活動防雨棚設計與分析

楊柯 王儉 何凡 呂軍 李道元

摘要：在2022年中央一號文件提出全面實施種業振興行動方案的背景下，農作物品種測試工作起到的作用愈發關鍵，活動防雨棚作為一種在品種抗旱性測試中廣泛應用的農業設施建筑，目前沒有成熟的設計方案，亟需設計上的理論指導。通過對目前國內活動防雨棚的基本類型和結構體系進行歸納總結，以廣東省湛江市12m跨度活動防雨棚設計為分析案例，梳理相關規范的條文及說明，提出設計年限為20年；設計基準期取30年；建筑結構安全等級取三級；結構重要性系數取0.90等建議。建立結構模型進行分析計算，選取合理的構件規格尺寸，統計相應用鋼量，提出設計時的注意事項及相應解決方案，為今后活動防雨棚的設計提供借鑒作用。

關鍵詞：活動防雨棚；抗旱性測試；應力分析；抗風措施

中圖分類號：S26

文獻標識碼：A

文章編號：20955553 （2023） 12026907

Design and analysis of movable rain shed

Yang Ke， Wang Jian， He Fan， Lü Jun， Li Daoyuan

（Zhongnong Guoke （Nanjing） Planning and Design Co.， Ltd.， Nanjing， 210014， China）

Abstract：

In the context of the full implementation of the action plan for the seed industry revitalization proposed in the No. 1 Central Document in 2022，the role of crop variety testing is increasingly critical. As an agricultural facility building widely used in the drought resistance test of varieties， there is no mature design scheme at present， and the theoretical guidance of design is urgently needed. This paper summarizes the basic types and structural systems of current domestic movable rain shed. Taking the design of 12-meter-span movable rain shed in Zhanjiang City of Guangdong Province as an analysis case， combing the provisions and instructions of relevant specifications and the design period is proposed to be 20 years， the design base period is 30 years， the safety level of the building structure is three， the structural importance coefficient is 0.90. The structural model is established for analysis and calculation， the reasonable size of the components is selected， the corresponding steel consumption is counted， and the precautions and corresponding solutions in the design are put forward， which can provide reference for the design of the movable rain-proof shed in the future.

Keywords：

movable rain shed; drought resistance test; stress analysis; wind-resistant measure

0 引言

近年來，為了解決我國種業被國外壟斷企業“卡脖子”的現象，中央政府加快了實施“種業振興”戰略的步伐。2021年，中國頒布《種業振興行動方案》，將種源安全明確為國家安全戰略，提出要全面加強種質資源保護利用，大力推進種業創新攻關，扶持優勢種業企業發展，提升種業基地建設水平，嚴厲打擊套牌侵權等違法行為。2022年3月，國家正式施行新《種子法》，中國現代種業的發展有了法理依據。2022年4月，習近平總書記在海南省三亞市崖州灣種子實驗室考察調研時強調：“只有用自己的手攥緊中國種子，才能端穩中國飯碗，才能實現糧食安全。種源要做到自主可控，種業科技就要自立自強”［1］。

品種測試工作作為種業鏈條中游樞紐，為新品種的審定和推廣提供了科學依據，是實現“種業振興”的主要環節和支撐保障。目前，中國已初步形成了由1個中心、27個分中心、6個測試站組成的農作物品種測試體系。抗旱性測試是品種測試工作的重要組成部分，中國人均水資源量匱乏，僅為世界平均水平的1/4，2021年中國農業用水量為3.6443×1011m3，占全年用水總量的61.5%［2］。灌溉用水和自然降水利用效率低下，用水浪費現象嚴重，提高農業用水的利用率迫在眉睫。蒸發蒸騰量試驗可以準確估算作物的蒸發蒸騰量，從而推斷出作物的消耗用水量，是制定地區水利規劃以及灌排工程規劃的基本依據。根據SL 13—2015《灌溉試驗規范》中作物蒸發蒸騰量試驗設施的要求，建設蒸滲儀（包括測坑和測筒）時，其上宜附設活動防雨棚［3］。活動防雨棚起到人為控制降雨量、創造干旱條件的作用，同時便于調節水分脅迫時間，為保障作物抗旱性鑒定的測試效果提供了必要條件。活動防雨棚在農業方面也有廣泛的應用，其中之一是在多雨的夏秋季節，利用其頂部和四周的覆蓋材料，借以改善棚內小氣候，使作物免遭雨水直接淋襲，可以實現避雨栽培，避免暴雨對蔬菜等園藝作物生長發育產生的不良影響。

