熱帶新型抗臺風大跨度平頂網(wǎng)棚設計

楊小鋒+劉建+曹明+楊光華+張雪彬

著海南設施農(nóng)業(yè)的不斷發(fā)展，設施利用也逐步趨向周年性，但設施塑料大棚的抗風性能與建造質(zhì)量良莠不齊，致使農(nóng)業(yè)設施遭受臺風影響和破壞越來越大，如康森、山神、威馬遜等多個臺風從海南登陸，給當?shù)卦O施農(nóng)業(yè)造成嚴重影響。而針對海南臺風季節(jié)設施抗風性的研究還較少，因此加強海南設施抗風性研究，研發(fā)海南專用抗風型設施成為亟待解決的問題。筆者通過實際調(diào)研，結(jié)合熱帶氣候條件和棚型結(jié)構(gòu)的幾何尺寸、材料、力學分析、種植需要及功能等因素，開發(fā)出了一種熱帶新型抗臺風大跨度平頂網(wǎng)棚。

平頂網(wǎng)棚的設計

設計參數(shù)

恒荷載：0.06 kN/m2，含鋼骨架自重；

活荷載：0.05 kN/m2，平棚主要針對海南番木瓜和蔬菜設施生產(chǎn)，不考慮作物吊重；

風荷載：0.75 kN/m2，相當于12級風速。

幾何尺寸

平頂網(wǎng)棚跨度12 m，開間5 m，頂高3 m（圖1），連棟和開間數(shù)可根據(jù)實際地形情況確定，但單個平頂網(wǎng)棚的建設面積應小于3000 m2。側(cè)墻副立柱高度2.5 m，平頂網(wǎng)棚四周斜拉索距四周立柱距離為2.5 m。

力學分析計算

◆ 荷載標準值分析計算

恒荷載q1、活荷載q2、風荷載q3分別計算如下：

（1）恒荷載q1：0.06 kN/m2；

（2）活荷載q2：0.05 kN/m2；

（3）風荷載q3：根據(jù)網(wǎng)棚外覆蓋的形式，防蟲網(wǎng)在直立墻面與屋頂平面，防蟲網(wǎng)的阻風系數(shù)λ按0.3計取，荷載體形系數(shù)分別為：迎風面us1=0.8、背風面us2=-0.5、屋頂面us3=-1.3[1]，風壓高度變化系數(shù)uz=1.0、基本風壓w0按前述風荷載值取0.75 kN/m2。則迎風面、背風面、屋頂面風荷載計算值分別為：

q31=λw0uzus=0.3×0.75×1.0×0.8=0.18 kN/m2

q32=λw0uzus=0.3×0.75×1.0×（-0.5）=-0.1125 kN/m2

q33=λw0uzus=0.3×0.75×1.0×（-1.3）=-0.2925 kN/m2

◆ 荷載設計值計算

考慮最不利組合為：恒載+風荷載。風荷載為主導荷載，由可變荷載控制效應設計值的計算公式及相關的計算方法計算荷載設計值。

Sd=ΣγGj SGjk+γQ1γL1SQ1k+ΣγQ1γLiΨciSQik [1]

計算時，結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)ε取值為0.95；恒荷載對結(jié)構(gòu)有利，分項系數(shù)γGj取值為1；風荷載和活荷載的分項系數(shù)γL1、γLi取值為1.4；第i個可變荷載的組合值系數(shù)Ψci取值為0.7；開間L=5 m。計算各荷載設計值如下：

（1）恒荷載設計值Q1：

Q1 = εLΣγGj SGjk=0.95×5×1.0×q1=0.285 kN/m

（2）活荷載設計值Q2：

Q2 = εLΣγQi γLiΨciSQik=0.95×5×1.4×0.7×q2=0.233 kN/m

（3）風荷載設計值Q3：

Q31 = εLγQ1 γL1SQ1k = 0.95×5×1.4×q31=1.197 kN/m

Q32 = εLγQ1 γL1SQ1k = 0.95×5×1.4×q32=-0.748 kN/m

Q33 = εLγQ1 γL1SQ1k = 0.95×5×1.4×q33=-1.945 kN/m

◆ 材料強度設計

將上述設計值加載到結(jié)構(gòu)模型上，通過結(jié)構(gòu)計算軟件計算得到各構(gòu)件的內(nèi)力，并計算各自的應力，見表1所示。各自計算應力小于材料的強度設計值，同時滿足容許長細比條件（邊側(cè)立柱[λ]=150，中部立柱[λ]=200，中部立柱內(nèi)力較小，適當提高了其容許長細比），說明滿足設計條件。

材料參數(shù)

◆ 基礎

平頂網(wǎng)棚屋頂以風吸力為主，在進行基礎設計時，基礎抗拔是其計算的限制條件。依據(jù)公式[2]對基礎的上拔力進行驗算，根據(jù)計算結(jié)果：立柱基坑設計為

500 mm（L）×500 mm（W）×600 mm（H），斜拉柱基坑設計為700 mm（L）×700 mm（W）×700 mm（H），基礎采用C20混凝土現(xiàn)澆。

◆ 主體骨架

主立柱采用Φ60×2 mm的熱鍍鋅管，四周邊立柱采用Φ90×2.5 mm的熱鍍鋅管。

◆ 拉索

棚頂采用2條Φ9 mm的熱鍍鋅鋼絞線，鋼絞線的跨中垂度f為0.2m，四周斜拉采用1條Φ6mm的熱鍍鋅鋼絞線。采用固定件與立柱連接固定（圖2～5），鋼絞線采用拉力器拉緊。

◆ 覆蓋材料

棚頂及四周采用標準40目白色防蟲網(wǎng)覆蓋，防蟲網(wǎng)采用扎帶綁扎于鋼絞線上。

平頂網(wǎng)棚材料清單

本計算實例所采用的平頂網(wǎng)棚長度60 m，寬度25 m，計算面積60 m×25 m=1500 m2。計算結(jié)果如表2所示：

結(jié)論

本設計平頂網(wǎng)棚特點主要為：①跨度大，空間結(jié)構(gòu)合理，便于機械化作業(yè)；②采用大基礎和鋼絞線雙層加固，穩(wěn)定性能好，抗風能力強；③覆蓋防蟲網(wǎng)，不僅可顯著減少病蟲害發(fā)生，而且能夠降低雨水對番木瓜和蔬菜的沖刷；④裝卸便捷，維護方便。

參考文獻

[1] 中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設部，中華人民共和國國量監(jiān)督檢驗檢疫總局.建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范：GB 50009-2012[S].2012.

[2] 周長吉.溫室工程設計手冊[M].北京：中國農(nóng)業(yè)出版社，2007：78-79.

*項目支持：國家科技支撐計劃資助項目（2014BAD05B04）；

海南省應用技術(shù)研究與開發(fā)專項（ZDXM2015028）；海南省自然科學基金項目（20153058）。

作者簡介：楊小鋒（1977-），男，陜西西安人，研究員，研究方向：設施園藝。

**通信作者：劉建（1982-），男，四川綿陽人，副教授，研究方向：農(nóng)業(yè)設施結(jié)構(gòu)工程與規(guī)劃、設計。