高緯度地區(qū)多功能日光溫室設(shè)計(jì).pdf

第36 卷 第6 期 2020 年 3 月 農(nóng) 業(yè) 工 程 學(xué) 報(bào) TransactionsoftheChineseSocietyofAgriculturalEngineering Vol 36 No 6 Mar 2020 高 緯 度 地 區(qū) 多 功 能 日 光 溫 室 設(shè) 計(jì) 王 洪 義 祖 歌 楊 鳳 軍 李 德 澤 田 麗 美 黑 龍 江 八 一 農(nóng) 墾 大 學(xué) 園 藝 園 林 學(xué) 院 大 慶163319 摘 要 高 緯 度 地 區(qū) 的 傳 統(tǒng) 日 光 溫 室 常 由 于 結(jié) 構(gòu) 設(shè) 計(jì) 不 合 理 冬 季 生 產(chǎn) 需 要 補(bǔ) 溫 果 蔬 種 植 和 加 工 環(huán) 節(jié) 分 離 運(yùn) 輸 中 容 易 發(fā) 生 凍 害 制 約 該 地 區(qū) 溫 室 的 冬 季 生 產(chǎn) 該 文 基 于 傳 統(tǒng) 日 光 溫 室 優(yōu) 點(diǎn) 及 存 在 問(wèn) 題 結(jié) 合 高 寒 地 區(qū) 氣 候 特 點(diǎn) 從 溫 室 結(jié) 構(gòu) 優(yōu) 化 和 功 能 創(chuàng) 新2 方 面 提 出 新 型 日 光 溫 室 設(shè) 計(jì) 方 案 利 用 經(jīng) 典 溫 室 設(shè) 計(jì) 理 論 結(jié) 合 生 產(chǎn) 實(shí) 際 對(duì) 采 光 角 度 前 屋 面 弧 度 保 溫 性 能 等 進(jìn) 行 優(yōu) 化 并 對(duì) 雪 荷 載 風(fēng) 荷 載 屋 面 活 荷 載 作 物 吊 掛 荷 載 進(jìn) 行 計(jì) 算 利 用 結(jié) 構(gòu) 分 析 軟 件midas 計(jì) 算 溫 室 結(jié) 構(gòu) 的 受 力 穩(wěn) 定 性 對(duì) 溫 室 各 參 數(shù) 設(shè) 計(jì) 的 合 理 性 進(jìn) 行 驗(yàn) 證 優(yōu) 化 結(jié) 果 為 總 跨 度16 m 一 層 種 植 部 分 跨 度9 m 生 產(chǎn) 加 工 部 分 跨 度7m 總 高 度6 5m 前 屋 面 主 采 光 角37 土 地 利 用 率 達(dá) 到1 7 該 設(shè) 計(jì) 實(shí) 現(xiàn) 了 高 緯 度 地 區(qū) 溫 室 冬 季 不 加 溫 種 植 果 蔬 利 用 傳 統(tǒng) 溫 室 后 墻 的 遮 陰 部 分 創(chuàng) 造 地 上 地 下3 層 使 用 空 間 顯 著 提 高 了 土 地 利 用 率 實(shí) 現(xiàn) 種 植 加 工 存 儲(chǔ) 多 種 功 能 集 成 是 高 緯 度 地 區(qū) 日 光 溫 室 的 一 種 創(chuàng) 新 嘗 試 可 以 作 為 棚 室 種 植 園 區(qū) 的 核 心 節(jié) 點(diǎn) 溫 室 關(guān) 鍵 詞 溫 室 設(shè) 計(jì) 高 緯 度 地 區(qū) 動(dòng) 荷 載 穩(wěn) 定 性 doi 10 11975 j issn 1002 6819 2020 06 020 中 圖 分 類 號(hào) S625 1 文 獻(xiàn) 標(biāo) 志 碼 A 文 章 編 號(hào) 1002 6819 2020 06 0170 09 王 洪 義 祖 歌 楊 鳳 軍 李 德 澤 田 麗 美 高 緯 度 地 區(qū) 多 功 能 日 光 溫 室 設(shè) 計(jì) J 農(nóng) 業(yè) 工 程 學(xué) 報(bào) 2020 36 6 170 178 doi 10 11975 j issn 1002 6819 2020 06 020 http www tcsae org Wang Hongyi Zu Ge Yang Fengjun Li Deze Tian Limei Design of multi functional solar greenhouses in high latitude areas J TransactionsoftheChineseSociety ofAgriculturalEngineering TransactionsoftheCSAE 2020 36 6 170 178 in Chinese withEnglishabstract doi 10 11975 j issn 1002 6819 2020 06 020 http www tcsae org 0 引 言 日 光 溫 室 因 能 充 分 利 用 光 能 擁 有 較 好 的 采 光 蓄 熱 和 保 溫 性 能 且 能 解 決 果 蔬 露 地 種 植 時(shí) 間 短 冷 棚 種 植 提 早 和 延 后 時(shí) 間 有 限 等 問(wèn) 題 在 中 國(guó) 高 緯 度 寒 冷 地 區(qū) 果 蔬 生 產(chǎn) 中 發(fā) 揮 重 要 作 用 1 2 日 