目前國內活動防雨棚大部分由建設單位招標采購，中標設備廠家直接施工安裝，并沒有經過設計、圖審、驗收等正式工程管理流程，缺乏理論支撐和計算論證，為使用階段留下了安全隱患，常有暴雪壓塌、臺風吹倒等事故發生。對于活動防雨棚目前鮮有設計方面的研究，原因在于并無相應的規范標準，也缺乏配套的軟件模塊。本文對常用活動防雨棚的現狀情況及基本構成進行簡要論述，并結合建設項目中活動防雨棚的設計作為實際案例，通過理論計算分析活動防雨棚的結構特性，闡述活動防雨棚的設計思路與設計要點，為今后活動防雨棚的設計工作提供參考。

1 活動防雨棚結構

1.1 基本類型

活動防雨棚種類繁多，從外形樣式上主要分為屋脊形和圓拱形，從構件型材上主要分為鋼筋焊接桁架結構和鍍鋅鋼管結構，從使用功能上主要有分為多軌式和單軌式。屋脊形活動防雨棚屋面形狀為人字形，屋面坡度夾角一般為20°～30°，有利于雨雪滑落，但由于風荷載體型系數相對較大，整體結構對風荷載比較敏感，導致用鋼量較大，同時內部凈高也受到一定限制，逐漸被圓拱形活動防雨棚取代。圓拱形屋面活動防雨棚則由于其結構簡潔、受力明確、屋面坡度較平緩，位置靈活，并且用鋼量少、造價低廉［4］，故而應用廣泛。

活動防雨棚早期大多為鋼筋焊接桁架式結構，腹桿與上下弦為現場焊接而成，施工方便但焊縫質量難以得到保障。結構表面防腐處理方法為刷銀粉或刷油漆，防腐效果較差。鋼筋焊接桁架式綜合造價較低。目前活動防雨棚主體材料多選用薄壁鍍鋅鋼管，增強了主體結構的設計強度，也克服了鋼筋桁架表面防腐性能差的問題。

為了實現集約用地，活動防雨棚一般設計成多軌式，根據跨度要求的不同設置軌道的間距，使用時多個活動防雨棚沿軌道縱向展開，平時可沿軌道逐個收起防雨棚，小跨度榀收至大跨度榀內部，層層嵌套。但是部分小規模試驗項目或投資較少的項目仍采用單軌式活動防雨棚。

1.2 關鍵部件

1.2.1 地基基礎

活動防雨棚的基礎通常為混凝土條形基礎，分別設置于兩側立柱軌道下部，基礎寬度根據軌道數量以及軌道間距確定，邊緣與軌道中心距離不宜小于250mm，基礎內鋼筋根據上部荷載計算配置，且需滿足最小配筋率要求［5］，基礎下鋪設C15素混凝土墊層，基礎外側根據場區布置情況設置排水溝、暗溝等排水設施。

1.2.2 運行機構

活動防雨棚的運行機構由運行支承裝置與運行驅動裝置兩部分組成。運行支承裝置承受自重及上部荷載，并將這些荷載傳遞給軌道和基礎，主要包括軌道、車輪與均衡裝置。運行驅動裝置用來帶動上部結構在軌道上的運行，由控制箱、電動機、減速器、制動器組成。

1）運行支承裝置。活動防雨棚的軌道通常根據行走輪的輪壓值選型，一般采用熱軋輕軌。鋼軌與基礎之間設置鋼墊板，鋼墊板通過地腳螺栓、螺母、墊圈等預埋件與基礎固定，鋼軌與鋼墊板焊接，焊接接頭頂面及兩側面磨平。鋼軌兩端設置防撞塊防止車輪滑出，防撞塊內側設置橡膠墊緩沖撞擊力并與鋼軌焊牢。

