連棟溫室常見柱腳連接方式探析

張秋生 徐開亮

概論

與傳統的日光溫室相比，連棟溫室具有施工速度快、土地利用率高、工廠化生產程度高、室內溫光環境均勻等優點，易于實現標準化設計和管理。此外，連棟溫室具有外型美觀、內部方便分區管理的特點，除用于花卉、蔬菜、水果種植外，還廣泛用于科研、生態餐廳、花卉展銷市場、觀光展示、種苗繁育、特種養殖等。從國內外設施農業發展情況看，現代化智能連棟溫室代表了設施農業最高水平。

不少溫室從業人士常比較連棟溫室單位面積用鋼量，但討論溫室連接節點的并不多見。連棟溫室屬于輕鋼結構類型，連接節點很多，節點設計和施工質量的好壞對溫室使用壽命影響很大，因此連接節點的設計和施工是溫室工程中的重要內容。工業與民用建筑鋼結構設計理念是在滿足承載力要求的前提下，做到強節點弱構件，即要使節點的承載力大于構件的承載力，以保證構件先于節點破壞。節點設計合理對國家來講可以節約資源，對施工單位來講可降低成本，也是一種隱形的利潤。從一些倒塌的溫室看，固然有風、雪等荷載過大的外在自然因素，但或多或少存在節點處理不好的內在因素。

連棟溫室柱腳連接節點是主要節點之一，常見的柱腳連接節點有很多連接方式，均是設計單位根據溫室類型、尺寸、各種荷載、施工單位習慣做法等因素確定的。本文將對實際中見到的柱腳節點連接方式從施工工藝特點、優缺點等方面進行簡單分析。

連棟溫室柱腳連接方式分類

連棟溫室柱腳連接方式根據受力計算分為兩種，即剛接（固結）和鉸接。兩者區別是：剛接除了能承受軸心壓力和水平剪力外，還能承受彎矩，鉸接僅能承受軸心壓力和水平剪力，立柱可自由轉動，不能承擔彎矩。對于基礎以上部分完全相同的連棟溫室，剛接柱腳的基礎大于鉸接柱腳。半剛性連接則介于二者之間，在設計規范中并沒有反映出來，也就是在施工中做半剛性連接的理論依據還不是很成熟，業內也尚未達成共識。

連棟溫室柱腳常見連接方式

立柱與預埋螺栓（扁鋼）連接

施工方法為基礎頂部有預埋螺栓（扁鋼），立柱底板（立柱根部）有安裝孔，現場直接緊固即可，是目前最常用的連接方式。按預埋螺栓的數量又有以下幾類：

◆ 1個預埋螺栓（有的采用預埋扁鋼）

我國從荷蘭引進的很多溫室和部分國內溫室施工單位采用此種連接方式，文洛型溫室最為常見，見圖1。此種方式是基礎內預留預埋螺栓（扁鋼），一次施工完畢，基礎頂部標高即為立柱底部標高，立柱底部與混凝土基礎直接接觸，傳遞荷載，為典型的鉸接方式。由于立柱不承受任何方向的彎矩，安裝時需要和桁架等構件預先在地面拼裝，形成龍門架后立起來，再與預埋螺栓角鋼固定。

采用此種方式，在正常情況下，現場無焊接作業，對鋼構件鍍鋅層無影響，真正實現工廠化生產，現場組裝。但其對基礎施工質量要求很高，因連棟溫室一般建設面積較大，室內立柱很多，基礎施工完畢后，立柱在水平方向調整余量很小，鋼結構安裝過程中可能立柱水平方向尺寸累積誤差很大，甚至超出要求很多，受上部鋼結構的限制，最后安裝的部分立柱無法安裝，只能把基礎挖出（主要是獨立基礎）重新定位或者重新進行基礎施工，嚴重影響工期，見圖2。其次，基礎頂面實際標高偏差超出設計標高要求時不好調整，如基礎頂面實際標高高于或低于設計標高時，施工單位應把基礎挖出，降低或提高基礎頂面標高。但基礎頂面實際標高低于設計標高時，有施工單位為圖省事，用水泥砂漿調整標高，從外觀上看似乎達到了標高要求，實際上水泥砂漿在此處的副作用顯而易見，混凝土基礎頂面與立柱底部為間接接觸，無法作為立柱的直接支承面，無法保證將上部結構傳來的荷載準確地傳遞給基礎，有可能造成立柱失穩，導致溫室倒塌，見圖3。

◆ 2個預埋螺栓（有的采用2個鋼膨脹螺栓）

此種連接方式雖可承受一個方向的一定彎矩，但承載能力很小，應視為鉸接方式，其特點與1個預埋螺栓基本相同，見圖4。國外引進的一些文洛型溫室，立柱在條形基礎上使用鋼膨脹螺栓固定，但基于國內基礎施工水平和相關標準對鋼膨脹螺栓的使用場合規定，在溫室中是否采用鋼膨脹螺栓應有足夠的理論計算或實踐驗證。

