溫室和大棚的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

PAGE26PAGE5第三章溫室和大棚的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)第一節(jié)溫室室和大棚的類類型與結(jié)構(gòu)一、類型（一）按外形分分類（二）按結(jié)構(gòu)分分類以建筑用材不同同把溫室分為為：1.土木結(jié)構(gòu)溫溫室；2.磚木結(jié)構(gòu)溫溫室；3.混合結(jié)構(gòu)溫溫室；4.鋼結(jié)構(gòu)溫室室（包括薄壁壁鍍鋅鋼管）；5.輕質(zhì)鋁合金結(jié)構(gòu)溫室。（三）按棟數(shù)分分類（四）按用途分分類按溫室主要作用用不同分為：：1.農(nóng)業(yè)生產(chǎn)溫溫室；2.觀賞展覽溫溫室；3.科研溫室；4.專用溫室。二、溫室和大棚棚的組成1．玻璃溫室的的組成（1）椽子（RRafterr）承擔(dān)屋面上上的荷載，是是架設(shè)在脊檁檁、檁、檐檁檁上的細(xì)長斜斜木。（2）檁（Puurlin）支撐在屋面面的屋架上，設(shè)設(shè)在脊檁和檐檐檁之間，是是支架緣子的的水平桿件。（3）脊檁（RRidge）水平安裝在在屋脊上，其其作用與普通通的檁條相同同。俗稱棟木木，一棟溫室室只有一條。（4）檐檁（橫橫梁Cross－Beam,,Girdder）設(shè)在墻體上上端，是連接接柱子上端的的水平桿件。（5）梁（下弦弦Beam,,Girdder）梁是和柱子子垂直相對、平平放或接近平平放的桿件，它它承受垂直或或斜方向的荷荷載。把屋架架下面的梁稱稱為下弦。（6）屋架（上上弦PriciipalRRafterr）將屋面撐成成脊形的結(jié)構(gòu)構(gòu)稱為屋架。溫溫室除了拱型型屋頂，單坡坡屋頂之外，多多用三角形屋屋架。歐美式式小型溫室的的屋架是承受受檁條的斜材材（上弦）。（7）次梁（SSub－Beam）柱子之間，屋屋架與屋架之之間，需要架架設(shè)平行的橫橫梁，通過檁檁條承擔(dān)屋面面的荷載，這這部分部件叫叫做次梁。（8）剪刀撐（DiagoonalBBracinng,Brrace）在木結(jié)構(gòu)和和鋼結(jié)構(gòu)等的的柱子間，用用在對角線上上的斜材叫剪剪刀撐。（9）斜撐（KKneeBBrace,,AnglleBraace,BBatterrBracce）斜撐是加固固水平桿件和和垂直桿件銜銜接地方的桿桿件或指桁架架中的短斜桿桿件。（10）柱（CCloumnn,Posst,Piillar）小型溫室不不用柱子，是是無柱結(jié)構(gòu)。但但大型溫室常常把柱子設(shè)在在溫室中央或或設(shè)在屋架下下部。一般使使用鋼管、方方鋼管或工字字鋼等作為柱柱子材料。（11）窗間柱柱（壁柱Stud）是配置在柱柱與柱之間構(gòu)構(gòu)成墻體的垂垂直構(gòu)件。2．塑料薄膜大大棚的組成目前生產(chǎn)中應(yīng)用用的大棚，按按棚頂形狀可可以分為拱圓圓形和屋脊形形，但我國絕絕大多數(shù)為拱拱圓形。按骨骨架材料則可可分為竹木結(jié)結(jié)構(gòu)、鋼架混混凝土柱結(jié)構(gòu)構(gòu)、鋼架結(jié)構(gòu)構(gòu)、鋼竹混合合結(jié)構(gòu)等。按按連接方式又又可分為單棟棟大棚、雙連連棟大棚及多多連棟大棚。塑料薄膜大棚的的骨架是由立立柱、拱桿（拱拱架）、拉桿桿（縱梁、橫橫拉）、壓桿桿（壓膜線）等等部件組成，俗俗稱“三桿一柱”。這是塑料料薄膜大棚最最基本的骨架架構(gòu)成，其他他形式都是在在此基礎(chǔ)上演演化而來。