活動防雨棚的車輪通常用鑄鋼制造，大多采用雙輪緣車輪，車輪直徑大小取決于最大輪壓，車輪直徑一般≤400mm。當單個輪壓過大而超過軌道基礎承載能力時，通常采用增加車輪數量的方法來降低輪壓值。為了使同一支承點下的所有車輪受力均勻，常采用均衡裝置，該裝置是一個杠桿系統，運用杠桿原理可使各個車輪的輪壓相等。

2）運行驅動裝置。活動防雨棚驅動一般由信號輸入經控制箱帶動制動系統工作，驅動電機一般采用“三合一”減速器（圖1），該減速器將減速器、制動器和電動機集成一體［6］。具體構造是電動機與制動器制成一體，直接聯在減速器上，減速器套裝在主動輪軸上，上方有一彈性支承與上部活動防雨棚主體相連。該類減速器優點是結構緊湊、自重輕、裝拆方便、運行平穩、使用可靠，缺點是維修不太方便［7］。活動防雨棚主動輪布局一般為對角布置，帶動從動輪均勻慢速移動。

1.2.3 主體結構

活動防雨棚的主體結構通常采用輕型鋼結構桁架，從位置上分為豎向結構和屋面結構，豎向結構由立柱及其基座、柱間支撐以及墻面檁條組成，屋面結構由桁架梁、剛性系桿、屋面支撐以及屋面檁條組成。

1）豎向結構。活動防雨棚的基座上承鋼立柱，下接行走輪，既承擔上部結構傳來的集中荷載，又將上部荷載依次傳遞給行走輪、軌道以及基礎，是整個結構體系能夠順利移動的關鍵構件，通常選用箱型鋼梁或焊接工字鋼梁。

活動防雨棚的立柱一般采用格構柱（圖2），格構柱由肢件和綴條組成，柱肢為兩根箱型鋼管，斜綴條可用等邊角鋼或方鋼管，兩端焊接于兩側柱肢上，肢件主要承受軸向力，斜綴條主要抵抗側向力。根據實際受力情況，為了施工方便，立柱也可采用一根大尺寸箱形鋼管。鋼立柱上端與桁架梁鉸接連接，下端與基座剛結連接。

立柱之間設置柱間支撐，柱間支撐形式可采用十字形交叉支撐或者人字形支撐，構件可采用等邊角鋼或鍍鋅鋼管，當立柱高度大于柱間距2倍時，柱間支撐宜分層設置，當沿鋼柱高有質量集中點處也應設置相應支撐點［8］。柱間支撐的設置應根據房屋縱向柱距、受力情況和溫度區段等條件確定，一般設置在端部，間距不宜大于45m。

為了固定活動防雨棚的圍護結構，立柱之間必須設置墻面檁條，墻面檁條的間距取決于圍護結構的材料、尺寸及所承受的荷載（墻面檁條承受的豎向荷載包括圍護結構重量及自重，水平荷載主要為風荷載），一般為1～1.5m。墻面檁條型材可選用C型冷彎薄壁型鋼或箱型截面鋼管。

2）屋面結構。活動防雨棚的主要屋面受力構件采用拱形鋼管桁架中的斜腹桿體系（圖3），考慮到拱形鋼結構的平面外穩定，鋼管桁架拱的上下弦及腹桿通常選擇雙軸對稱的圓管或箱型閉合截面，腹桿有時也可采用鋼筋代替鋼管，腹桿與弦桿相貫焊接［9］。拱形桁架結合了拱和桁架的雙重優勢，以其曲線形式實現彎矩向軸力的轉化，具有更高的結構承載效率，常用于大跨度空間結構［10］，如鋼結構體育館和橋梁工程中。