◆ 4個地埋螺栓

此種連接方式與民建的輕鋼結構施工方法類似，基礎分兩步施工，見圖5。國內某施工單位根據溫室內立柱多的特點，創造了獨特的施工方法，即根據溫室跨度和開間數量，配備一定數量的工藝安裝板，板上已劃出安裝縱橫十字線，且板上孔大小和位置與立柱底板安裝孔完全一致，板定位時上下表面都有螺母，上表面4個螺母用于固定立柱底板，下表面4個螺母用于調整工藝安裝板標高，板底面標高即為立柱底板標高。

施工順序為：驗槽并進行地基處理后，以天溝方向相鄰幾個軸線的基礎為一組，以組為單位進行施工，每組所有立柱位置留預埋螺栓，并安放1個工藝安裝板。混凝土澆筑前定位工藝安裝板中心位置和標高，并用工藝安裝板下面的某一個螺母作為立柱底部標高標記（這個螺母在后續施工過程中始終保持固定，其余3個螺母均可用于微調，主要是調整立柱垂直度），工藝安裝板中心位置和標高在混凝土澆筑時要求保持不變。第一次澆筑混凝土時，要求混凝土頂面標高低于設計標高40～60 mm，回填土作業完成后撤走所有工藝安裝板，用于下一組基礎的施工定位，直至基礎第一次澆筑全部完成；將所有立柱、天溝、桁架等主要構件全部安裝就位并檢驗合格后，用細石混凝土進行二次澆注，將立柱底板與基礎頂面之間的空隙填實。

此種連接方式相當于半剛性連接，可承受兩個方向的一定彎矩，立柱可獨立安裝，再安裝其他構件，安裝效率高。使用工藝安裝板施工的優點是，標高容易調整；工藝安裝板上孔大小和位置與立柱底板安裝孔完全一致，任何時候都可保證在一組預埋螺栓群內任意兩個預埋螺栓的中心距離不會發生變化，只要保證工藝安裝板水平方向位置準確即可；工藝安裝板還可重復使用；以組為單位順序施工，基礎施工人員可分為兩組，一組為技術工人，主要進行預埋螺栓的施工，工作重點是控制工藝安裝板位置準確，另一組為普通工人，可進行回填土等簡單作業，兩組人員實現流水作業，實現勞動力合理調配，連棟溫室面積越大，效率優勢越明顯。缺點是如果水平方向偏差超過要求時不好處理，只能采用與1個預埋螺栓方式相同的處理辦法，或者把預埋螺栓高于立柱底板部分氣割掉，設法利用搭接法將立柱底板焊接在預埋螺栓的剩余螺桿上。

◆ 4個地埋螺栓和預埋鋼板于一體

此種連接方式是4個預埋螺栓和1個預埋鋼板于一體，提前在工廠焊接為一個整體，在現場一次澆筑到位，預埋鋼板頂部標高即為立柱底部標高，見圖6。此種連接方式相當于半剛性連接，可承受兩個方向的一定彎矩，立柱可獨立安裝，再安裝其他構件，安裝效率高。當鋼結構安裝后期，安裝積累誤差超過要求時，把預埋螺栓露出預埋鋼板部分氣割掉，立柱與預埋鋼板焊接，對水平方向偏差較大時可有一定的適應性。預埋鋼板實際標高偏差低于設計標高要求時，可加鋼板調整。缺點是如果預埋鋼板實際標高高于設計標高，則不好處理。

立柱與預埋鋼板現場焊接

施工方法為基礎頂部留有預埋鋼板，無預埋螺栓，預埋鋼板上表面標高即為立柱底部標高，一次澆筑到位，立柱底板和預埋鋼板現場焊接，見圖7。優點是立柱軸線位置在水平方向偏差較大時可有一定的調整，預埋鋼板標高為負偏差，立柱安裝時可在預埋鋼板上加薄鋼板調整，采用此種方式主要原因是因為基礎施工質量較差。缺點是如果預埋鋼板實際標高高于設計標高，則不好處理；采用現場焊接，原有鍍鋅層被破壞，同時還影響焊接質量，焊后需要進行二次防腐處理，防腐效果比熱浸鍍鋅差。溫室立柱壁厚大多在2.5～4 mm之間，如果立柱底部沒有焊接鋼板，直接與預埋鋼板焊接，對立柱底部性能影響更大，如果立柱底部焊有厚鋼板，厚鋼板直接與預埋鋼板焊接，焊接作業只是破壞厚鋼板的鍍鋅層，對立柱本身性能無影響，相比而言焊接厚鋼板要好的多，但還是無法解決二次防腐的問題。十幾年前建設的連棟溫室肩高在4 m左右、開間4 m居多，立柱截面尺寸、高度、質量都不大，此種方式施工比較方便。近幾年，由于景觀溫室、生態溫室餐廳、展銷溫室等各種用途的溫室興起，溫室建設普遍向高大化發展，肩高達到6 m、8 m，有的甚至超過10 m，開間方向也在加大，達到8 m甚至更大，溫室內立柱減少，導致立柱截面尺寸、質量比原有立柱大很多，而溫室鋼結構施工很少使用大型機具，立柱固定時穩定性變差，施工存在危險性。