光 溫 室 可 在 嚴(yán) 寒 地 區(qū) 冬 季 實(shí) 現(xiàn) 果 蔬 的 反 季 節(jié) 生 產(chǎn) 有 效 解 決 了 高 寒 地 區(qū) 冬 季 蔬 菜 供 應(yīng) 問(wèn) 題 同 時(shí) 為 農(nóng) 村 冬 季 富 余 勞 動(dòng) 力 提 供 就 業(yè) 機(jī) 會(huì) 增 加 農(nóng) 民 收 入 助 力 鄉(xiāng) 村 振 興 3 4 高 緯 度 地 區(qū) 傳 統(tǒng) 的 日 光 溫 室 如 四 三 型 溫 室 由 于 結(jié) 構(gòu) 設(shè) 計(jì) 不 合 理 設(shè) 施 簡(jiǎn) 陋 抵 御 自 然 災(zāi) 害 能 力 有 限 導(dǎo) 致 棚 室 冬 季 生 產(chǎn) 不 穩(wěn) 定 5 傳 統(tǒng) 日 光 溫 室 由 于 采 光 角 度 不 合 理 保 溫 蓄 熱 較 差 等 還 會(huì) 影 響 冬 季 果 蔬 產(chǎn) 量 和 品 質(zhì) 6 8 同 時(shí) 高 緯 度 地 區(qū) 傳 統(tǒng) 日 光 溫 室 相 對(duì) 獨(dú) 立 種 植 和 加 工 環(huán) 節(jié) 分 離 果 蔬 產(chǎn) 品 在 運(yùn) 輸 加 工 等 過(guò) 程 中 容 易 發(fā) 生 凍 害 成 為 制 約 溫 室 冬 季 生 產(chǎn) 的 重 要 因 素 9 10 另 外 現(xiàn) 有 大 部 分 果 蔬 種 植 園 區(qū) 常 通 過(guò) 單 獨(dú) 建 造 房 屋 來(lái) 解 決 果 蔬 采 后 初 加 工 生 產(chǎn) 資 料 存 放 種 子 及 塊 莖 存 儲(chǔ) 等 即 浪 費(fèi) 土 地 資 源 也 不 利 于 集 約 化 管 理 11 12 基 于 以 上 分 析 本 研 究 以 農(nóng) 業(yè) 設(shè) 施 用 地 為 背 景 針 對(duì) 高 緯 度 地 區(qū) 氣 候 特 點(diǎn) 在 借 鑒 傳 統(tǒng) 溫 室 優(yōu) 點(diǎn) 的 基 礎(chǔ) 上 結(jié) 合 生 產(chǎn) 實(shí) 踐 通 過(guò) 優(yōu) 化 溫 室 結(jié) 構(gòu) 合 理 規(guī) 劃 溫 室 的 空 間 布 局 設(shè) 計(jì) 適 應(yīng) 于 高 寒 地 區(qū) 的 新 型 日 光 溫 室 通 過(guò) 提 高 日 光 溫 室 的 采 光 和 保 溫 性 能 集 成 種 植 加 工 儲(chǔ) 運(yùn) 等 功 能 解 決 棚 室 生 產(chǎn) 中 室 內(nèi) 溫 度 低 各 環(huán) 節(jié) 不 銜 接 不 緊 湊 等 問(wèn) 題 為 高 緯 度 地 區(qū) 日 光 溫 室 創(chuàng) 新 發(fā) 展 提 供 借 鑒 1 溫 室 的 布 局 及 參 數(shù) 設(shè) 計(jì) 1 1 溫 室 的 空 間 布 局 以 大 慶 市 航 天 果 蔬 園 區(qū)1 號(hào) 溫 室 為 基 礎(chǔ) 從 空 間 布 局 上 進(jìn) 行 功 能 整 合 將 溫 室 設(shè) 置 為 種 植 空 間 生 產(chǎn) 加 工 空 間 盆 栽 擺 栽 空 間 二 層 部 分 和 地 下 存 儲(chǔ) 空 間4 部 分 其 中 種 植 空 間 取 消 傳 統(tǒng) 溫 室 中 的 后 屋 面 增 加 脊 高 以 擴(kuò) 大 太 陽(yáng) 光 攝 入 面 積 同 時(shí) 采 用 雙 拱 雙 膜 雙 被 結(jié) 構(gòu) 提 升 溫 室 的 保 溫 性 能 生 產(chǎn) 加 工 空 間 主 要 滿 足 浸 種 催 芽 及 果 蔬 采 后 初 加 工 需 要 包 括 凈 菜 間 清 洗 包 裝 間 化 驗(yàn) 檢 測(cè) 室 運(yùn) 苗 及 機(jī) 耕 通 道 等 實(shí) 現(xiàn) 采 收 加 工 同 步 進(jìn) 行 以 解 決 冬 季 凍 害 并 提 高 果 蔬 品 質(zhì) 盆 栽 擺 栽 空 間 位 于 溫 室 的 二 層 上 部 采 用 雙 膜 單 被 結(jié) 構(gòu) 太 陽(yáng) 光 攝 入 量 相 對(duì) 較 少 溫 度 稍 低 是 種 植 食 用 菌 韭 黃 及 芽 苗 菜 的 特 殊 空 間 13 15 地 下 存 儲(chǔ) 空 間 借 鑒 高 寒 地 區(qū) 地 下 存 儲(chǔ) 窖 利 用 其 低 溫 恒 溫 特 點(diǎn) 用 于 盆 栽 體 低 溫 春 化 果 蔬 產(chǎn) 品 打 冷 塊 莖 及 種 子 存 儲(chǔ) 等 16 17 在 種 植 空 間 和 盆 栽 擺 栽 空 間 的 中 間2 層 陽(yáng) 光 板 隔 離 處 設(shè) 有 通 風(fēng) 口 用 于 交 換 熱 能 及 不 同 季 節(jié) 的 通 風(fēng) 所 有 種 植 采 用 標(biāo) 準(zhǔn) 