為了減小拱形桁架梁平面外計算長度以及傳遞從山墻傳來的風荷載或地震荷載，使整個屋面系統形成穩定的空間結構，兩榀拱形鋼管桁架之間需設置縱向通長剛性系桿，剛性系桿通常采用上下弦與斜腹桿組成的水平桁架系統，設置間距可根據桁架梁的受力分析合理確定。

為了保證整個屋面系統的穩定及傳遞縱向荷載，在拱形桁架梁的上下弦分別設置屋面水平支撐，屋面水平支撐一般與柱間支撐設置在同一開間，這時屋面水平支撐、柱間支撐以及與之相連接的兩榀屋架形成幾何不變體系，提高整體結構剛度。屋面水平支撐一般按單拉桿設計，材質選擇一級光面鋼筋。

屋面檁條與墻面檁條作用類似，主要用于固定屋面圍護結構，有時也可兼任剛性系桿，此時檁條應滿足雙向受彎構件的承載力和剛度要求，活動防雨棚中屋面檁條一般選用箱型截面鋼管，通過檁托件固定在拱形桁架梁上部，也可直接焊接于兩端桁架梁上弦。

3）主體材料。活動防雨棚主體鋼構件材料采用熱鍍鋅處理管材及型材，原料為冷軋帶鋼，從力學性能及防腐性能上都優于熱軋鋼材。鋼材通過鍍鋅處理在鋼結構表面形成保護層，保護金屬不被氧化、腐蝕而損壞，并且可以改變外觀顏色。

1.2.4 圍護系統

活動防雨棚的圍護材料通常為聚碳酸酯板，簡稱PC板，是一種以聚碳酸酯為主要原料的無定形熱塑性工程塑料板材，具有透光率高、保溫性能好、阻燃性強、隔音性佳、性價比高等特點［11］，在防爆視窗、廣告牌、車棚、雨篷、聲屏障等民用建筑領域得到了廣泛應用。

2 活動防雨棚設計

2.1 工程概況

某項目建設地點位于廣東省湛江市麻章區，活動防雨棚采用二段移動伸縮棚，由電機驅動可自由伸縮及展開，主體結構采用輕鋼拱形桁架，建筑面積388m2，內外棚長度均15m，軌道長46.5m，外棚跨度13m，檐口高度3.2m，內棚跨度12m，檐口高度2.695m，建筑頂部及兩側覆蓋PC板。

2.2 建設條件

2.2.1 基本參數

活動防雨棚設計使用年限參考GB/T 51183—2016《農業溫室結構荷載規范》表3.1.2，聚碳酸酯板溫室取20年，設計基準期取30年，建筑結構安全等級取三級，結構重要性系數取0.90［12］。

2.2.2 抗震設防

根據GB 50223—2008《建筑工程抗震設防分類標準》，活動防雨棚設的抗震設防類別取丙類。根據GB 18306—2015《中國地震動參數區劃圖》，項目建設地點廣東省湛江市麻章區抗震設防烈度為7度，設計基本地震加速度為0.10g（g為重力加速度），反應譜特征周期為0.35s，設計地震分組為第一組，場地類別為Ⅱ類，阻尼比值取0.02。

2.2.3 荷載取值

1）風荷載。考慮到活動防雨棚使用年限為20年，根據GB/T 51183—2016《農業溫室結構荷載規范》附錄D，設計基本風壓取項目區所在地二十年一遇最大值1.02kN/m2。

2）基本雪壓。項目區屬于亞熱帶地區，常年無雪，根據GB/T 51183—2016《農業溫室結構荷載規范》附錄C，本項目不考慮雪荷載的作用。

3）恒荷載。聚碳酸酯板密度為12.5kN/m3，換算為面荷載為12.5×0.008=0.1kN/m2，考慮屋面支撐框、檁條等附加構件，屋面恒載標準值取0.15kN/m2。

