郭愛(ài)東++付道鵬

摘要 可移動(dòng)防雨棚是農(nóng)業(yè)科研試驗(yàn)中常用的田間試驗(yàn)設(shè)施，由可移動(dòng)鋼結(jié)構(gòu)骨架、彩鋼板（陽(yáng)光板）覆蓋、鋼軌道、電機(jī)、鋼筋混凝土條形基礎(chǔ)、試驗(yàn)用防滲混凝土測(cè)坑等構(gòu)件組成。隨著科學(xué)家對(duì)農(nóng)作物研究領(lǐng)域的不斷擴(kuò)大，采集農(nóng)作物環(huán)境基礎(chǔ)數(shù)據(jù)要求越來(lái)越嚴(yán)格，可移動(dòng)防雨棚越來(lái)越廣泛地出現(xiàn)在農(nóng)業(yè)建筑工程設(shè)計(jì)中。近幾年因?qū)σ苿?dòng)防雨棚設(shè)計(jì)了解不夠，出現(xiàn)了很多設(shè)計(jì)上的問(wèn)題，例如上部荷載過(guò)重造成移動(dòng)困難，甚至一場(chǎng)雪就造成倒塌。因此，作為農(nóng)業(yè)建筑工程設(shè)計(jì)人員對(duì)移動(dòng)防雨棚結(jié)構(gòu)的研究越來(lái)越重要。該文介紹可移動(dòng)式防雨棚的工程概況、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、結(jié)構(gòu)布置、結(jié)構(gòu)計(jì)算等方面內(nèi)容，以供參考。

關(guān)鍵詞 可移動(dòng)式防雨棚；設(shè)計(jì)；結(jié)構(gòu)特點(diǎn)；結(jié)構(gòu)布置

中圖分類號(hào) S62 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1007-5739（2015）12-0198-02

農(nóng)作物對(duì)水的需求規(guī)律與需水量是區(qū)域水資源配置、農(nóng)作物高效用水灌溉的基本參數(shù)。為準(zhǔn)確獲取農(nóng)作物需水規(guī)律和需水量資料，按《灌溉試驗(yàn)規(guī)范》要求，試驗(yàn)研究要求在上隔絕天然降雨的影響、下隔絕地下水影響的蒸滲儀群組（即測(cè)坑群）中進(jìn)行，通過(guò)農(nóng)作物不同生育階段設(shè)計(jì)不同水分處理，定期觀測(cè)研究農(nóng)作物需水規(guī)律，并確定農(nóng)作物的需水量。蒸滲儀群組是帶有觀測(cè)廊道的有底測(cè)坑，起到隔絕地下水的向上補(bǔ)給的作用[1]；而隔絕天然降水影響，必須設(shè)計(jì)防天然降水影響的防雨棚，降雨時(shí)通過(guò)降雨感應(yīng)傳感器自動(dòng)（或人工）控制關(guān)閉防雨棚，以防止降水落入試驗(yàn)區(qū)農(nóng)作物的測(cè)坑之內(nèi)，雨停后自動(dòng)（或人工）控制移動(dòng)防雨棚至測(cè)坑群5 m遠(yuǎn)之外的地方，以保證陽(yáng)光對(duì)農(nóng)作物的自然作用。因此，出現(xiàn)了可移動(dòng)式防雨棚，也稱旱棚，如圖1所示。

1 工程概況

新建可移動(dòng)防雨棚建設(shè)場(chǎng)地位于內(nèi)蒙古自治區(qū)呼和浩特市沙爾沁牧草資源重點(diǎn)野外科學(xué)觀測(cè)試驗(yàn)站，為半自動(dòng)可移動(dòng)防雨棚，其結(jié)構(gòu)計(jì)算模型如圖2所示?？缍葹?5.0 m，總長(zhǎng)度為60 m；防雨棚建筑面積900 m2。室內(nèi)道路標(biāo)高 ±0.000，種植地面標(biāo)高-0.200，室外標(biāo)高-0.200，建筑總高度5.8 m。

主要承重結(jié)構(gòu)為輕鋼桁架結(jié)構(gòu)，覆蓋材料采用弧形彩色壓型鋼板。承重結(jié)構(gòu)桁架結(jié)構(gòu)，其中±0.000以下為鋼筋混凝土條形基礎(chǔ)，基礎(chǔ)埋深為-1.80 m。±0.000以上為拱型鋼桁架結(jié)構(gòu)[2]。