種 植 槽 收 稿 日 期 2019 12 19 修 訂 日 期 2020 01 02 基 金 項(xiàng) 目 大 慶 地 區(qū) 大 跨 度 雙 層 冷 棚 結(jié) 構(gòu) 及 其 自 動(dòng) 化 系 統(tǒng) 設(shè) 計(jì) XZR2015 02 高 寒 地 區(qū) 棚 室 優(yōu) 質(zhì) 瓜 菜 新 品 種 與 配 套 技 術(shù) 示 范 2015GA670006 黑 龍 江 八 一 農(nóng) 墾 大 學(xué) 三 橫 三 縱 支 持 計(jì) 劃 ZRC QC201909 作 者 簡(jiǎn) 介 王 洪 義 副 教 授 博 士 主 要 研 究 方 向 為 園 藝 設(shè) 施 規(guī) 劃 設(shè) 計(jì) 農(nóng) 業(yè) 園 區(qū) 規(guī) 劃 Email why021 通 信 作 者 楊 鳳 軍 教 授 博 士 主 要 研 究 方 向 為 設(shè) 施 園 藝 環(huán) 境 調(diào) 控 Email yangfengjun 農(nóng) 業(yè) 生 物 環(huán) 境 與 能 源 工 程 170第6 期 王 洪 義 等 高 緯 度 地 區(qū) 多 功 能 日 光 溫 室 設(shè) 計(jì) 1 2 主 要 技 術(shù) 參 數(shù) 高 緯 度 多 功 能 日 光 溫 室 設(shè) 計(jì) 總 跨 度16 m 其 中 種 植 空 間 跨 度9 m 生 產(chǎn) 加 工 空 間 跨 度7 m 總 高 度6 5 m 溫 室 長(zhǎng) 度70 90m 以70m 為 例 建 筑 基 底 面 積1120m 2 種 植 空 間 部 分70 m 9 m 面 積630 m 2 生 產(chǎn) 加 工 空 間 部 分70m 7m 面 積490m 2 盆 栽 擺 栽 空 間 部 分70m 7m 面 積490m 2 地 下 存 儲(chǔ) 空 間 部 分40m 7m 面 積280m 2 總 可 利 用 面 積1 890 m 2 土 地 利 用 率1 7 溫 室 生 產(chǎn) 加 工 部 分 建 筑 采 用 框 架 結(jié) 構(gòu) 18 實(shí) 心 磚 填 充 具 體 結(jié) 構(gòu) 設(shè) 置 見(jiàn) 表1 2 溫 室 關(guān) 鍵 參 數(shù) 設(shè) 計(jì) 2 1 采 光 設(shè) 計(jì) 2 1 1 前 屋 面 角 設(shè) 計(jì) 日 光 溫 室 主 要 利 用 太 陽(yáng) 能 增 加 室 內(nèi) 溫 度 前 屋 面 角 的 大 小 是 獲 得 太 陽(yáng) 能 的 關(guān) 鍵 因 素 19 20 根 據(jù) 前 人 研 究 日 光 溫 室 欲 進(jìn) 行 冬 季 生 產(chǎn) 需 要 確 保 冬 至 日 采 光 面 截 獲 的 太 陽(yáng) 能 大 于 或 等 于40 N 地 區(qū) 春 分 日 地 平 面 截 獲 的 太 陽(yáng) 能 21 滿 足 此 條 件 的 日 光 溫 室 平 均 屋 面 角 為 基 本 采 光 角 根 據(jù) 植 物 生 長(zhǎng) 對(duì) 溫 度 和 光 照 的 需 要 在 不 同 生 長(zhǎng) 階 段 放 置 到 溫 室 的 不 同 空 間 實(shí) 現(xiàn) 小 型 工 廠 化 周 年 生 產(chǎn) 溫 室 前 屋 面 采 用 雙 層 拱 圓 鋼 骨 架 其 中 上 層 拱 形 骨 架 的 上 弦 為 42mm t 3 0mm 鍍 鋅 管 下 弦 為 40mm t 2 5mm 鍍 鋅 管 下 層 拱 形 骨 架 的 上 弦 為 42mm t 3 0 mm 鍍 鋅 管 下 弦 為 40mm t 2 5mm 鍍 鋅 管 腹 桿 為 12mm 鋼 筋 二 層 溫 室 后 屋 面 采 用50mm 100mm 方 鋼 管 棚 架 間 隔 均 為1 1m 排 列 溫 室 結(jié) 構(gòu) 圖 如 圖1 所 示 圖1 多 功 能 日 光 溫 室 結(jié) 構(gòu) 圖 Fig 1 Structurediagramofmulti functionalsolargreenhouse 表1 生 產(chǎn) 加 工 空 間 的 結(jié) 構(gòu) 設(shè) 置 Table1 Thestructureofproductionandprocessingspace 部 位 Position 板 截 面 厚 度 Thicknessof floorsection 柱 截 面 Column section 梁 截 面 Crossbeam section 規(guī) 格 Specification mm 100 300 370 240 370 結(jié) 構(gòu)Construction 5mm 厚PVC 地 板 20mm 厚1 3 防 水 水 泥 砂 漿 100mm 厚C20 鋼 筋 混 凝 土 C25 混 凝 土 縱 筋 為2 級(jí)8 根 16 鋼 筋 箍 筋 為1 級(jí) 8 200 C25 混 凝 土 縱 筋 為2 級(jí)6 