚棚或其他保护护地建筑结构构，都必须安安置在一定的的支承物上，这这样才能使整整个结构稳固固，这类支承承物均称为支支座。支座可归纳为三三种类型：滚滚动铰链支座座、固定铰链链支座和固定定端支座。（五）容许应力力与安全系数数对每种材料规定定了它所能容容许承受的最最大应力，这这个应力叫容容许应力。对于塑性材料：：容许应力：对于脆性材料：：容许应力式中K为安全系系数是为了保证证构件的安全全使用而设的的。（六）拉伸与压压缩作用在杆端端的两个力大大小相等，方方向相反（两两力背向为拉拉力相对为压压力），并作作用在杆件的的轴线上，这这种杆件产生生的变形为轴轴向拉伸或压压缩。拉伸或压缩时，其其任意截面上上的内力可假假定为均匀分分布的。由于于应力的方向向是垂直于横横截面的，所所以称它为垂垂直应力或正正应力A－截截面面积为了区别拉应力力和压应力，规规定以“+”号表示拉应应力，以“－”号表示压应应力。为保证证杆件安全的的强度条件，可可表示为≦〔σ〕除满足上述的强强度条件外，压压杆还要有足足够的稳定性性，即还要满满足公式（3－4－8）：轴心受压杆件件的稳定系数数，取决于杆杆件的长细比比。（七）弯曲当杆件受到到与杆轴线相相垂直的外力力作用时，杆杆件产生的变变形为弯曲变变形。这里的弯曲只限限于平面弯曲曲，其特点是是外力作用在在杆件的对称称平面，弯曲曲后的轴线也也在这一对称称平面内。所有发生弯曲变变形的构件都都叫做梁。对于某一截面来来说，它的最最大正应力发发生在梁的上上下边缘。对对于整个梁来来说，弯矩最最大的横截面上的应应力也最大，这这个截面叫做做危险截面，梁梁上最大的正正应力就发生生在这个截面面的上下边缘缘上用公式表示：梁也有刚度问题题。所谓梁的的刚度是指梁梁在外力作用用下，抵抗变变形的能力。梁梁的刚度计算算公式式中：[]—受受弯构件的容容许挠度，规规范中不同的的构件有相应应的规定。一一般温室檩条条可取。二、几种构件的的计算和设计计为保证保护地建建筑构件（结结构）的正常常使用，以确确定构件的可可靠尺寸，在在计算中对构构件提出以下下三方面的要要求：1．有足够的强强度构件能够安安全地承担外外力（荷载）而而不致破坏。2．有足够的刚刚度构件受力后后产生的最大大变形，应该该在规定的范范围之内。3．有足够的稳稳定性构件虽然变变形，仍然保保持它本来的的几何形状，不不致突然偏斜斜而丧失它的的承载能力。（一）梁的计算算和设计为了保证梁梁的安全，就就要使梁的最最大应力不超超过它的容许许应力〔σ〕，它的最最大挠度不超超过容许的挠挠度，即要满满足梁的强度度公式和刚度度公式。当已知荷载和容容许应力，而而需要设计梁梁的载面时，可可先算出所需需的截面抵抗抗矩W。（3－4－12）然后选择截面的的形状和尺寸寸，对于型钢钢梁就是选择择型钢的号码码，型钢号一一经选定，截截面的尺寸和和各项几何特特性也就确定定了。（二）柱的计算算和设计柱是一种受压构构件，在温室室、塑料棚中中柱的作用是是把屋面上层层结构的荷载载传递给基础础，其他构件件依靠柱的支支持作用构成成使用空间。柱的计算和设计计，除要满足足强度条件外外，还需进行行稳定性的计计算。1.什么是结构构稳定问题直杆在轴向压力力下不能保持持其原来的直直线受压变形形状态，而突突然发生新的的压弯变形甚甚至弯断的现现象叫做压杆杆的失稳。通常把构件在荷荷载的作用下下，不能维持持原有形式的的受力与变形形状态而突然然发生新形式式的受力与变变形状态的现现象叫做失稳稳。2.压杆为什么么会产生压弯弯的失稳现象象。压杆稳定问题反反映了荷载与与材料弹性抗抗力之间的矛矛盾。物体在在外力作用下下，伴随着变变形的发生，同同时产生内力力，这种内力力又力图保持持（或恢复）物物体原有形状状而抵抗变形形，故把内力力又称为抗力力。①柱子受力状况况柱子所承受的外外力通过柱子子的轴心时，称称轴心受压柱柱。柱子的承受的外外力不通过轴轴心，或者虽虽通过轴心，但但同时又受到到弯距作用时时，称偏心受受压柱。②柱子受压失稳稳4.压杆的临界界应力临界应力就是在在临界力作用用下，压杆横横截面上的平平均正应力。叫做截面的惯性性半径或回转转半径，这是是一个与截面面形状和尺寸寸有关的长度度。λ叫做杆的长细细比，它能反反映杆端支承承情况，杆的的尺寸和横截截面形状等因因素对压杆临临界应力的