（1）立立柱立柱起支撐撐拱桿和棚面面的作用，縱縱橫成直線排排列。（2）拱桿拱桿是塑料料薄膜大棚的的骨架，決定定大棚的形狀狀和空間構(gòu)成成，還起支撐撐棚膜的作用用。（3）拉拉桿起縱向連接接拱桿和立柱柱，固定壓桿桿，使大棚骨骨架成為一個(gè)個(gè)整體的作用用。（4）壓壓桿壓桿位于棚棚膜之上兩根根拱架中間，起起壓平、壓實(shí)實(shí)繃緊棚膜的的作用。（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，這這些專用于覆覆蓋塑料薄膜膜大棚的棚膜膜，其耐候性性及其他性能能均與非棚膜膜有一定差別別。鐵捆定桿（7）門門、窗大棚兩端各各設(shè)供出入用用的大門，門門的大小要考考慮作業(yè)方便便，太小不利利于進(jìn)出；太太大不利保溫溫。三、主要代表型型溫室和大棚棚結(jié)構(gòu)列裝(二)節(jié)能型型日光溫室1．一面坡日光光溫室這是鞍山及及北京、天津津等地最早應(yīng)應(yīng)用的充分采采光、不進(jìn)行行人工加溫的的溫室。2．立窗式日光光溫室如遼寧省瓦瓦房店的琴弦弦式薄膜日光光溫室、山東東壽光立窗式式日光溫室。3．拱圓型節(jié)能能日光溫室這是將前面面設(shè)為拱型，其其骨架可用竹竹木、鋼筋混混凝土和鋼管管架材料。（三）現(xiàn)代化溫溫室1．屋脊型連接接屋面溫室荷蘭溫室是是屋脊型連接接屋面溫室的的典型代表。2．華北型連棟棟塑料溫室其骨架由熱熱浸鍍鋅鋼管管及型鋼構(gòu)成成，透明覆蓋蓋材料為雙層層充氣塑料薄薄膜。第二節(jié)溫室室和大棚的設(shè)設(shè)計(jì)步驟溫室和大棚的設(shè)設(shè)計(jì)與一般建建筑物類似，都都是以結(jié)構(gòu)物物的用途、規(guī)規(guī)模、場地等等基本條件為為基礎(chǔ)，要建建造堅(jiān)固、安安全、經(jīng)濟(jì)、實(shí)實(shí)用的溫室和和大棚，必須須進(jìn)行細(xì)致的的設(shè)計(jì)工作。設(shè)設(shè)計(jì)常包括結(jié)結(jié)構(gòu)計(jì)劃、結(jié)結(jié)構(gòu)計(jì)算，完完成設(shè)計(jì)文件件和進(jìn)行工程程造價(jià)計(jì)算等等四個(gè)步驟。（一）結(jié)構(gòu)計(jì)劃劃結(jié)構(gòu)計(jì)劃是按給給定的條件對對溫室結(jié)構(gòu)及及形式等作初初步選擇工作作。（二）結(jié)結(jié)構(gòu)計(jì)算結(jié)構(gòu)計(jì)算是根據(jù)據(jù)民用與工業(yè)業(yè)建筑規(guī)范進(jìn)進(jìn)行的。（三）完成設(shè)計(jì)計(jì)文件設(shè)計(jì)文件包括設(shè)設(shè)計(jì)圖、說明明書和結(jié)構(gòu)計(jì)計(jì)算書等，是是指導(dǎo)施工和和簽訂施工合合同的主要依依據(jù)。（四）造價(jià)計(jì)算算第三節(jié)溫室室荷載一、荷載及分類類作用在溫室、塑塑料棚結(jié)構(gòu)上上的外力統(tǒng)稱稱荷載。荷載載有自然荷載載（風(fēng)載、雪雪載、地震力力等）和人為為荷載（堆物物、吊重、檢檢修荷載等）。溫室荷荷載有3種分類方法法二、荷載的組合合在結(jié)構(gòu)上往往同同時(shí)作用著幾幾種不同性質(zhì)質(zhì)的荷載，應(yīng)應(yīng)考慮它們總總的作用和對對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生最最不利的情況況，這就是荷荷載的組合問問題。