桁架為拱型結(jié)構(gòu)，分為外拱和內(nèi)拱，拱的上下弦高度均為800 mm，其中外拱平面跨度16 200 mm，外徑為12 859 mm，內(nèi)徑為14 321 mm；內(nèi)拱平面跨度15 000 mm，外徑為14 003 mm，內(nèi)徑為18 229 mm；桁架所有材料均采用鋼管63.0 mm×3.000，主結(jié)構(gòu)鋼柱、鋼桁架材料為Q235B鋼。拱桿為鋼管焊接式結(jié)構(gòu)，布置間距3.0 m，上下兩端焊裝在基礎(chǔ)的預(yù)埋工字型鋼軌上，并用3～4道縱向聯(lián)系桿件連接，形成一體式空間結(jié)構(gòu)。

2 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

可移動(dòng)防雨棚地下基礎(chǔ)部分常見(jiàn)的多為鋼筋混凝土條形基礎(chǔ)，基礎(chǔ)頂面預(yù)埋“工”字型鋼軌道，防雨棚基礎(chǔ)平面如圖3所示；軌道上面焊接輕鋼結(jié)構(gòu)骨架防雨棚基礎(chǔ)連接節(jié)點(diǎn)如圖4所示；鋼骨架上鋪設(shè)鋼檁條，外覆蓋彩鋼板，每側(cè)分為外、內(nèi)側(cè)2個(gè)軌道，外側(cè)的鋼結(jié)構(gòu)防雨棚比內(nèi)側(cè)的防雨棚略高大一些，一般情況下內(nèi)側(cè)防雨棚可以收回到外側(cè)防雨棚下面，當(dāng)科學(xué)試驗(yàn)需要干旱環(huán)境時(shí)，通過(guò)電機(jī)將防雨棚移動(dòng)到試驗(yàn)田上防止雨水降落到植物上[3]。為了減少用鋼量同時(shí)便于整體結(jié)構(gòu)的移動(dòng)，承重結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為輕型桁架結(jié)構(gòu)，如圖5、6所示。

3 結(jié)構(gòu)布置

3.1 屋面支撐布置

屋面支撐的作用主要有：保證結(jié)構(gòu)的空間整體作用；避免壓桿側(cè)向失穩(wěn)，防止拉桿產(chǎn)生過(guò)大的振動(dòng)；承擔(dān)和傳遞水平荷載；保證結(jié)構(gòu)安裝時(shí)的穩(wěn)定和方便[4]。

防雨棚內(nèi)外結(jié)構(gòu)的橫向抗側(cè)體系均采用鋼桁架結(jié)構(gòu)，根據(jù)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》第9.2.12條屋蓋上弦橫向支撐在防雨棚兩端開(kāi)間各設(shè)置一道，屋面縱向在跨中通長(zhǎng)設(shè)置垂直支撐一道；兩側(cè)鋼柱頂面通長(zhǎng)設(shè)置縱向聯(lián)系桿。外拱結(jié)構(gòu)屋架上弦支撐平面布置如圖7所示。

下弦橫向水平支撐在防雨棚兩端開(kāi)間各設(shè)置一道，屋面縱向在跨中通長(zhǎng)設(shè)置垂直支撐一道，每個(gè)水平支撐處均沿開(kāi)間通長(zhǎng)設(shè)置縱向聯(lián)系桿件一道[5]，具體如圖8所示。

3.2 柱間支撐

合理布置柱間支撐體系可有效優(yōu)化主要承重構(gòu)件內(nèi)力分布情況，改善整體剛度分布，加強(qiáng)結(jié)構(gòu)薄弱環(huán)節(jié)，使結(jié)構(gòu)整體共同抵御水平荷載，提高結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的穩(wěn)定性。

為了保證防雨棚結(jié)構(gòu)的整體空間工作，共同承擔(dān)及傳遞水平力，包括風(fēng)荷載、溫度作用及地震作用等，防止因防雨棚移動(dòng)使桿件產(chǎn)生過(guò)大的振動(dòng)，導(dǎo)致壓桿的側(cè)向失穩(wěn)，在結(jié)構(gòu)兩端開(kāi)間屋面水平支撐相對(duì)應(yīng)處設(shè)置柱間支撐。柱間支撐的布置應(yīng)盡可能與屋面橫向水平支撐布置相協(xié)調(diào)，并形成上下整體共同工作的空間桁架體系。柱間支撐布置如圖9所示。

