基于ANSYS的溫室框架結構分析

馬文鵬

（東北林業(yè)大學，黑龍江 哈爾濱 150040）

近些年，隨著我國經濟的發(fā)展，北方地區(qū)溫室的應用日益增加。用采光覆蓋材料作為全部或部分圍護結構材料，可以在寒冷季節(jié)滿足植物栽培和生長的建筑稱為溫室。溫室作物給北方農民帶來了巨大的經濟效益。大量農民建造溫室缺乏對結構強度的掌握及科學的理論指導，導致溫室在應用中事故頻發(fā)。特別是東北地區(qū)冬季的大雪造成溫室的坍塌。除此，結構的不合理也造成事故屢次發(fā)生，因此通過對溫室框架結構的分析，為框架結構的改進提供理論依據(jù)和科學指導。

1 溫室框架結構的設計依據(jù)

（1）溫室的荷載。溫室荷載是溫室設計的基本依據(jù)，是保證結構安全的首要因素。溫室的荷載主要取決于風荷載和雪荷載。風荷載取決于風荷載體型系數(shù)、風壓高度變化系數(shù)、基本風壓。對于基本風壓和風壓高度變化系數(shù)，在荷載規(guī)范中有明確的規(guī)定；對于風荷載體型系數(shù)的取值方法不適合溫室。對于雪荷載，分為基本雪壓和屋面積雪分布系數(shù)。《溫室結構設計荷載標準》(GB/T18622-2002)中，確定30年一遇最大積雪量自重為基本雪壓，并給出坡屋面積雪分布系數(shù)μz的取值方法，其中給出的單跨拱形屋面系數(shù)與日光溫室結構相似。

（2）溫室的采光屋面角、脊高、跨度和后屋面仰角。溫室的采光屋面角、脊高、跨度和后屋面仰角彼此相互制約，其中脊高和跨度彼此配合從而對光角與采光面的形狀產生了一定的影響。對于跨度已經確定的條件下，采光面的高度直接取決于后屋面和采光面的比例。上述4個因素對溫室的操作空間及采光共同作用，產生影響。脊高一定，跨度過大，采光屋面角隨之降低，溫室難以獲得最佳采光效果，跨度過小,溫室有效利用面積減少。

2 基于ANSYS的日光型裝配式溫室的分析

（1）結構尺寸參數(shù)的確定。本文以日光型裝配式溫室為例進行有限元分析，溫室為7.5m跨，具體尺寸說明如圖1所示。

圖1 跨度7.5m日光型裝配式溫室結構尺寸

（2）模型的建立及網格的劃分。參照圖1所示的尺寸參數(shù)，在Pro/E5.0中建立模型，將模型保存為*.x_t文件。將該文件導入ANSYSWorkbench14.1中，對模型材料進行定義，定義材料為結構鋼，并對模型進行網格劃分，如圖2所示。

（3）模型的加載及分析。設相鄰兩框架間距為1m，參考雪的密度為0.1g/cm3，則作用在每根模型上的壓力為3500Pa。通過對模型的加載，得到模型的應力、應變及總變形量的效果圖，分別如圖3、4及5所示。通過對效果圖分析可知，模型的變形量出現(xiàn)在中間跨度較大的位置以及有急劇變形的位置，變形量較大。中間跨度較大的位置沒有足夠的支撐，彎度較大的位置是結構內部的應力集中造成的，因此溫室結構鋼框架在使用中，應避免鋼體的彎度過大，產生應力集中。同時對于跨度較大的位置可以增加加強筋或者橫向固定梁等來解決這一問題。

圖2 模型網格劃分

圖3 模型應力圖

圖4 模型應變圖

圖5 模型總變形量圖

3 結語

通過對北方溫室框架結構的分析，參考了溫室的荷載，即雪載和風載以及溫室的采光屋面角、脊高、跨度和后屋面仰角，以7.5m跨的溫室框架為例，在Pro/5.0中建立了框架模型，并將該模型導入到ANSYSWorkbench14.1中。通過對模型的加載分析，得到了模型的應力、應變及總變形量效果圖。通過對圖的分析，得到了框架受載后的變形位置及效果，驗證了使用ANSYSWorkbench分析溫室框架力學特性的可行性，為框架結構的改進提供理論依據(jù)和科學指導。

[1]高偉，郭師虹.溫室結構快速建模方法的研究[J].山西建筑，2007，3(36):360~361.

[2]宋明軍,趙鵬.西北X-GV 型大跨度日光溫室設計建造及實踐[J].農業(yè)工程技術-溫室園藝,2006，(7):1-18.