4）活荷載。根據GB/T 51183—2016《農業溫室結構荷載規范》8.1.1條，活動防雨棚的屋面活荷載標準值取0.15kN/m2。

5）其他荷載。根據GB/T 51183—2016《農業溫室結構荷載規范》8.1.2條，考慮1.0kN屋面集中檢修荷載。不考慮作物荷載、吊掛荷載等其他荷載。

2.2.4 材料強度

活動防雨棚主體結構鋼材牌號均選用Q235B。防雨棚基礎混凝土強度等級為C30，墊層采用C15素混凝土。

2.3 設計方案

活動防雨棚采用鋼筋混凝土條形基礎。基礎頂部每間隔600mm鋪設鋼板預埋件1塊，預埋件上布置熱軋鋼制軌道，型號12kg/m。行走輪采用直徑200mm鑄鋼輪，輪距5m，單個活動棚每側軌道下設置3個，共計6個，2個主動輪設置在對角，其余位置均為從動輪，行走輪速度為10m/min，平面布置見圖4。

基座采用箱型鋼梁，豎向構件采用立柱由肢件和綴條組成的雙肢格構柱，肢件和綴條均采用薄壁鍍鋅方鋼管，縱向柱距3m。柱間設置十字形交叉支撐，截面為等邊單角鋼，支撐交點以鋼板連接固定，柱間支撐間隔一榀布置一道。墻面檁條采用薄壁鍍鋅矩形鋼管焊接于外側柱肢，墻面圍護結構采用6mm厚PC板，立面布置見圖5。

屋面結構體系采用拱形鋼管桁架中的斜腹桿體系，上下弦和腹桿均采用薄壁鍍鋅方鋼管。桁架梁每隔三個節間距離設置縱向通長剛性系桿1道，共計7道，剛性系桿為平面桁架體系（圖7），上下弦和腹桿均同樣采用薄壁鍍鋅方鋼管。兩榀拱形鋼管桁架之間上下弦各設置6對屋面水平支撐，均與柱間支撐處于同一開間，屋面檁條布置在腹桿節點之上，與桁架梁上弦桿焊接，檁條間距即為桁架梁節間距離，檁條在剛性系桿位置時以系桿代替，屋面圍護結構采用弧形8mm厚PC板，屋面支撐系桿布置見圖6。

活動防雨棚電源電壓為380V，用電按三級負荷供電。驅動電機采用電動機、減速器、制動器組成的三合一減速器。敷設電纜均沿棚體明敷，采用護套電纜，無需穿線管，電纜規格為國標4mm×4mm耐折壓線纜。活動防雨棚安裝有2個位置傳感器，可以實時監測棚體的移動位置。活動防雨棚設有遙控控制、手動控制兩種控制方式，遙控控制時，操作者可手持遙控器在不超過450m的可視范圍內控制干旱棚的運行，手動控制時，操作者可操作控制箱上的按鈕，控制防雨棚的運行。

2.4 設計分析

2.4.1 計算模型

本工程主體結構采用PKPM結構設計軟件2021版V1.3中STS模塊進行平面受力分析，本文以12m跨度活動防雨棚為例進行計算分析，單榀主體結構模型簡圖見圖8。結構的各項荷載按上文取值，其中活荷載分滿布及半跨布置兩種工況分別輸入。由于活動風雨棚為輕鋼結構，屬于對風荷載敏感建筑，參考GB 51022—2015《門式剛架輕型房屋鋼結構技術規范》4.2.1條，風荷載計算時考慮放大系數1.1倍［8］，根據GB 55001—2021《工程結構通用規范》4.6.5條，考慮風荷載脈動增大效應系數1.2［13］，故計算風荷載時基本風壓需要乘以1.32的放大系數。

將一榀主體結構簡化為平面桁架，桁架結構作為典型的桿系結構，桿件受到彎曲所引起的應力比受到軸力所引起的應力小很多，故可以略去桁架桿件的彎曲，設計時盡量將桁架梁間節點間距等分，桁架節點均假定為鉸結，所有外部荷載都集中作用于鉸接節點上，避免作用在節間桿件上、下弦的內力形成壓彎或拉彎構件［14］。整個桁架為無側移結構，拱形桁架梁與格構柱連接為鉸接，格構柱與軌道上的基座鋼梁連接為剛接。

