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　　为了满足菜篮子生产和使用的需要，研制了一种轻型简易连拱温室，利用肩式棚实现防雨、防晒和通风功能。温室内拱架形成类桁架结构，受力更加均匀合理，较小的钢管截面可以抵抗较大的风荷载。而且由于上部钢结构承载力的提高和柱脚的铰接，风荷载产生的弯矩不传递给基础，基础截面也大大减小，达到了整体简化的目的。温室将棚间通风区与拱杆下不宜作业区合二为一，内部作业空间开阔整洁，可以满足中小型机械化生产的需要，从而达到机械化的目的。由于结构合理，减少了结构材料的消耗，在同等荷载和使用功能下，成本比现有温室降低25%以上。

　　海南地处热带，雨热同季，夏秋高温，台风暴雨频繁。炎热潮湿的气候会加速病虫害的传播。保护地栽培因能克服夏秋暴雨、高温、台风频繁等不利气象因素，被广泛应用于多年生蔬菜栽培，尤其是夏秋季节(夏秋季节是热区本地叶菜供应的淡季)。目前海南常见的设施类型有多跨圆拱形塑料大棚、多跨锯齿状塑料大棚、罗文玻璃温室、单拱塑料大棚、多跨影网大棚等。常年蔬菜设施要求满足通风、防雨、防虫、适宜耕种等基本生产条件。但海南常见的设施存在抗风等级高、造价高、造价低的简易棚无抗风能力等问题，甚至达不到多年生蔬菜种植的一些要求，如不防雨、不遮阳、通风效果差等。炎热地区轻型简易抗台风连栋温室就是在这种市场需求的牵引下发展起来的。温室结构在满足海南多年生蔬菜生产基本需求的基础上更加轻便简单，既满足了多年生蔬菜种植功能，又降低了成本，节约了投资。

　　结构参数与特点

　　炎热地区轻型简化抗台风连拱温室结构是在专利温室类型(全装配式拱杆交叉拱温室结构ZL2022214324810)的基础上开发设计的。

　　简化连拱温室效果图

　　结构几何参数

　　跨度6.0 m，拱距0.8 m，开间4.0 m，顶高3.4 m，肩高(内部净高)2.2m.

　　连拱温室轻度简化结构剖面示意图/mm

　　主要功能

　　温室屋顶覆盖0.08 mm薄膜(薄膜厚度可根据荷载情况选择)，四周墙体与连拱之间的通风部位覆盖40目(或32目)防虫网，覆盖材料采用热镀锌槽和涂塑卡子固定。沿水平拉杆在内肩高度设置手动内遮阳，采用60%~70%扁丝遮阳网，一侧绑在中间纵向拉杆上，另一侧用20PVC管做活动边，手动开合。通过以上做法，可以实现屋顶防雨、拱门周围及拱门之间通风、内部遮阳等功能。

　　结构特点

　　温室将柱子和屋架结合在一起，与拉杆配合形成几何不变的体系。外部线条简洁流畅，内部空间宽敞整洁，符合功能要求。与传统的温室立柱、纵横梁、屋架结构相比，拱柱是组合式的，重量更轻。

　　柱子设计成拱形交叉。与独立拱结构相比，交叉拱结构受力均匀，在相同材料下，更有利于提高结构的整体稳定性，提高温室的抗风能力。通过结构计算，当风荷载为0.5 kN/m2时(见荷载参数定义

　　在棚型的研发中，单拱棚的拱形结构受到其良好受力的启发，充分分析了其优缺点。单拱棚肩以下的不适宜耕作区(作业限高)与棚间通风排水空间结合，形成宽度为0.8 m的通风带，如图4所示。组合式通风带还承担了温室的排水功能，与单拱棚相比提高了土地利用率。通风口的高度由原来较低的位置(图中1.6 m)提高到较高的位置(图中2.2 m)，使集热空间减小，通风空间增大，水平拉杆便于布置内部遮阳，更有利于棚内降温散热。

　　单拱棚与轻型简化连拱棚用地对比示意图/mm

　　结构计算与材料规格

　　荷载参数

　　恒载0.025 kN/m2(主要是钢骨架自重)，活载0.100 kN/m2(此大棚针对海南常年蔬菜生产，以叶菜为生产对象，不考虑作物悬挂重量)，基本风压(W0)0.500 kN/m2，相当于11级风的中间风速，主要用于主体钢结构的计算。塑料薄膜、网等覆盖材料的力学性能和耐久性随原材料特性和使用环境变化较大，故不需要进行抗风计算，但要求薄膜厚度与钢结构设计相匹配。

　　荷载标准值与设计值计算

　　最不利的组合是恒载风荷载。风荷载为主导荷载，设计值Sd由可变荷载控制。

　　的计算公式

　　,

　　SGk为恒载标准值，SQ1k为风荷载标准值，SQik为活载标准值(n=2)；恒载分项系数

　　取1，风荷载分项系数。

　　取1，活荷载的分项系数

　　活荷载的组合值系数，取1.2。

　　取0.7。

　　参考《农业温室结构荷载规范》，结构重要性系数。

　　取0.9；地面粗糙度为B类，温室高度为3.4 m，风压高度变异系数。

　　取0.76；根据敞开式结构，计算了作用于屋面的风荷载体型系数。

　　取-0.75。距离(宽度)l为4.0米

　　恒载标准值SGk=0.025 kN/m2，

　　风荷载标准值

　　0.76(-0.75)=-0.285 kN/m2，活荷载标准值SQ1k=0.1 kN/m2。

　　作用在拱形框架上的每个荷载的设计值计算如下：

　　(1)恒载设计值

　　(2)风荷载设计值

　　(3)活荷载的设计值

　　布置在虫网处的风荷载需要乘以该风荷载的风阻系数。32目防虫网的风阻系数为0.75，40目防虫网的风阻系数为0.81。

　　结构计算方法

　　PKPM2010版本用于计算结构。所选构件的规格计算结果均已通过，计算结果的应力比如下图所示。从图形结果可以看出，内力在构件中分布均匀。通过多拱的形式，每个构件形成一个空间体系，整个拱类似于一个桁架结构，力学性能优良。