連棟溫室鋼結構安裝采用螺栓連接，現場組裝，業內有一種觀點認為，與柱腳采用焊接相比，柱腳采用預埋螺栓更方便拆除，異地重建。但筆者認為此觀點值得商榷，首先是為什么要異地重建，筆者認為非技術因素可能是造成異地重建的原因，如商務糾紛、市場變化、經營管理不善、缺乏規劃等，有的是不得已而為之，有的是有意而為之。其次是拆遷成本，如果施工階段需要異地重建，造成的損失要少一些，但一定是某個方面出現問題。如果連棟溫室已經使用幾年或十幾年以上，或許得不償失。基礎、混凝土地面及水池等無法移走，只能產生建筑垃圾；按近幾年的行情看，鋼結構部分的造價約每平方米一百多元，占溫室總造價比例不高，螺栓等連接件會有銹蝕，拆除不一定容易，且拆除作業對構件會產生變形等傷害，尤其是溫室大量采用自攻自鉆釘現場施工，如溫室構件之間連接、塑料溫室卡槽與溫室構件、玻璃溫室及陽光板溫室鋁合金與溫室構件連接、供水管線、供電線槽固定、很多溫室設備系統的小部件固定等，對鋼構件的傷害甚大，異地重建對第1次傷害無法進行修復，還會造成二次傷害；供水、供暖、供電、灌溉管線等，經過幾年使用，拆除后能否重復利用有待考證；對于溫室上應用最廣的3種覆蓋材料，塑料薄膜本身幾年一換，不存在拆除問題，玻璃如果拆除、二次運輸安裝，破損問題無法避免，陽光板現有常見的固定方式除采用鋁合金型材外，也大量使用自攻自鉆釘鉆孔后與鋼構件直接固定，決定了不應進行拆除和二次利用。綜合看，連棟溫室異地重建于國于民無利，從這個角度看柱腳采用預埋螺栓連接和焊接相比無優勢可言。從技術角度看溫室鋼結構常年處于高溫高濕的環境下，對防腐的要求很高，鋼構件采用熱浸鍍鋅防腐處理工藝，現場組裝，柱腳采用焊接作業，防腐性能變差，因此基礎施工質量如果能夠得到保證，采用預埋螺栓連接方式應優于采用焊接方式。

預埋鋼管

此種方式國內應用較少，一般應用于連棟塑料薄膜溫室，對基礎施工的精準度要求低，見圖8。施工方法為：預埋鋼管與基礎同時施工，預埋鋼管比立柱直徑稍大，或者與立柱直徑相同，預埋鋼管進行縮徑處理，立柱根部和預埋鋼管都留有螺栓孔，立柱插入后用螺栓固定。

此種方式可鉸接或剛接，我國農業行業標準規定，傳遞彎矩的預埋鋼管要保證上部鋼柱插入預埋鋼管的有效深度不小于預埋鋼管外管徑的4倍，上部鋼柱與預埋鋼管間隙不大于2 mm。

立柱與基礎一體化施工

此種連接方式為剛接，施工方法為立柱與基礎同時施工，養護到一定強度后再安裝天溝等構件。此種連接方式應用不多，多應用于連棟塑料薄膜溫室，對基礎施工的精準度要求低。由于立柱與基礎澆筑為一體，施工完畢后固定不動，天溝作為連接構件在空中順延連接一直到兩端山墻，如天溝方向立柱間距累積誤差超出要求，山墻會出現傾斜，很難調整。圖9為某施工工地采用立柱與基礎一體化施工。正常施工應先支模板，再澆筑混凝土，最后分層回填土，且夯實，保證一定的壓實系數。實際施工過程中施工單位偷工減料，直接挖坑，然后澆筑混凝土，但遺憾的是挖坑很隨意，毫無章法，基坑形狀、大小不一，上大下小，導致每個基礎尺寸、形狀、砼用量都不同，溫室抗傾覆能力極差，甚至出現鋼結構施工完畢而塑料薄膜尚未覆蓋就被大風吹倒的悲劇，屬于典型的豆腐渣工程，教訓極其深刻。