格構柱與拱形桁架梁構件平面內計算長度均取節間長度，由于柱間沒有設置剛性系桿，格構柱兩柱肢平面外計算長度取柱高全長，拱形桁架梁弦桿平面外計算長度取縱向剛性系桿間距，梁柱腹桿平面外計算長度均取腹桿長度。

2.4.2 指標限值

1）長細比。桿件長細比λ=max（λx=l0x/ix，λy=l0y/iy），［λ］限值依據JGJT 249—2011《拱形鋼結構技術規程》表6.4.7取值：受拉桿件［λ］≤300，其中支座附近受拉桿件［λ］≤250，受壓桿件［λ］≤180。

3） 柱頂水平位移限值。柱頂水平位移限值參考GB/T 51424—2022《農業溫室結構設計標準》表4.4.1中聚碳酸酯板柱頂水平位移限值取H/60（H為柱高度）。

4） 撓度限值。撓度限值依據JGJT 249—2011《拱形鋼結構技術規程》6.1.6條取值：拱形鋼結構最大豎向位移計算值不應超過Ls/400（Ls為拱跨度），平面內拱頂最大水平側移計算值不應超過Ls/200。

2.4.3 分析結果

結構模型彎矩計算結果如圖9所示，整個主體結構僅在支座處柱肢產生少量彎矩1.7kN/m2，其他各處節點彎矩均為零，受力情況與模型假定相吻合。

結構模型剪力計算結果如圖10所示，格構柱腳處柱肢承受剪力為6.4kN，其余上部中間柱肢承受最大剪力均為0.9kN，最上端柱肢所受剪力為1.2kN。可知柱腳處柱肢承受剪力最大，中間處柱肢承受剪力較小且平均，上端柱肢所受剪力略有增加，綴條承受剪力為零，拱形桁架梁上弦桿承受剪力基本相同（均為1.5kN左右），下弦桿與腹桿剪力基本為0。

結構模型軸力計算結果如圖11所示。圖11（a）為弦桿軸力包絡圖，柱肢在底端柱腳處承受最大軸力為95kN，往上依次為59kN、51kN、38kN、9kN、42kN、43kN，可知柱腳處柱肢承受軸力最大，往上軸力遞減，最上端又再次增加。拱形桁架梁兩端上下弦軸力最大，下弦桿由兩端至中間依次為63kN、30kN、30kN、12kN、12kN、11kN、11kN、14kN，基本呈現兩端大中間小的趨勢。上弦桿由兩端至中間依次為29kN、28kN、7kN、7kN、21kN、21kN、27kN、27kN，同樣呈現兩端大中間小的趨勢，但軸力數值小于下弦桿，且過渡比下弦桿平緩。屋架結構在端部下弦桿承受軸力大于上弦桿，反之屋脊處上弦桿承受軸力大于下弦桿。

圖11（b）為斜綴條軸力包絡圖，格構柱斜綴條由下至上依次為15kN、35kN、32kN、29kN、26kN、23kN、19kN，除最下端柱腳處斜綴條由于兩側柱肢分擔了地基反力導致軸力較小以外總體呈遞減趨勢。圖11（c）為橫綴條軸力包絡圖，除柱肩處承擔軸力最大為46kN外其余桿件承擔軸力都很小，基本可忽略。

由圖11可知，影響活動防雨棚主體構件選材的內力因素為軸力，其中柱腳底端與支座固結桿件的軸力決定了整個柱肢的截面尺寸，同樣的彎矩與剪力也均為柱腳底端桿件起控制作用。拱形桁架梁檐口梁柱連接處桁架弦桿承受軸力最大，直接決定了整個桁架弦桿截面的尺寸。

從荷載組合工況的角度分析，本案例在內力組合中起控制作用的是風荷載，而風荷載與基本風壓、榀間距離、體型系數等因素密切相關。

2.4.4 構件選型

經計算后活動防雨棚平面內構件選材如表1所示。活動防雨棚平面外構件截面選材如表2所示。

由表1、表2可知，軸線尺寸為12m（跨度）×15m（長度）的6榀桁架活動防雨棚，所需用鋼量共計7316.89kg，每平米用鋼量7316.89/180=40.65kg。