根 16 鋼 筋 箍 筋 為1 級(jí) 8 200 171農(nóng) 業(yè) 工 程 學(xué) 報(bào) http www tcsae org 2020 年 計(jì) 算 公 式 如 下 90 h 0 冬 40 1 h 0 冬 90 2 式 中h 0 冬 為 冬 至 日 太 陽(yáng) 高 度 角 為 地 理 緯 度 以 大 慶 地 區(qū) 為 例 地 理 緯 度 為46 為 冬 至 日 太 陽(yáng) 直 射 緯 度 23 5 由 此 計(jì) 算 得 出 大 慶 地 區(qū) 日 光 溫 室 的 基 本 采 光 角 29 5 高 寒 地 區(qū) 日 光 溫 室 冬 季 不 加 溫 情 況 下 理 想 的 前 屋 面 角 需 大 于 基 本 采 光 角5 7 22 23 即 大 慶 地 區(qū) 理 想 前 屋 面 角 為34 5 36 5 根 據(jù) 上 述 計(jì) 算 結(jié) 果 本 設(shè) 計(jì) 中 日 光 溫 室 的 前 屋 面 角 設(shè) 計(jì) 為37 可 以 滿 足 哈 爾 濱 以 北 北 緯45 及 齊 齊 哈 爾 以 南 北 緯47 地 區(qū) 最 佳 前 屋 面 角 確 保 冬 季 溫 室 獲 得 更 多 的 太 陽(yáng) 能 2 1 2 前 屋 面 弧 度 設(shè) 計(jì) 本 設(shè) 計(jì) 中 溫 室 前 屋 面 線 型 由 一 段 弧 形 和 一 段 近 似 直 線 構(gòu) 成 其 中 下 部 弧 形 曲 率 較 大 為 冬 季 主 要 采 光 面 需 滿 足 冬 至 日 真 正 午 時(shí) 太 陽(yáng) 直 射 光 線 照 射 到 溫 室 后 墻 根 圓 心 在 日 光 溫 室 跨 度 的 水 平 線 上 其 曲 率 的 半 徑 R 1 其 水 平 投 影 寬 度 L 1 和 距 地 面 最 大 高 度 H 1 圖2 可 按 下 列 公 式 計(jì) 算 21 R 1 L 1 H 1 tg 2 43 3 L 1 H 1 t g 4 H 1 L L 1 tgh 0 冬 5 式 中L 為 日 光 溫 室 跨 度 9 m h 0 冬 為 冬 至 日 太 陽(yáng) 高 度 角 20 5 為 地 理 緯 度 大 慶 市 地 理 緯 度46 為 冬 至 日 太 陽(yáng) 直 射 緯 度 23 5 計(jì) 算 得 曲 率 半 徑R 1 4 4 m 水 平 投 影L 1 1 1 m 距 地 面 最 大 高 度H 1 2 9m 注 L 為 溫 室 跨 度 m L 1 弧 線 部 分 投 影 寬 度 m L 2 為 直 線 部 分 投 影 寬 度 m H 1 為 弧 線 部 分 高 度 m h 0 冬 為 冬 至 日 太 陽(yáng) 高 度 角 Note L is greenhouse span m L 1 Arc vertical projection m L 2 Line vertical projection m H 1 Height of arc part m h 0 冬 solar altitude angleonthewintersolstice 圖2 多 功 能 日 光 溫 室 采 光 參 數(shù) 示 意 圖 Fig 2 Schematicdiagramoflightingparametersof multi functionalsolargreenhouse 2 2 保 溫 設(shè) 計(jì) 保 溫 性 能 是 日 光 溫 室 的 重 要 指 標(biāo) 之 一 根 據(jù) 能 量 守 恒 原 理 不 加 熱 溫 室 其 蓄 積 的 太 陽(yáng) 能 應(yīng) 大 于 等 于 散 失 的 熱 量 一 般 來(lái) 說(shuō) 主 要 涉 及 保 溫 比 墻 體 保 溫 性 能 及 覆 蓋 材 料3 部 分 24 2 2 1 保 溫 比 設(shè) 計(jì) 溫 室 保 溫 比 R r 是 由 保 溫 部 分 與 采 光 部 分 的 比 值 即 日 光 溫 室 墻 體 后 屋 面 地 面 三 者 之 和 與 前 屋 面 的 弦 面 積 之 比 一 般 日 光 溫 室 的 合 理 保 溫 比 需 大 于 等 于 1 55 21 計(jì) 算 公 式 為 R r L X 1 H X 2 6 式 中L 為 日 光 溫 室 跨 度 9 m X 1 為 日 光 溫 室 后 坡 長(zhǎng) 度 0 m H 為 日 光 溫 室 后 墻 高 度 6 5 m X 2 為 日 光 溫 室 前 屋 面 弦 長(zhǎng) 約10m 經(jīng) 計(jì) 算 本 設(shè) 計(jì) 中 溫 室 保 溫 比 為1 55 符 合 日 光 溫 室 合 理 保 溫 比 要 求 2 2 2 保 溫 墻 體 設(shè) 計(jì) 大 慶 地 區(qū) 冬 季 室 外 最 低 溫 度 30 以 下 要 保 證 冬 季 生 產(chǎn) 溫 室 內(nèi) 最 低 溫 度 應(yīng) 在5 以 上 室 內(nèi) 外 最 大 溫 差 在35 40 為 達(dá) 到 生 產(chǎn) 要 求 墻 體 熱 阻 值 應(yīng) 為3 5 4 0 