温室和大棚的结构设计

第三章温室和大棚的结构设计第一节温室和大棚的类型与结构

一、类型

（一）按外形分类

（二）按结构分类

以建筑用材不同把温室分为：

1.土木结构温室；

2.砖木结构温室；

3.混合结构温室；

4.钢结构温室（包括薄壁镀锌钢管）；

5.轻质铝合金结构温室。

（三）按栋数分类

（四）按用途分类

按温室主要作用不同分为：1.农业生产温室；2.观赏展览温室；3.科研温室；4.专用温室。

二、温室和大棚的组成

1．玻璃温室的组成

（1）椽子（Rafter）承担屋面上的荷载，是架设在脊檩、檩、檐檩上的细长斜木。

（2）檩（Purlin）支撑在屋面的屋架上，设在脊檩和檐檩之间，是支架缘子的水平杆件。

（3）脊檩（Ridge）水平安装在屋脊上，其作用与普通的檩条相同。俗称栋木，一栋温室只有一条。

（4）檐檩（横梁Cross－Beam, Girder）设在墙体上端，是连接柱子上端的水平杆件。

（5）梁（下弦Beam, Girder）梁是和柱子垂直相对、平放或接近平放的杆件，它承受垂直或斜方向的荷载。把屋架下面的梁称为下弦。

（6）屋架（上弦Pricipal Rafter）将屋面撑成脊形的结构称为屋架。温室除了拱型屋顶，单坡屋顶之外，多用三角形屋架。欧美式小型温室的屋架是承受檩条的斜材（上弦）。

（7）次梁（Sub－Beam）柱子之间，屋架与屋架之间，需要架设平行的横梁，通过檩条承担屋面的荷载，这部分部件叫做次梁。

（8）剪刀撑（Diagonal Bracing, Brace）在木结构和钢结构等的柱子间，用在对角线上的斜材叫剪刀撑。

（9）斜撑（Knee Brace, Angle Brace, Batter Brace）斜撑是加固水平杆件和垂直杆件衔接地方的杆件或指桁架中的短斜杆件。

（10）柱（Cloumn, Post, Pillar）小型温室不用柱子，是无柱结构。但大型温室常把柱子设在温室中央或设在屋架下部。一般使用钢管、方钢管或工字钢等作为柱子材料。

（11）窗间柱（壁柱Stud）是配置在柱与柱之间构成墙体的垂直构件。

2．塑料薄膜大棚的组成

目前生产中应用的大棚，按棚顶形状可以分为拱圆形和屋脊形，但我国绝大多数为拱圆形。按骨架材料则可分为竹木结构、钢架混凝土柱结构、钢架结构、钢竹混合结构等。按连接方式又可分为单栋大棚、双连栋大棚及多连栋大棚。

塑料薄膜大棚的骨架是由立柱、拱杆（拱架）、拉杆（纵梁、横拉）、压杆（压膜线）等部件组成，俗称“三杆一柱”。这是塑料薄膜大棚最基本的骨架构成，其他形式都是在此

基础上演化而来。

（1）立柱立柱起支撑拱杆和棚面的作用，纵横成直线排列。

（2）拱杆拱杆是塑料薄膜大棚的骨架，决定大棚的形状和空间构成，还起支撑棚膜的作用。

（3）拉杆起纵向连接拱杆和立柱，固定压杆，使大棚骨架成为一个整体的作用。

（4）压杆压杆位于棚膜之上两根拱架中间，起压平、压实绷紧棚膜的作用。

（5）棚膜棚膜可用0.1~0.12mm厚的聚氯乙烯（PVC）或聚乙烯（PE）薄膜以及0.08~0.1mm的醋酸乙烯（EVA）薄膜，这些专用于覆盖塑料薄膜大棚的棚膜，其耐候性及其他性能均与非棚膜有一定差别。