　　轻型简化连拱温室结构应力比计算结果/mm

　　材料规格与基础做法

　　温室属于轻钢建筑，基础只用了混凝土。传统施工工艺需要土方开挖、现场支模、埋设预埋件、混凝土浇筑、振捣密实、养护、拆模。这座连拱温室采用预制混凝土基础，实现包括基础在内的所有构件的组装安装。混凝土基础的施工和维护过程在工厂进行，现场只需开挖、埋设、整平、回填，以及少量的柱脚二次灌浆，既保证了构件质量，又降低了劳动强度，减少了环境污染，实现了温室安装的轻型化和简单化。

　　基础

　　采用C30预制混凝土独立基础，尺寸为500 mm500 mm200 mm，埋深0.5 m(根据荷载情况调整，详见图A)；热镀锌预埋件，底部焊接4根0.3 m长10三级钢筋(实物见图1)

　　拱杆321.5 mm，水平拉杆421.5mm，腹杆251.2 mm，棚拉杆251.2 mm，侧抗风柱321.5 mm，钢筋251.2mm(以上构件规格均为给定荷载条件下计算，不同荷载条件下结构组成保持不变。钢筋由U形螺栓、环箍、螺栓、十字卡环等连接。所有钢管和配件都是热浸镀锌的。

　　除拱架外的其他构件主要有屋顶纵向拉杆、室内水平拉杆上的拉杆、柱间支撑、棚头水平支撑(图8)、屋顶棚头支撑、辅助拱架、山墙辅助柱等。各构件规格为：屋顶纵向拉筋421.5 mm，室内水平拉筋321.5 mm，柱间支撑421.5 mm，棚头水平支撑321.5 mm，屋顶棚头支撑251.2 mm，辅助拱杆321.5 mm，山墙辅助柱321。

　　造价估算与对比分析

　　造价估算

　　本次费用计算中使用的连续拱棚跨度数为5跨，总宽度为56.8米0.8米=34.8米，开间数为14个，长度为144米=56米，计算面积为34.8米56米=1948.8平方米.费用为《海南省房屋建筑与装饰工程综合定额》 (2022)，《海南省安装工程综合定额》 (2022)等相关定额。主要材料价格参考2022年7月海口《海南工程造价信息》。缺料价格以市场咨询价格为准，计算结果包含9%的增值税及相关措施费。计算结果如下表所示。在0.5 kN/m2的风荷载下(如果按照《建筑结构荷载规范》的方法取值，相当于0.25 kN/m2)，连拱温室造价约为3.68万元/667 m2。

　　略简化连栋温室成本估算表

　　造价对比分析

　　轻型简化连拱温室主体钢结构造价占59.9%(含预埋件、连接件)，覆盖材料造价占14.6%，土建工程造价占17.7%，内遮阳造价占7.8%。与海南同等功能的普通圆拱连拱温室(跨度、开间、拱间距相同，肩高2.5 m，比本文连拱温室高0.3 m，但无内遮阳，设计风荷载相同，其造价约为5.5万元/667 m2。与设计相比，轻型简化连拱温室造价降低约33%，考虑单项计算的面积因素后造价降低约25% ~ 30%。通过比较可以看出，轻型简化连拱温室投资成本控制效果显著。

　　比较普通圆拱连拱温室示意图/mm

　　另外，通过初步计算，在保持轻型简化连拱温室结构形式不变的情况下，仅改变所用构件的管径或壁厚、基础规格和薄膜厚度，风荷载取0.92 kN/m2(相当于14级风的初始风速，如按《建筑结构荷载规范》的方法取0.5 kN/m2)，造价约为4.8万元/667 m2。当风荷载为1.38 kN/m2(相当于16级风的初始风速，基本达到海南登记的最大台风风速，如按《建筑结构荷载规范》的方法为0.75 kN/m2)时，其造价约为5.8万元/667 m2。在具体使用中，可以根据投资和需求的抗风等级选择不同的风荷载参数。

　　适用范围与优势分析

　　热区轻型化简化抗台风连拱温室具有以下四大优势：功能优势，连拱温室具有防雨、遮阳、通风的特点，结构承载力强，可满足海南夏秋季节多年生蔬菜生产防雨、降温、抗台风的要求；(2)安装优势：连拱温室采用全装配式结构设计，可实现大面积快速安装，施工速度快，对土壤扰动小，便于复垦，适合作为菜篮子多年生蔬菜温室建在农田上；(3)适用于机械的优点：常见的简易温室由于造价低，跨度或内部空间小，对机械化作业的适应性差，只能满足小型机械的使用。在简易温室的投资标准下，进一步提高连拱温室的跨度和空间大小，使耕地面积更加整齐开阔，跨度6 m，开间4 m，肩高2.2 m，可满足中型机械作业，提高机械化水平；(4)成本优势：由于结构合理，单位面积用钢量少，可以大大降低温室的建造成本，简单化的优势突出。这种轻型简化连拱温室适合在海南等炎热地区使用。在覆盖范围上稍加修改，也可适用于华中、华东、西南、华南等冬季不需要供暖的地区，特别是华东等台风多发地区。

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