2.5 設計要點

2.5.1 適用規范

由于缺少針對活動防雨棚的設計標準，設計時可參考現有民用建筑設計及溫室設計規范，例如JGJT 249—2011《拱形鋼結構技術規程》、GB 50017—2017《鋼結構設計標準》、GB/T 51183—2016《農業溫室結構荷載規范》、GB/T 51424—2022《農業溫室結構設計標準》、GB 50011—2010《建筑抗震設計規范》（2016年版）等。但是各本規范之間同一指標規定不盡相同，例如受拉桿件長細比容許值在JGJT249—2011《拱形鋼結構技術規程》表6.4.7中為300，而在GB 50017—2017《鋼結構設計標準》表7.4.7中為350。針對這一問題，建議在同一指標的取值上總結所有相關規范要求，進行包絡設計。

2.5.2 矢跨比

失跨比的取值對桁架拱內力大小與分布影響很大，一般需要根據建筑外觀、承載效率、基礎條件和凈高限制等各方面因素綜合確定。通常情況下，矢跨比取值越小，桁架拱端產生的水平推力越大，鋼柱承受的水平推力也就越大，柱底彎矩增大，導致柱肢截面的增大。同時矢跨比的取值也影響到拱桁架平面內整體穩定，當鋼拱的跨度一定時通常存在使其穩定承載力最高（即穩定系數最大）的最優矢跨比，穩定系數可參照JGJT 249—2011《拱形鋼結構技術規程》附錄D。

2.5.3 計算長度

拱桁架弦桿的計算長度直接影響到長細比的驗算以及穩定承載力或穩定應力的計算，一般根據JGJT 249—2011《拱形鋼結構技術規程》表6.4.6選取，其中弦桿平面外計算長度取弦桿側向支點之間的距離，弦桿的側向支點一般認為剛性系桿，故平面外計算長度即為剛性系桿的間距。設計時需要調節剛性系桿的間距以確定桁架弦桿平面外計算長度，在增設系桿所需用鋼量與為了通過穩定計算增大弦桿截面所增加用鋼量之間找到平衡點，以兼顧安全性與經濟性。

2.5.4 抗風措施

由于項目區廣東省湛江市屬于臺風多發地區，活動防雨棚本身亦為風荷載敏感結構，雖然設計時已按規范規定輸入風荷載，但是為了預留足夠安全儲備，本設計方案中采取了額外抗風措施，即用鋼筋拉線將風荷載傳遞通過受拉鋼筋傳遞到基礎和地基，可以有效利用基礎的抗彎力矩來抵抗風荷載產生的傾覆力矩。活動防雨棚鋼立柱頂部外側設置掛鉤，在試驗區兩側布置鋼筋混凝土獨立基礎。鋼筋拉棍線水平傾角60°，下部插入基礎短柱并與基底鋼筋焊接，上部露出基礎短柱350mm。鋼筋拉線平時收起，當臺風超過一定等級時，將拉線兩端分別與掛鉤和拉線棍固定。此措施經實測可有效抵御風荷載，符合多道防線的設計概念。

2.5.5 平面外設計

活動防雨棚的平面外設計可通過SAP2000、3D3S、Midas等空間結構軟件計算，也可自行計算，基本思路為：基座鋼梁通過將上部構件計算所得支座荷載導入計算得出，剛性系桿、支撐構件通過山墻傳遞的風荷載按軸心受壓構件計算并滿足長細比，屋面支撐按單拉桿設計，柱間支撐按一拉一壓設計。將屋面恒荷載、活荷載、風荷載組合后按雙向受彎構件設計屋面檁條，并計算穩定及撓度。墻面檁條計算內容與屋面檁條基本相同，區別是墻面檁條僅承受墻面自重以及風荷載，且按單向受彎構件設計。

