装配式单栋钢管大棚的结构设计及搭建技术

装配式单栋钢管大棚的结构设计及搭建技术

概述：装配式单栋钢管大棚是我们南方地区使用比较广泛的一种保护地设施类型，这类大棚以热镀锌钢管为主拱管，其主要特点是：第一，整体主架及联接采用钢结构，结构坚固，抗风雪荷载能力大。如我地常见的二种类型的单棚(GP-

C622 GP-C825)，抗雪荷载能力达20千克/米2（相当于15厘米厚度的积雪），抗风能力达到26米/秒（相当于10级台风）。第二，钢管及配件表面均采用热镀锌处理，耐腐蚀性强，使用寿命一般在10年以上。第三，棚架之间采用专用卡件联接，装配、拆卸方便。第四，具有较好的通风换气性能和一定的保温性能，为创造适宜作物生长的最佳环境提供条件。第五，常见的、比较经济实用的几种棚型已属于定型产品，统一规格，列入中华人民共和国国家标准。

根据中华人民共和国国家标准GB4176-84《农用塑料棚装配式钢管骨架》中的规定：

钢棚骨架按以下规定编号

说明：

①农用塑料棚装配式钢管骨架结构整体，其代号用汉语拼音字母GP表示。

②管棚骨架型是指管棚骨架解剖面的几何形状。分别用汉语拼音字母Y、C、

D、L表示。

Y指圆弧落地拱形管棚骨架

C具有平面侧壁的管棚骨架

D单坡屋面形管棚骨架

L联栋管棚骨架

③管棚骨架宽是指管棚骨架两外侧壁钢管与地面接触部位中心线之间的距离。其代号用拉丁字母B表示。

④管棚骨架高是指管棚骨架最高处与棚内自然地面之间的距离，其代号用拉丁字母H表示。

⑤管棚骨架宽长是指管棚骨架纵向两端部钢管与地面接触部中心线之间的距离，其代号用拉丁字母L表示。

一、结构设计：

大棚的结构设计首先必须考虑的是整体结构的稳固性和使用寿命，其次还要考虑大棚的通风、采光等其它性能。使其充分发挥设施农业的优势，减少农业生产在自然灾害中的损失，提高经济效益。大棚的稳固性主要是指大棚抗击风、雪的最大承载能力。它与大棚的骨架材料、大棚外形、大棚结构参数（包括顶高、肩高、跨度、拱间距）、大棚的整体构造有关。

1、主骨架及钢材冲压配件。

我地区单栋钢管大棚的主骨架取材，主要有二种：热镀锌铸铁管和热镀锌带钢管，其中热镀锌带钢管又分为带钢成型再热镀锌管和带钢一次性成型补缝热镀锌管。热镀锌铸铁管一般为符合热镀锌企业行业质量标准的合格管，用户选用时只须认清钢管壁上的企标或国标代号即可，其优点是质量上完全符合装配式骨架大棚的国家标准，但价格偏高。带钢一次性成型补缝热镀锌管价格明显低于热镀锌铸铁管，但由于是一次性成型，镀锌质量难以符合装配式骨架大棚的国家标准，主要是焊缝的内外壁镀层厚度、均匀度难以保证，影响钢管使用寿命。至于带钢成型再热镀锌管价格上介于上述二者之间，但其不足之处是材质过软从而大大降低了大棚的抗风，承雪能力。

根据GB4176—84《农用塑料棚装配式钢管骨架》的要求，我们选用热镀锌钢管时应符合以下要求：

⑴为保证一定厚度的镀锌层，要求钢管热镀锌后增重6—13%。

⑵直径不得超过YB242—63《直径5—152毫米电焊钢管》普通级规定的范围。壁厚偏差为：上偏差+22%，下偏差-5%。

⑶圆度偏差不应超过直径的公差范围。

⑷外壁表面应有完整的镀锌层，不得有漏镀、气泡。内壁表面不得有漏镀。

⑸外表面应光洁，允许有长度不超过100毫米非包容面局部粗糙表面存在，但每米长度内只允许有1处，最大突起高度不应大于2毫米，并不得影响安装。

根据此国标要求，我们对装配式钢管大棚中用钢管制造的零件、钢材冲压件、及部分零件表面的电镀锌应符合下列要求：

⑴所有零件应按设计图样规定的尺寸、材料和技术要求制造。

⑵钢管壁厚在2毫米及其以下的，均需进行内外壁热镀锌。镀锌前后的钢管不得有裂缝、烧伤及其他影响强度的缺陷。

⑶冲压零件所有冲切边不应有明显的毛刺，表面不得有明显的压伤和划痕。

⑷未注明公差要求的尺寸应按GB1804—79《公差与配合未注明公差尺寸的极限偏差》的规定执行。

⑸电镀锌的零件，镀锌层厚度不得小于0.01毫米。表面应光洁，允许存在直径不大于10毫米的暗斑，但在一个零件表面不得多于两处。表面允许存在未损坏镀锌层的锌疤和压印。

2、大棚的外形。

大棚的外形是指大棚的合理棚型，也就是说使用一定材料，科学合理地设计拱杆弧度，使棚面的流线结构能最大限度地承受风雪载荷。随着设施农业的不断发展，越来越多的农户采用大棚设施，但笔者发现部份农户，也包括一些大棚生产企业，在生产制作过程中严重地忽略了这点，对大棚外形盲目仿造、随意成型，更有甚者是粗制滥造。

我们先看看大棚在遭遇大风夹雨时，会出现什么情况。依据空气动力学原理，空气压强与风速的关系通过伯努力方程可以表达为：

(1+V2/2)P=C

式中：C为常数，V为风速值，P为空气压强。

当风速等于0，此时棚内外空气压力相等。

当风速加大，从式中可以看出，棚外空气压强要减小，而棚内由于空气风速不变，所以棚内的空气压强不变，这样就导致棚内外就出现了空气压强差，这个压

强差会使薄膜向上鼓动。风速越大薄膜向上举的力也越大，就这样风速的不断变化，导致薄膜不断鼓起落下，一方面会使压膜线变松，另一方面由于不断的与拱管发生磨擦、击打，至使薄膜破损。最终会导致整栋大棚膜扯破报费。另外南方地区，特别象我地沿海一带，多台风雨季，大风往往伴随大雨，这种薄膜的不断鼓起落下，向上的举力会使整栋大棚产生一个向上的力，这时如果雨水渗入拱管插地处，加上大棚这样一上一上的牵力，最终可能会导致拱管根部松动而连根拔起。由于单栋大棚不象连栋那样有预埋件做基础，单栋大棚只是简单的插入泥土，台风时大棚的“吹跑”就是这样产生的。

设计合理的大棚棚型，可以加强大棚的抗风雪能力。流线型的大棚，棚面弧度大，可以减弱风速，压膜线压得牢固，可以承受比较大的风雪荷载，所以装配式单栋钢管大棚理论上的设计是按合理轴线设计而成的稳固性最强的流线型大棚。

流线型大棚，是参照合理轴线进行设计的，其计算公式:

Y=4(B-X)HX/B2 ，式中Y为各弧点的高度，H为棚高，B为棚宽。X为水平距离。

以8米棚为例，依据以上公式，8米棚的流线型设计，各弧点的的高度如下:

Y1=4×（8-1）×3×1/82=1.32Y2=4×（8-2）×3×2/82=2.25

Y3=4×（8-3）×3×3/82=2.82Y4=4×（8-4）×3×4/82=3.00