m 2 K W 21 22 本 設(shè) 計(jì) 中 墻 體 采 用370 mm 實(shí) 心 磚 填 充 其 熱 阻 值 約 為0 5m 2 K W 墻 體 外 貼 聚 苯 板 其 厚 度 應(yīng) 滿 足 熱 阻 值3 0 3 5m 2 K W 根 據(jù) 式 7 21 計(jì) 算 D i R i K i 7 式 中 R i 為 材 料 的 合 理 熱 阻 K i 為 聚 苯 板 導(dǎo) 熱 率 0 03 m 2 K W D i 為 聚 苯 板 厚 度 mm 經(jīng) 計(jì) 算 大 慶 地 區(qū)370 mm 實(shí) 心 磚 墻 體 滿 足 冬 季 室 內(nèi) 最 低5 條 件 下 聚 苯 板 厚 度 應(yīng) 為90 115 mm 本 設(shè) 計(jì) 中 聚 苯 板 厚 度 選 擇120mm 2 2 3 覆 蓋 材 料 本 設(shè) 計(jì) 中 日 光 溫 室 由2 層 棚 膜 和2 層 棉 被 覆 蓋 白 天 只 保 留 外 層 棚 膜 最 大 程 度 保 證 光 線 攝 入 夜 晚 將2 層 膜 被 均 放 下 達(dá) 到 更 好 的 保 溫 效 果 在2 層 棚 膜 間 為 不 流 動(dòng) 的 空 氣 能 夠 阻 止 熱 量 向 外 散 失 同 時(shí) 也 能 夠 阻 隔 外 部 冷 涼 空 氣 向 溫 室 內(nèi) 傳 導(dǎo) 具 有 很 好 的 保 溫 隔 熱 功 能 3 溫 室 荷 載 計(jì) 算 本 設(shè) 計(jì) 中 溫 室 的 生 產(chǎn) 加 工 部 分 參 照 民 用 建 筑 的 常 規(guī) 做 法 其 荷 載 計(jì) 算 過(guò) 程 不 再 贅 述 本 文 只 對(duì) 溫 室 棚 架 結(jié) 構(gòu) 進(jìn) 行 荷 載 分 析 3 1 溫 室 活 荷 載 分 析 3 1 1 雪 荷 載 雪 荷 載 是 大 慶 地 區(qū) 冬 季 溫 室 常 見(jiàn) 荷 載 可 采 用 溫 室 前 屋 面 水 平 投 影 面 上 的 雪 荷 載 標(biāo) 準(zhǔn) 值S k 計(jì) 算 計(jì) 算 公 式 如 下 25 26 S k r c t S 0 8 式 中S 0 為 基 本 雪 壓 該 地 區(qū) 取0 23 kN m 2 c t 為 加 熱 影 響 系 數(shù) 不 加 溫 塑 料 薄 膜 覆 蓋 材 料 取1 0 r 為 前 屋 面 積 雪 分 布 系 數(shù) 本 溫 室 前 屋 面L 1 對(duì) 應(yīng) 部 分 角 度 為65 L 2 對(duì) 應(yīng) 部 分 角 度 為32 前 屋 面 平 均 采 光 角 度 為37 對(duì) 應(yīng) r 取 值 分 別 為0 和0 74 26 兩 者 取 最 大 值 經(jīng) 計(jì) 算 雪 荷 載S k 為0 17kN m 2 3 1 2 風(fēng) 荷 載 垂 直 于 建 筑 物 表 面 上 的 風(fēng) 荷 載 標(biāo) 準(zhǔn) 值 可 按 下 式 計(jì) 算 26 172第6 期 王 洪 義 等 高 緯 度 地 區(qū) 多 功 能 日 光 溫 室 設(shè) 計(jì) W k s z W 0 9 式 中 s 為 風(fēng) 荷 載 體 型 系 數(shù) z 為 風(fēng) 壓 高 度 變 化 系 數(shù) W 0 為 基 本 風(fēng) 壓 kN m 2 本 設(shè) 計(jì) 中 溫 室 屋 面 為 封 閉 式 落 地 拱 形 屋 面 適 用 地 為 大 慶 地 區(qū) 鄉(xiāng) 村 以 及 房 屋 比 較 稀 疏 的 城 市 郊 區(qū) 地 面 粗 糙 類 型 為B 類 根 據(jù) 農(nóng) 業(yè) 溫 室 結(jié) 構(gòu) 荷 載 規(guī) 范 6 5 m 高 物 體 風(fēng) 壓 變 化 系 數(shù) z 對(duì) 應(yīng) 取0 86 s 參 照 封 閉 式 落 地 拱 形 屋 面 前 屋 面L 1 部 分 對(duì) 應(yīng) 取 值0 6 L 2 部 分 對(duì) 應(yīng) 取 值0 1 兩 者 取 最 大 值0 6 該 地 區(qū) 基 本 風(fēng) 壓W 0 為 0 41kN m 2 26 27 計(jì) 算 得 出 風(fēng) 荷 載W k 為0 21kN m 2 3 1 3 屋 面 活 荷 載 根 據(jù) 農(nóng) 業(yè) 溫 室 結(jié) 構(gòu) 荷 載 規(guī) 范 要 求 屋 面 活 荷 載 包 括 均 布 活 荷 載 和 施 工 檢 修 集 中 荷 載 兩 部 分 組 成 其 中 施 工 檢 修 集 中 荷 載 不 應(yīng) 與 屋 面 材 料 自 重 和 作 物 荷 載 以 外 的 其 他 荷 載 同 時(shí) 計(jì) 入 屋 面 垂 直 投 影 面 積 大 于30 m 2 時(shí) 屋 面 均 布 活 荷 載 取 值0 10kN m 2 施 工 檢 修 集 中 荷 載 一 般 取0 80kN m 