3 結論

本文通過對國內現行活動防雨棚的常見類型的研究，概括了各種類型活動防雨棚的優缺點及適用條件，借助對活動防雨棚地基基礎、運行機構、主體結構、圍護系統部分組成的說明，詳細闡述了防雨棚基礎形式、棚體的運行機制、主要構件及圍護結構的設置方法和材料選型、荷載的傳導路徑。

以廣東省湛江市麻章區實際工程為抓手，梳理相關規范的條文及說明，在基本參數、設計荷載、抗震設防、材料強度的取值上給出建議，建立格構柱及拱形鋼管桁架模型進行平面內受力計算，對其受力特點及結構特性進行歸納總結，分析其在彎矩、剪力、軸力下各構件的受力特點：柱腳剛接處產生少量彎矩（1.7kN/m2），其他部位節點彎矩為0；底部柱腳處柱肢承受最大剪力6.4kN，拱形桁架梁上弦桿承受剪力均為1.5kN左右，下弦桿與腹桿剪力基本為0；柱肢承受軸力從下到上、弦桿從兩端到中間均呈現大—小—大變化趨勢，其中底端柱肢承受最大軸力95kN，端部下弦承受最大軸力63kN，端部上弦承受最大軸力29kN。由內力簡圖得出影響活動防雨棚主體構件選材的內力因素為軸力，而最下端柱腳處柱肢承受的軸力大小決定了整個柱肢的截面尺寸，拱形桁架梁端部弦桿承受軸力最大，直接決定了整個桁架弦桿截面的尺寸，柱腹桿與梁腹桿截面也分別由下部和端部軸力分別控制。根據所受內力選取對應構件規格截面，每平米用鋼量40.65kg。同時對指標選取、矢跨比選擇、計算長度確定、抗風措施、平面外設計等設計要點進行論述，并提供了解決方案，為今后活動防雨棚的設計工作起到參考和啟示作用。

參 考 文 獻

［1］ “探索試驗蹚出來一條路子” ——記習近平總書記赴海南考察調研［N］. 人民日報， 2022-4-15（001）.

［2］ 中華人民共和國水利部. 中國水資源公報2021［R］. 北京： 中國水利水電出版社， 2022.

［3］ SL 13—2015， 灌溉試驗規范［S］.

［4］ 徐航， 李彥雄， 徐開亮. 大型連棟溫室的研究現狀［J］. 建筑結構， 2021（S2）： 393-398.

Xu Hang， Li Yanxiong， Xu Kailiang. Research status and prospect of large multi-span greenhouse ［J］. Building Structure， 2021（S2）： 393-398.

［5］ GB 50007—2011， 建筑地基基礎設計規范［S］.

［6］ 張延全. “三合一”減速器的設計選型［J］. 起重運輸機械， 2019（13）： 101-104.

Zhang Yanquan. Discussion on design and type selection of “three-in-one” reducer ［J］. Hoisting and Conveying Machinery， 2019（13）： 101-104.

［7］ 張質文， 王金諾， 程文明， 等. 起重機設計手冊［M］. 北京： 中國鐵道出版社， 2013.

［8］ GB 51022—2015， 門式剛架輕型房屋鋼結構技術規范［S］.

［9］ JGJT 249—2011， 拱形鋼結構技術規程［S］.

［10］ 何海玉. 板管連接式鋼拱平面內穩定性研究［D］. 貴陽： 貴州大學， 2020.

［11］ 羅天鴻. 聚碳酸酯陽光板在現代設施農業中的應用［J］. 農業工程技術， 2016（16）： 33-35.

［12］ GB/T 51183—2016， 農業溫室結構荷載規范［S］.

［13］ GB 55001—2021， 工程結構通用規范［S］.

［14］ 郭愛東， 付道鵬. 可移動式防雨棚設計與分析［J］. 現代農業科技， 2015（12）： 198-199， 203.

［15］ 郭彥林， 竇超. 鋼拱結構設計理論與我國鋼拱結構技術規程［J］. 鋼結構， 2009（5）： 59-70.

Guo Yanlin， Dou Chao. Design theory and Chinese technical specification for steel arch structure ［J］. Steel Construction， 2009（5）： 59-70.