徐志雄，賓 權(quán)，黃純勇，王月峰

（1.湖南省花垣縣農(nóng)業(yè)局，湖南 花垣 416400；2.湘潭市巨豐棚業(yè)有限公司，湖南 湘潭 411100；3.湖南省花垣縣農(nóng)機(jī)局，湖南 花垣 416400）

拱柱分離式鋼架大棚研發(fā)與應(yīng)用

徐志雄1，賓 權(quán)2，黃純勇1，王月峰3

（1.湖南省花垣縣農(nóng)業(yè)局，湖南 花垣 416400；2.湘潭市巨豐棚業(yè)有限公司，湖南 湘潭 411100；3.湖南省花垣縣農(nóng)機(jī)局，湖南 花垣 416400）

拱柱分離式鋼架大棚專門針對(duì)傳統(tǒng)棚型進(jìn)行改進(jìn)，在保證基礎(chǔ)型號(hào)保溫性能的同時(shí)，強(qiáng)化了骨架結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、優(yōu)化了棚內(nèi)空間利用水平，使棚內(nèi)生產(chǎn)更趨便利，并改善了棚內(nèi)溫、光條件；成功在單體大棚中引入內(nèi)遮陽系統(tǒng)，使單體棚膜—網(wǎng)轉(zhuǎn)換、遮陽調(diào)節(jié)的操作簡化性基本達(dá)到聯(lián)棟溫室的水平，現(xiàn)已進(jìn)入推廣階段。

拱柱分離；鋼架大棚；研發(fā)；應(yīng)用

1 研發(fā)起因

塑料膜鋼架大棚在近二十年來得到迅速推廣、應(yīng)用，已成為各地農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中常用的一種工程設(shè)施。傳統(tǒng)的塑料膜鋼架大棚橫斷面如圖1所示。

圖1 傳統(tǒng)的塑料膜鋼架大棚橫斷面圖

從圖1可見：由于拱桿自地面至肩部段向棚內(nèi)方向內(nèi)傾一個(gè)傾角A，所以在棚內(nèi)的地面上，B1段的高度小于大棚肩高。以GP-832鋼架大棚為例，肩高常為1.8m，傾角各廠生產(chǎn)時(shí)設(shè)定略有不同，主要集中于10°～12°，即B1、B3段寬35cm～40cm，一直以來該部分用于布置生產(chǎn)通道與壟溝，但在實(shí)際生產(chǎn)中，身高1.55m以上的人在B1、B3段內(nèi)無法直立，無論是布置壟溝還是留做通道，均需向B2段擴(kuò)展方可滿足使用需求，據(jù)實(shí)測，一般需向擴(kuò)展25cm左右，棚內(nèi)有效使用面積將進(jìn)一步減少。基于此，筆者進(jìn)行了拱柱分離式新型鋼架大棚的開發(fā)。

2 主要技術(shù)方案

改進(jìn)設(shè)計(jì)以花垣縣為典型建設(shè)地進(jìn)行。根據(jù)花垣縣氣候溫度、濕度、日照、海拔、風(fēng)向、風(fēng)力等自然因素、建造成本并兼顧作物的生長需要，決定以GP-832單體大棚為基礎(chǔ)型號(hào)，根據(jù)實(shí)際氣象環(huán)境、生產(chǎn)需求進(jìn)行構(gòu)件加強(qiáng)和調(diào)整細(xì)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：大棚骨架裝配式熱浸鍍鋅管材，管材及連接件均經(jīng)熱浸鍍鋅防腐處理，設(shè)計(jì)抗風(fēng)能力≧24.5m/s，抗雪壓厚度≧15cm，覆膜透光率≧90%，安裝30目白色防蟲網(wǎng)，增設(shè)內(nèi)遮陽網(wǎng)，遮陽率≧65%；根據(jù)結(jié)構(gòu)特征命名為“拱柱分離式鋼架大棚”。

（1）骨架結(jié)構(gòu)。拱柱分離式鋼架大棚典型棚脊長30m、跨度8m、脊高3.8m、肩高2m，有效使用面積240m2，卡膜槽4道、縱連桿3道，實(shí)際建設(shè)時(shí)視建設(shè)地田塊實(shí)施做適當(dāng)縮短、延伸。大棚兩側(cè)均設(shè)有卷膜通風(fēng)設(shè)備，開窗部位設(shè)置防蟲網(wǎng)；大棚兩頭各設(shè)棚門1道，棚門不小于2m×1.8m，采用吊軌滾輪平移形式啟、閉；典型棚設(shè)置加固斜拉撐4根，實(shí)際搭建時(shí)如棚長超過40m時(shí)，加固斜拉撐不少于8根。主要結(jié)構(gòu)特征如圖2所示。

圖2 棚架三維結(jié)構(gòu)圖

從圖2可見，本改進(jìn)方案重點(diǎn)在三處：①將拱組件由“兩桿式”改為“兩柱一拱、拱柱分離”，每跨由兩根立柱與一根拱桿件組成，立柱與地面垂直；②每隔三跨拱安裝一組“橫拉桿——雙V吊桿”進(jìn)行結(jié)構(gòu)加強(qiáng)。③設(shè)置可調(diào)整式內(nèi)遮陽網(wǎng)幕系統(tǒng)。棚架結(jié)構(gòu)如圖3所示：