（6）铁丝铁丝粗度为16号、18号或20号，用于捆绑连接固定压杆、拱杆和拉杆。

（7）门、窗大棚两端各设供出入用的大门，门的大小要考虑作业方便，太小不利于进出；太大不利保温。

三、主要代表型温室和大棚结构

（一）GP系列镀锌钢管装配式大棚

(二)节能型日光温室

1．一面坡日光温室这是鞍山及北京、天津等地最早应用的充分采光、不进行人工加温的温室。

2．立窗式日光温室如辽宁省瓦房店的琴弦式薄膜日光温室、山东寿光立窗式日光温室。

3．拱圆型节能日光温室这是将前面设为拱型，其骨架可用竹木、钢筋混凝土和钢管架材料。

（三）现代化温室

1．屋脊型连接屋面温室荷兰温室是屋脊型连接屋面温室的典型代表。

2．华北型连栋塑料温室其骨架由热浸镀锌钢管及型钢构成，透明覆盖材料为双层充气塑料薄膜。

第二节温室和大棚的设计步骤

温室和大棚的设计与一般建筑物类似，都是以结构物的用途、规模、场地等基本条件为基础，要建造坚固、安全、经济、实用的温室和大棚，必须进行细致的设计工作。设计常包括结构计划、结构计算，完成设计文件和进行工程造价计算等四个步骤。

（一）结构计划

结构计划是按给定的条件对温室结构及形式等作初步选择工作。

（二）结构计算

结构计算是根据民用与工业建筑规范进行的。

（三）完成设计文件

设计文件包括设计图、说明书和结构计算书等，是指导施工和签订施工合同的主要依据。

（四）造价计算

第三节温室荷载

一、荷载及分类

作用在温室、塑料棚结构上的外力统称荷载。荷载有自然荷载（风载、雪载、地震力等）和人为荷载（堆物、吊重、检修荷载等）。

温室荷载有3种分类方法

二、荷载的组合

在结构上往往同时作用着几种不同性质的荷载，应考虑它们总的作用和对结构产生最不

利的情况，这就是荷载的组合问题。温室、塑料棚设计荷载的组合有以下几种情况，应取其最不利的情况进行设计：

1. 恒载+雪载；

2.恒载+风载；

3.恒载+活载（建筑物施工或维修时的吊重荷载）；

4.恒载+作物吊重。

三、恒载

（一）固定荷重（G）

指温室和大棚的构架重量以及覆盖物的重量，又称自重。

（二）作物荷载（V）

大致每m2按150N计算，即床面积1m2，其作物荷载为150N，架上先拉水平线再吊时，在水平线的固定处产生张力T。所以，设计时还要考虑固定处的水平力（H）。

四、雪荷载（S）

雪荷载是作用在屋面上的垂直荷载。积雪的程度不但与降雪量有关，而且与屋面的形状和坡度有关系。屋面坡度、拱度愈大，积雪愈浅，雪压愈小。但是连跨的屋面天沟处容易造成雪堆，使局部雪压增大。

五、风荷载

风对建筑物产生的压力大小决定于风速。风速是经常变化的，它可以用两种方法来表示：即在一定时间内的平均风速和瞬时风速。在设计计算中常采用前者。风速还与距离地面的高度有关，离地面越高，风速愈大。

第四节主要构件的设计

温室的承重结构是由檩条、屋架、柱、基础等部分组成。屋架承受风荷载、雪荷载以及屋面材料的重量。屋架受力后，连同它本身的自重把力传给柱子。最后由柱子再传给基础，由基础再传给地基。支承这些荷载而起承重作用的就称为结构，结构的各个组成部分称为构件。结构（构件）在承受荷载时，如果受力过大，超过了它的承载能力，就有可能造成温室、塑料棚的较大变形，甚至破坏倒塌。为了保证使用过程中的安全，符合经济、实用的要求，我们就必须对温室、大棚的构件进行设计，并对各构件受力后的情况进行分析计算，从而决定它的形状和尺寸。

一、与设计计算有关的几个基本概念

（一）外力及其简化所谓外力就是指那些作用在我们所要研究设计的构件上的力。

外力一般分为集中力和分布力两种。

集中力就是力作用在结构上的面积远小于结构的表面积，可认为力是作用在结构的一点上。

分布力就是力作用在构件较大的一个范围内（一块面积或一段长度），根据力作用在构件上的均匀性，又可分为均布力和不均布力。

（二）变形和内力构件受外荷载作用时要发生形状或尺寸的改变，这种改变称为变形。在外力使构件发生变形的同时，构件内部分子之间就随着产生一种抵抗力，这种抵抗力就叫做内力。所以说内力是用来抵抗外力对构件的变形，并且力图使构件变形部分恢复原来的尺寸和形状的力

（三）应力和应变作用在单位面积上内力的大小称作“应力”，单位用N/m2表示。

应变即单位长度内的变形，是无量纲的量。

（四）支座的简化和支座反力无论是温室还是塑料棚或其他保护地建筑结构，都必须安置在一定的支承物上，这样才能使整个结构稳固，这类支承物均称为支座。