溫室、塑塑料棚設(shè)計(jì)荷荷載的組合有有以下幾種情情況，應(yīng)取其其最不利的情情況進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)：1.恒載+雪雪載；2.恒載+風(fēng)載；3.恒載+活載（建筑筑物施工或維維修時(shí)的吊重重荷載）；4.恒載+作物吊重。三、恒載（一）固定荷重重（G）指溫室和大棚的的構(gòu)架重量以以及覆蓋物的的重量，又稱稱自重。（二）作物荷載載（V）大致每m2按1150N計(jì)算，即床床面積1m2，其作物荷荷載為150N，架上先拉拉水平線再吊吊時(shí)，在水平平線的固定處處產(chǎn)生張力T。所以，設(shè)設(shè)計(jì)時(shí)還要考考慮固定處的的水平力（H）。四、雪荷載（SS）雪荷載是作用在在屋面上的垂垂直荷載。積積雪的程度不不但與降雪量量有關(guān)，而且且與屋面的形形狀和坡度有有關(guān)系。屋面面坡度、拱度度愈大，積雪雪愈淺，雪壓壓愈小。但是是連跨的屋面面天溝處容易易造成雪堆，使使局部雪壓增增大。五、風(fēng)荷載風(fēng)對建筑物產(chǎn)生生的壓力大小小決定于風(fēng)速速。風(fēng)速是經(jīng)經(jīng)常變化的，它它可以用兩種種方法來表示示：即在一定定時(shí)間內(nèi)的平平均風(fēng)速和瞬瞬時(shí)風(fēng)速。在在設(shè)計(jì)計(jì)算中中常采用前者者。風(fēng)速還與與距離地面的的高度有關(guān)，離離地面越高，風(fēng)風(fēng)速愈大。第四節(jié)主要要構(gòu)件的設(shè)計(jì)計(jì)溫室的承重結(jié)構(gòu)構(gòu)是由檁條、屋屋架、柱、基基礎(chǔ)等部分組組成。屋架承承受風(fēng)荷載、雪雪荷載以及屋屋面材料的重重量。屋架受受力后，連同同它本身的自自重把力傳給給柱子。最后后由柱子再傳傳給基礎(chǔ)，由由基礎(chǔ)再傳給給地基。支承承這些荷載而而起承重作用用的就稱為結(jié)結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)的的各個(gè)組成部部分稱為構(gòu)件件。結(jié)構(gòu)（構(gòu)構(gòu)件）在承受受荷載時(shí)，如如果受力過大大，超過了它它的承載能力力，就有可能能造成溫室、塑塑料棚的較大大變形，甚至至破壞倒塌。為為了保證使用用過程中的安安全，符合經(jīng)經(jīng)濟(jì)、實(shí)用的的要求，我們們就必須對溫溫室、大棚的的構(gòu)件進(jìn)行設(shè)設(shè)計(jì)，并對各各構(gòu)件受力后后的情況進(jìn)行行分析計(jì)算，從從而決定它的的形狀和尺寸寸。一、與設(shè)計(jì)計(jì)算算有關(guān)的幾個(gè)個(gè)基本概念（一）外力及其其簡化所謂外力就就是指那些作作用在我們所所要研究設(shè)計(jì)計(jì)的構(gòu)件上的的力。外力一般分為集集中力和分布布力兩種。集中力就是是力作用在結(jié)結(jié)構(gòu)上的面積積遠(yuǎn)小于結(jié)構(gòu)構(gòu)的表面積，可可認(rèn)為力是作作用在結(jié)構(gòu)的的一點(diǎn)上。分布力就是是力作用在構(gòu)構(gòu)件較大的一一個(gè)范圍內(nèi)（一一塊面積或一一段長度），根根據(jù)力作用在在構(gòu)件上的均均勻性，又可可分為均布力力和不均布力力。