基礎施工注意事項

目前，我國連棟溫室鋼結構構件完全實現了工廠化生產，構件加工誤差可控制在比較好的水平，而基礎為現場施工，受諸多因素影響，施工質量不盡人意。《鋼結構工程施工質量驗收規范》GB 50205-2001對基礎支撐面和預埋螺栓位置允許偏差規定為主控項目，要求驗收時全部合格。與工業與民用建筑鋼結構相比，溫室室內立柱更多，基礎施工屬于隱蔽工程，質量控制更為重要，我國農業行業標準《溫室地基基礎設計、施工與驗收技術規范》NY/T 1145-2006對基礎施工做了詳盡的規定，是在征求國內溫室設計、施工、監理單位意見后編制的。施工單位只要精心施工，完全可以實現基礎施工質量達到該標準要求，保證溫室后續安裝工程順利完成。針對一些在溫室施工和使用中看到的問題，建議業內相關人士，在溫室設計和施工時需要考慮如下注意事項。

防止柱腳被水浸泡和濕潤土壤包圍

溫室用于種植時，如果柱腳標高與室內種植地面基本相同或高出很少，或者業主自行把種植地面提高，灌溉時柱腳難免處于潮濕狀態；一些用于參觀展示的溫室，處于美觀性考慮，把溫室常用的外漏式柱腳藏到水泥地面以下；一些溫室內設置有景觀水池和景觀花壇，柱腳被水浸泡或被花壇圍住，這些做法都會造成柱腳銹蝕，影響溫室鋼結構使用壽命，見圖10。正確的做法是設計時柱腳標高高于室內種植地面，一般高300～500 mm，或者對柱腳進行混凝土包腳處理，見圖11；用于參觀展示的溫室，盡量保證室內柱腳高于地面，且不低于100 mm，可在柱腳周圍擺放花盆等措施彌補美觀缺陷，如果無法避免柱腳藏到水泥地面以下，亦應該對柱腳進行混凝土包腳處理，厚度不少于50 mm，高于地面不少于150 mm；對于在景觀水池中的立柱，柱腳標高應至少高于水面200 mm，禁止被水浸泡，對于在景觀花壇中的立柱，應先進行混凝土包腳處理，再填充種植土壤，包腳應高出種植土壤200 mm以上。

施工時保護好預埋螺栓的螺紋

在澆筑混凝土前，有螺紋的部分涂抹適量的黃油，防止銹蝕，并用塑料布包裹，以避免混凝土澆筑時砂漿影響螺紋，導致安裝時螺母不易擰入；鋼結構安裝時，要防止立柱、桁架等構件水平側向沖擊力撞傷地腳螺栓螺紋；立柱底板垂直對準預埋螺栓后，再緩緩下落就位。

鋼結構安裝與基礎施工協調配合

由于我國幅員遼闊，連棟溫室與民用建筑相比，具有專業性強的特點，少數溫室施工單位可做到全部工程施工，對基礎施工質量可以做到很好。但大部分溫室施工單位只負責地上部分施工，基礎施工交由項目所在地土建施工單位，有的土建施工單位對溫室特點不甚了解，對基礎施工質量控制不嚴，甚至用沒有資質的施工隊進行施工，人員水平參差不齊，或沒有看懂圖紙或沒有領會圖紙要求，憑經驗施工，給后續的鋼結構、覆蓋材料及設備的安裝帶來很大的麻煩。如個別基礎支撐面標高和預埋螺栓位置偏差甚至超過了

100 mm；溫室大多通過基礎找坡，有施工單位將基礎標高做成相等或波浪形，造成返工；圖9所示的施工質量之差，非親眼所見，否則無法想象會有這種現象發生，而且此類施工質量在不同的工地均會發生。因此溫室設計或施工單位在基礎施工之前，應與土建施工單位交底或強調，哪些工作內容需要重點注意；土建施工過程中最好派技術人員進駐現場，對關鍵環節施工進行指導與把控；《溫室鋼結構安裝與驗收規范》NY/T 1832-2009規定了溫室鋼結構安裝應在溫室地基基礎驗收合格后進行，溫室施工單位在安裝鋼結構前應在接收基礎驗收材料的同時，對基礎進行全方位的復核，取得真實有效的數據，做到心中有數，提前做好糾偏措施。通過各項管理措施，避免溫室后續施工過程中產生不必要的麻煩。

作者簡介：張秋生（1970-），男，山西太谷人，高級工程師，大學本科，學士，研究方向為溫室工程設計和園藝裝備開發。參與了4項住建部國家標準和13項農業行業標準的制修訂工作，所在團隊獲2011～2013年度全國農牧漁業豐收獎農業技術推廣成果獎二等獎。