3.3 屋面檁條布置

屋面檁條的設(shè)置主要是為了屋面鋼板的跨度過(guò)大會(huì)造成撓度很大而設(shè)置的。屋面沿弧長(zhǎng)間距1 m布置檁條。

4 結(jié)構(gòu)計(jì)算

4.1 荷載取值

4.1.1 地震荷載。依據(jù)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范（GB50011-2010）》，本工程抗震設(shè)防烈度為8度，設(shè)計(jì)基本地震加速度值為0.2 g，地震分組為第1組；建筑場(chǎng)地類別為Ⅱ類。

4.1.2 恒載。屋面恒荷載為0.30 kN/m2，屋面采用連續(xù)C型檁條支撐，單層屋面輕型彩鋼板，計(jì)算屋面檁條后，取0.5 kN/m2。

4.1.3 活荷載。根據(jù)《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》3.2.1條和《門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)程》3.2.2條的規(guī)定，活荷載可以取0.3 kN/m2；基本風(fēng)荷載為0.55 kN/m2，按20年一遇設(shè)計(jì)，風(fēng)荷載取值為0.40 kN/m2；基本雪荷載為0.40 kN/m2，按20年一遇設(shè)計(jì)，雪荷載取值為0.30 kN/m2。endprint

4.2 計(jì)算模型

防雨棚經(jīng)過(guò)結(jié)構(gòu)布置后，簡(jiǎn)化為平面桁架結(jié)構(gòu)形式，各桿的軸線在同一平面內(nèi)，節(jié)點(diǎn)均為鉸結(jié)，所有外荷載作用在桁架平面內(nèi)，并集中作用于節(jié)點(diǎn)上[1]。設(shè)計(jì)施工應(yīng)使節(jié)點(diǎn)間距等分一致，盡量將外荷載作用于桁架節(jié)點(diǎn)上，避免作用在節(jié)間桿件上、下弦的內(nèi)力形成壓彎或拉彎構(gòu)件。桁架與鋼柱鉸連接，鋼柱與鋼軌上的滑軌剛接。結(jié)構(gòu)計(jì)算模型如圖10所示。

4.3 計(jì)算軟件

利用平面結(jié)構(gòu)計(jì)算軟件對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析計(jì)算。本項(xiàng)目采用PKPM系列中的鋼結(jié)構(gòu)桁架設(shè)計(jì)程序[5-6]。

4.4 計(jì)算結(jié)果

鋼桁架高度0.8 m，上、下弦選用鋼管Φ63 mm×3 mm，腹桿鋼管Φ32 mm×3 mm，利用PKPM計(jì)算結(jié)果滿足強(qiáng)度要求，計(jì)算結(jié)構(gòu)如圖11所示。

5 結(jié)論分析

可移動(dòng)防雨棚主要用于農(nóng)業(yè)科研試驗(yàn)設(shè)施中，建設(shè)面積小，投資少，目前設(shè)計(jì)施工主要參考國(guó)家民用建筑規(guī)范，存在安全隱患，同時(shí)造成投資不必要的浪費(fèi)。

目前的PKPM計(jì)算桁架式防雨棚只有平面簡(jiǎn)化計(jì)算，暫時(shí)不能用三維計(jì)算模型進(jìn)行計(jì)算，對(duì)于空間協(xié)調(diào)的作用只能簡(jiǎn)化計(jì)算。

可移動(dòng)防雨棚需要通信專業(yè)、機(jī)械專業(yè)和結(jié)構(gòu)專業(yè)互相配合，以保證防雨棚在溫度傳感器的作用下準(zhǔn)確地在設(shè)定的軌道上運(yùn)動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)下雨時(shí)開(kāi)啟移動(dòng)模式用來(lái)遮雨；天晴時(shí)自動(dòng)移動(dòng)收到試驗(yàn)田以外的地方。目前的防雨棚多數(shù)都是半自動(dòng)的，要實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)的模式，還需要相關(guān)設(shè)計(jì)人員在技術(shù)上不斷改進(jìn)。

可移動(dòng)防雨棚在柱腳的設(shè)計(jì)上要求柱腳要和鋼軌一起運(yùn)動(dòng)，要考慮水平力對(duì)鋼柱的影響，設(shè)計(jì)柱腳為剛性鉸。相對(duì)于一般排架結(jié)構(gòu)柱這里的柱腳要加強(qiáng)構(gòu)造加勁肋鋼板，以保證有足夠的剛度抵抗水平運(yùn)動(dòng)力。

6 參考文獻(xiàn)

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[3] 中華人民共和國(guó)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部，中華人民共和國(guó)國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局.建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范：GB50009-2012[S].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2012.

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