2 23 最 大 取 值1 00kN m 2 26 本 溫 室 外 層 鋼 骨 架 由 于 跨 度 大 舉 架 高 取 最 大 值1 00kN m 2 而 內(nèi) 層 鋼 骨 架 跨 度 小 高 度 低 施 工 檢 修 方 便 取 均 值0 80kN m 2 3 1 4 作 物 吊 掛 荷 載 吊 掛 荷 載 即 作 物 因 栽 培 需 要 而 吊 掛 在 溫 室 上 形 成 的 荷 載 這 個(gè) 荷 載 對(duì) 溫 室 骨 架 設(shè) 計(jì) 是 不 可 忽 略 的 它 的 大 小 與 所 栽 培 的 作 物 有 關(guān) 一 般 按 均 布 荷 載 來(lái) 考 慮 常 采 用0 15kN m 2 28 29 3 2 溫 室 鋼 骨 架 的 荷 載 組 合 分 析 3 2 1 外 層 鋼 骨 架 荷 載 組 合 計(jì) 算 溫 室 外 層 鋼 骨 架 荷 載 主 要 由 其 自 重 恒 荷 載q 1 和 活 荷 載2 部 分 組 成 其 中 恒 荷 載q 1 根 據(jù) 鋼 材 類 型 由 結(jié) 構(gòu) 計(jì) 算 軟 件 計(jì) 算 得 出 活 荷 載 主 要 包 括 雪 荷 載 風(fēng) 荷 載 及 屋 面 活 荷 載 25 26 外 層 鋼 骨 架 荷 載 主 要 有2 種 組 合 方 式 第 一 種 組 合Q 1 q 1 風(fēng) 荷 載 雪 荷 載 屋 面 均 布 活 荷 載 q 1 0 48kN m 2 第 二 種 組 合Q 2 q 1 屋 面 均 布 活 荷 載 施 工 檢 修 集 中 荷 載 q 1 1 10kN m 2 第二 種組 合計(jì) 為最 不利 組合 方式 3 2 2 內(nèi) 層 骨 架 荷 載 組 合 計(jì) 算 同 理 可 計(jì) 算 內(nèi) 層 骨 架 荷 載 組 合 受 力 但 需 去 掉 雪 荷 載 和 風(fēng) 荷 載 另 需 增 加 作 物 吊 掛 荷 載 其 計(jì) 算 結(jié) 果 是 Q q 1 屋 面 均 布 活 荷 載 施 工 檢 修 集 中 荷 載 作 物 吊 重 荷 載 q 1 1 05kN m 2 4 溫 室 骨 架 承 載 力 分 析 根 據(jù) 不 同 的 荷 載 組 合 進(jìn) 行 計(jì) 算 得 出 相 應(yīng) 桿 件 內(nèi) 力 按各 桿件 不同 的截 面 確定 骨架 的承 載力 和穩(wěn) 定性 4 1 桿 件 內(nèi) 力 分 析 本 設(shè) 計(jì) 溫 室 種 植 空 間 跨 度9 m 脊 高6 5 m 外 層 骨 架 的 上 弦 為 42 t 3 0 鍍 鋅 管 下 弦 為 40 t 2 5 鍍 鋅 管 內(nèi) 層 骨 架 的 上 弦 為 42 t 3 0 鍍 鋅 管 下 弦 為 40 t 2 5 鍍 鋅 管 腹 桿 為 12 鋼 筋 整 體 采 用Q235 鋼 材 外 層 骨 架 設(shè) 計(jì) 承 載 力 需 大 于 等 于q 1 1 10 kN m 2 內(nèi) 骨 架 需 大 于 等 于q 1 1 05kN m 2 采 用 結(jié) 構(gòu) 計(jì) 算 軟 件midas 對(duì) 生 產(chǎn) 期 間 最 不 利 的 荷 載 組 合 下 各 桿 件 的 彎 矩 和 軸 力 進(jìn) 行 計(jì) 算 分 布 云 圖 如 圖3 所 示 具 體 計(jì) 算 結(jié) 果 見(jiàn) 表2 表5 從 計(jì) 算 結(jié) 果 可 知 各 桿 件 所 受 彎 矩 均 很 小 相 對(duì) 軸 力 可 忽 略 不 計(jì) 均 可 按 桿 件 軸 力 計(jì) 算 28 同 時(shí) 桿 件 均 無(wú) 截 面 消 弱 因 此 只 需 進(jìn) 行 受 壓 桿 件 的 穩(wěn) 定 性 驗(yàn) 算 表2 多 功 能 日 光 溫 室 鋼 骨 架 內(nèi) 層 桿 件 彎 矩 計(jì) 算 結(jié) 果 Table2 Thecalculationresultsofinner barbendingmomentofmulti functionalsolargreenhouse kN m 編 號(hào) No 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 1 2 0 彎 矩 Bending moment 0 0 3 0 2 0 2 0 2 0 2 0 2 0 2 0 2 0 2 0 2 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 2 0 2 0 2 編 號(hào) No 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 201 202 203 204 205 206 207 2 0 8 彎 矩 Bending moment 0 2 0 2 0 2 0 3 0 3 0 2 0 2 0 2 0 2 0 2 0 2 0 2 0 0 3 0 2 0 2 0 2 0 2 0 2 0 2 編 號(hào) No 209 210 211 212 213 214 