（二）變形和內(nèi)內(nèi)力構(gòu)件受外荷荷載作用時(shí)要要發(fā)生形狀或或尺寸的改變變，這種改變變稱為變形。在在外力使構(gòu)件件發(fā)生變形的的同時(shí)，構(gòu)件件內(nèi)部分子之之間就隨著產(chǎn)產(chǎn)生一種抵抗抗力，這種抵抵抗力就叫做做內(nèi)力。所以以說內(nèi)力是用用來抵抗外力力對構(gòu)件的變變形，并且力力圖使構(gòu)件變變形部分恢復(fù)復(fù)原來的尺寸寸和形狀的力力（三）應(yīng)力和應(yīng)應(yīng)變作用在單位位面積上內(nèi)力力的大小稱作作“應(yīng)力”，單位用N/m2表示。應(yīng)變即單位長度度內(nèi)的變形，是是無量綱的量量。（四）支座的簡簡化和支座反反力無論是溫室室還是塑料棚棚或其他保護(hù)護(hù)地建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)，都必須安安置在一定的的支承物上，這這樣才能使整整個(gè)結(jié)構(gòu)穩(wěn)固固，這類支承承物均稱為支支座。支座可歸納為三三種類型：滾滾動(dòng)鉸鏈支座座、固定鉸鏈鏈支座和固定定端支座。（五）容許應(yīng)力力與安全系數(shù)數(shù)對每種材料規(guī)定定了它所能容容許承受的最最大應(yīng)力，這這個(gè)應(yīng)力叫容容許應(yīng)力。對于塑性材料：：容許應(yīng)力：對于脆性材料：：容許應(yīng)力式中K為安全系系數(shù)是為了保證證構(gòu)件的安全全使用而設(shè)的的。（六）拉伸與壓壓縮作用在桿端端的兩個(gè)力大大小相等，方方向相反（兩兩力背向?yàn)槔ο鄬閴簤毫Γ⒆髯饔迷跅U件的的軸線上，這這種桿件產(chǎn)生生的變形為軸軸向拉伸或壓壓縮。拉伸或壓縮時(shí)，其其任意截面上上的內(nèi)力可假假定為均勻分分布的。由于于應(yīng)力的方向向是垂直于橫橫截面的，所所以稱它為垂垂直應(yīng)力或正正應(yīng)力A－截截面面積為了區(qū)別拉應(yīng)力力和壓應(yīng)力，規(guī)規(guī)定以“+”號(hào)表示拉應(yīng)應(yīng)力，以“－”號(hào)表示壓應(yīng)應(yīng)力。為保證證桿件安全的的強(qiáng)度條件，可可表示為≦〔σ〕除滿足上述的強(qiáng)強(qiáng)度條件外，壓壓桿還要有足足夠的穩(wěn)定性性，即還要滿滿足公式（3－4－8）：軸心受壓桿件件的穩(wěn)定系數(shù)數(shù)，取決于桿桿件的長細(xì)比比。（七）彎曲當(dāng)桿件受到到與桿軸線相相垂直的外力力作用時(shí)，桿桿件產(chǎn)生的變變形為彎曲變變形。這里的彎曲只限限于平面彎曲曲，其特點(diǎn)是是外力作用在在桿件的對稱稱平面，彎曲曲后的軸線也也在這一對稱稱平面內(nèi)。所有發(fā)生彎曲變變形的構(gòu)件都都叫做梁。對于某一截面來來說，它的最最大正應(yīng)力發(fā)發(fā)生在梁的上上下邊緣。對對于整個(gè)梁來來說，彎矩最最大的橫截面上的應(yīng)應(yīng)力也最大，這這個(gè)截面叫做做危險(xiǎn)截面，梁梁上最大的正正應(yīng)力就發(fā)生生在這個(gè)截面面的上下邊緣緣上用公式表示：梁也有剛度問題題。所謂梁的的剛度是指梁梁在外力作用用下，抵抗變變形的能力。梁梁的剛度計(jì)算算公式式中：[]—受受彎構(gòu)件的容容許撓度，規(guī)規(guī)范中不同的的構(gòu)件有相應(yīng)應(yīng)的規(guī)定。