215 216 217 218 219 220 221 222 223 224 225 226 227 2 2 8 彎 矩 Bending moment 0 2 0 2 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 2 0 2 0 2 0 2 0 2 0 2 0 2 0 2 0 2 0 2 0 2 0 2 0 2 編 號(hào) No 229 230 301 302 303 304 305 306 307 308 309 310 311 312 313 314 315 316 317 3 1 8 彎 矩 Bending moment 0 2 0 2 0 0 2 0 2 0 2 0 2 0 2 0 2 0 2 0 2 0 2 0 2 0 2 0 2 0 0 2 0 2 0 2 0 2 編 號(hào) No 319 320 321 322 323 324 325 326 327 328 329 330 331 332 333 334 335 336 337 3 3 8 彎 矩 Bending moment 0 2 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 0 2 0 1 0 2 0 2 0 2 0 2 0 2 0 2 0 2 0 2 0 2 編 號(hào) No 339 340 341 342 343 344 345 346 347 348 349 350 351 352 353 354 355 356 357 3 5 8 彎 矩 Bending moment 0 2 0 2 0 2 0 2 0 2 0 0 2 0 2 0 2 0 2 0 2 0 2 0 2 0 2 0 2 0 2 0 2 0 2 0 1 0 1 173農(nóng) 業(yè) 工 程 學(xué) 報(bào) http www tcsae org 2020 年 圖3 多 功 能 日 光 溫 室 桿 件 結(jié) 構(gòu) 標(biāo) 號(hào) 及 受 力 分 析 圖 Fig 3 Labelandforceanalysisofbarstructureofmulti functionalsolargreenhouse 表3 多 功 能 日 光 溫 室 鋼 骨 架 外 層 桿 件 彎 矩 計(jì) 算 結(jié) 果 Table3 Thecalculationresultsofouter barbendingmomentofmulti functionalsolargreenhouse kN m 編 號(hào) No 401 402 403 404 405 406 407 408 409 410 411 412 413 414 415 彎 矩 Bending moment 0 4 0 2 0 2 0 3 0 3 0 2 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 2 0 1 0 1 0 1 編 號(hào) No 416 417 418 419 420 421 422 423 424 425 501 502 503 504 505 彎 矩 Bending moment 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 2 0 2 0 2 0 2 0 1 編 號(hào) No 506 507 508 509 510 511 512 513 514 515 516 517 518 519 601 彎 矩 Bending moment 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 3 編 號(hào) No 602 603 604 605 606 607 608 609 610 611 612 613 614 615 616 彎 矩 Bending moment 0 2 0 2 0 2 0 1 0 0 1 0 2 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 編 號(hào) No 617 618 619 620 621 622 623 624 625 626 627 628 629 630 631 彎 矩 Bending moment 0 1 0 1 0 1 0 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 0 1 0 1 編 號(hào) No 632 633 634 635 636 637 638 639 640 641 彎 矩 Bending moment 0 1 0 1 0 0 1 0 1 0 0 1 0 1 0 1 0 1 174第6 期 王 洪 義 等 高 緯 度 地 區(qū) 多 功 能 日 光 溫 室 設(shè) 計(jì) 4 2 溫 室 鋼 骨 架 的 穩(wěn) 定 性 分 析 溫 室 鋼 骨 架 承 受 外 部 的 各 種 荷 載 桿 件 的 受 力 穩(wěn) 定 性 是 設(shè) 計(jì) 的 重 要 指 標(biāo) 各 桿 件 受 力 需 小 于Q235 鋼 材 設(shè) 計(jì) 強(qiáng) 度205 N mm 2 29 30 對(duì) 內(nèi) 外 層 骨 架 的 上 弦 下 弦 和 腹 桿 軸 力 分 析 受 力 最 大 的 桿 件 最 不 穩(wěn) 定 因 此 選 擇 受 力 最 大 的 桿 件 最 不 利 桿 件 進(jìn) 行 受 力 強(qiáng) 度 分 析 結(jié) 果 見(jiàn) 表6 由 表6 可 知 各 位 置 最 不 利 桿 件 的 受 力 強(qiáng) 度 均 小 于Q235 鋼 材 的 設(shè) 計(jì) 強(qiáng) 度 骨 架 結(jié) 構(gòu) 滿 足 穩(wěn) 定 性 要 求 表4 多 功 能 日 光 溫 室 鋼 骨 架 內(nèi) 層 桿 件 軸 力 計(jì) 算 結(jié) 果 Table4 Thecalculationresultsofinner baraxialforcesofmulti functionalsolargreenhouse kN 編 號(hào) No 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 軸 力 Axialforce 7 3 2 9 11 8 19 7 25 7 25 7 27 4 25 8 25 7 20 7 11 6 1 9 8 4 18 5 27 0 27 0 34 7 41 2 46 6 51 0 編 號(hào) No 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 201 202 203 204 205 206 207 208 軸 力 Axialforce 54 2 56 6 57 8 57 8 57 7 57 4 55 5 52 5 48 7 43 9 37 3 29 0 19 3 22 7 27 9 38 9 45 9 48 4 48 7 48 7 編 號(hào) No 209 210 211 212 213 214 215 216 217 218 219 220 221 222 223 224 225 226 227 228 軸 力 Axialforce 44 9 37 8 28 4 18 5 8 1 1 7 10 1 17 4 23 5 28 8 32 6 35 7 37 8 38 5 38 3 37 4 35 2 31 8 38 2 22 4 編 號(hào) No 229 230 301 302 303 304 305 306 307 308 309 310 311 312 313 314 315 316 317 318 軸 力 Axialforce 15 2 10 6 2 0 6 4 10 6 3 2 2 7 0 8 5 7 2 9 2 2 1 9 3 5 2 7 1 2 0 4 5 2 1 2 7 9 4 4 編 號(hào) No 319 320 321 322 323 324 325 326 327 328 329 330 331 332 333 334 335 336 337 338 軸 力 Axialforce 7 8 5 6 7 3 6 1 7 1 6 0 6 2 5 3 0 0 5 7 4 6 5 1 3 7 4 4 3 1 3 8 2 2 2 9 1 7 2 5 編 號(hào) No 339 340 341 342 343 344 345 346 347 348 349 350 351 352 353 354 355 356 357 358 軸 力 Axialforce 0 9 1 9 0 1 1 0 0 7 0 3 0 6 1 2 0 3 2 2 1 0 3 0 1 7 3 5 2 4 4 4 3 2 5 5 4 2 7 1 表5 多 功 能 日 光 溫 室 鋼 骨 架 外 層 桿 件 軸 力 計(jì) 算 結(jié) 果 Table5 Thecalculationresultsofouter baraxialforcesofmulti functionalsolargreenhouse kN 編 號(hào) No 401 402 403 404 405 406 407 408 409 410 411 412 413 414 415 軸 力 Axialforce 5 6 12 8 21 2 21 1 21 3 12 4 0 9 13 1 13 2 26 2 35 1 41 8 41 9 47 3 50 6 編 號(hào) No 416 417 418 419 420 421 422 423 424 425 501 502 503 504 505 軸 力 Axialforce 52 0 51 3 51 1 50 3 46 4 46 0 41 1 40 6 34 4 28 9 31 5 45 1 49 1 44 0 33 1 編 號(hào) No 506 507 508 509 510 511 512 513 514 515 516 517 518 519 601 軸 力 Axialforce 20 1 6 4 5 0 13 7 20 8 26 1 29 0 30 2 29 6 28 7 24 6 19 3 11 7 11 1 6 9 編 號(hào) No 602 603 604 605 606 607 608 609 610 611 612