一一般溫室檁條條可取。二、幾種構(gòu)件的的計(jì)算和設(shè)計(jì)計(jì)為保證保護(hù)地建建筑構(gòu)件（結(jié)結(jié)構(gòu)）的正常常使用，以確確定構(gòu)件的可可靠尺寸，在在計(jì)算中對構(gòu)構(gòu)件提出以下下三方面的要要求：1．有足夠的強(qiáng)強(qiáng)度構(gòu)件能夠安安全地承擔(dān)外外力（荷載）而而不致破壞。2．有足夠的剛剛度構(gòu)件受力后后產(chǎn)生的最大大變形，應(yīng)該該在規(guī)定的范范圍之內(nèi)。3．有足夠的穩(wěn)穩(wěn)定性構(gòu)件雖然變變形，仍然保保持它本來的的幾何形狀，不不致突然偏斜斜而喪失它的的承載能力。（一）梁的計(jì)算算和設(shè)計(jì)為了保證梁梁的安全，就就要使梁的最最大應(yīng)力不超超過它的容許許應(yīng)力〔σ〕，它的最最大撓度不超超過容許的撓撓度，即要滿滿足梁的強(qiáng)度度公式和剛度度公式。當(dāng)已知荷載和容容許應(yīng)力，而而需要設(shè)計(jì)梁梁的載面時(shí)，可可先算出所需需的截面抵抗抗矩W。（3－4－12）然后選擇截面的的形狀和尺寸寸，對于型鋼鋼梁就是選擇擇型鋼的號(hào)碼碼，型鋼號(hào)一一經(jīng)選定，截截面的尺寸和和各項(xiàng)幾何特特性也就確定定了。（二）柱的計(jì)算算和設(shè)計(jì)柱是一種受壓構(gòu)構(gòu)件，在溫室室、塑料棚中中柱的作用是是把屋面上層層結(jié)構(gòu)的荷載載傳遞給基礎(chǔ)礎(chǔ)，其他構(gòu)件件依靠柱的支支持作用構(gòu)成成使用空間。柱的計(jì)算和設(shè)計(jì)計(jì)，除要滿足足強(qiáng)度條件外外，還需進(jìn)行行穩(wěn)定性的計(jì)計(jì)算。1.什么是結(jié)構(gòu)構(gòu)穩(wěn)定問題直桿在軸向壓力力下不能保持持其原來的直直線受壓變形形狀態(tài)，而突突然發(fā)生新的的壓彎變形甚甚至彎斷的現(xiàn)現(xiàn)象叫做壓桿桿的失穩(wěn)。通常把構(gòu)件在荷荷載的作用下下，不能維持持原有形式的的受力與變形形狀態(tài)而突然然發(fā)生新形式式的受力與變變形狀態(tài)的現(xiàn)現(xiàn)象叫做失穩(wěn)穩(wěn)。2.壓桿為什么么會(huì)產(chǎn)生壓彎彎的失穩(wěn)現(xiàn)象象。壓桿穩(wěn)定問題反反映了荷載與與材料彈性抗抗力之間的矛矛盾。物體在在外力作用下下，伴隨著變變形的發(fā)生，同同時(shí)產(chǎn)生內(nèi)力力，這種內(nèi)力力又力圖保持持（或恢復(fù)）物物體原有形狀狀而抵抗變形形，故把內(nèi)力力又稱為抗力力。①柱子受力狀況況柱子所承受的外外力通過柱子子的軸心時(shí)，稱稱軸心受壓柱柱。柱子的承受的外外力不通過軸軸心，或者雖雖通過軸心，但但同時(shí)又受到到彎距作用時(shí)時(shí)，稱偏心受受壓柱。②柱子受壓失穩(wěn)穩(wěn)4.壓桿的臨界界應(yīng)力臨界應(yīng)力就是在在臨界力作用用下，壓桿橫橫截面上的平平均正應(yīng)力。叫做截面的慣性性半徑或回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)半徑，這是是一個(gè)與截面面形狀和尺寸寸有關(guān)的長度度。λ叫做桿的長細(xì)細(xì)比，它能反反映桿端支承承情況，桿的的尺寸和橫截截面形狀等因因素對壓桿臨臨界應(yīng)力的