圖3 棚架結(jié)構(gòu)圖

表1 材料清單表

由于新方案的桿件受力情況較基礎(chǔ)型號(hào)發(fā)生變化，故對(duì)骨架桿件進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，經(jīng)校核后的材料清單如表1所示。

（2）覆蓋物。大棚頂膜采用12絲PEP利得長壽無滴膜，其他部位采用10絲無滴膜。遮陽網(wǎng)采用內(nèi)遮陽網(wǎng)幕形式，安裝后離地高度2m，遮陽網(wǎng)幕采用鋁箔遮陽網(wǎng)；托、壓幕線采用透明聚脂線，安裝位置與加強(qiáng)橫梁等高、平行，即托幕線與橫梁下端等高、壓幕線與橫梁上端等高，兩端固定于拱組件對(duì)應(yīng)高度的位置；鋁箔遮陽網(wǎng)采用遮光率65%的三針鋁箔遮陽網(wǎng)，上穿橫梁，與托幕線間用卡環(huán)固定。防蟲網(wǎng)要求采用全新HDPE防蟲網(wǎng)，30目，白色。

（3）安裝施工。安裝時(shí)，立柱入土長度平均應(yīng)達(dá)到50cm，無法插入至硬土層時(shí)，開挖橫斷面10cm×10cm以上豎坑，澆注C15砼固定柱桿件；安裝后，骨架整體結(jié)構(gòu)緊湊、整齊，棚頂脊線、肩線平整、拱桿間距一致，立柱應(yīng)與地面垂直；棚門應(yīng)門框平整、開啟方便、關(guān)閉嚴(yán)密，拱桿與地面垂直度誤差不大于10mm、相對(duì)位置誤差不大于20mm，縱拉桿安裝直線誤差不大于50mm。覆膜時(shí)，頂膜整塊安裝并繃緊、拉平，防止膜面積水；壓膜線地樁埋入深度足夠，壓膜線張緊后地錨不得松動(dòng)。卷簾膜與裙膜有不小于0.3m的重疊段，卷膜器能限位、自鎖；防蟲網(wǎng)在卡膜時(shí)同步卡裝。完成覆蓋后，每棟單體大棚的薄膜、防蟲網(wǎng)允許有不超過1處小于5cm裂（劃）痕或1處小于2cm2的孔洞，但應(yīng)及時(shí)用粘補(bǔ)膠帶進(jìn)行修補(bǔ)。內(nèi)遮陽網(wǎng)安裝時(shí)應(yīng)安有壓、托幕線，其中托幕線間距1m。

3 實(shí)驗(yàn)與應(yīng)用

3.1 制安區(qū)域與使用范圍

自2014年12月技術(shù)方案完成后，以花垣縣為實(shí)驗(yàn)區(qū)，分4批完成3.1萬m2的拱柱分離式新型鋼架大棚的建設(shè)。從垂直分布上看，位于海拔500m左右中低山區(qū)的大棚2.45萬m2，位于海拔900m左右中高山區(qū)的大棚共0.65萬m2；從生產(chǎn)安排上看，蔬菜生產(chǎn)、育苗和花卉種植各占1/3；從棚內(nèi)生產(chǎn)空間利用上看，以棚內(nèi)土面種植、棚內(nèi)架上種植為主，各占45%左右，有少量用于營養(yǎng)缽育苗、營養(yǎng)池漂浮育苗，其中約有5%的大棚在作物采收后用于產(chǎn)品晾曬。

3.2 應(yīng)用效果

（1）結(jié)構(gòu)強(qiáng)度：2016年12月，隨機(jī)對(duì)部分2014年底建造的棚體進(jìn)行結(jié)構(gòu)復(fù)查，經(jīng)過兩年使用、歷經(jīng)風(fēng)、雨、雪、凍后均未出現(xiàn)結(jié)構(gòu)變形，骨架結(jié)構(gòu)強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)指標(biāo)。與傳統(tǒng)棚的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度對(duì)比未專門進(jìn)行極限強(qiáng)度試驗(yàn)，但通過利用拱桿組件拉二道繩晾曬產(chǎn)品的作業(yè)進(jìn)行初步對(duì)比：每拱晾曬物初重共25kg，晾曬初期625棚拱桿有明顯形變、832棚與橫梁相距較遠(yuǎn)的拱組件出現(xiàn)形變，本方案全部未發(fā)現(xiàn)形變。根據(jù)初步對(duì)比，本方案骨架強(qiáng)度大于基礎(chǔ)型號(hào)。晾曬方式如圖4所示。

圖4 晾曬方式

（2）空間利用：經(jīng)過兩年的使用，在棚內(nèi)組織了多品種、多茬口、多形式的種植生產(chǎn)，做對(duì)比時(shí)普遍存在以下現(xiàn)象：種植白菜等矮作物時(shí)，本方案與傳統(tǒng)棚的地面利用率無差別，但人員在最外側(cè)作業(yè)時(shí)舒適度明顯提升，不需特意彎腰；棚內(nèi)種植西紅柿、黃瓜等需搭支架的作物時(shí)，兩種棚的壟、溝布置有明顯差別，傳統(tǒng)棚型壟、溝、支架如圖5所示，可見即使對(duì)溝進(jìn)行調(diào)整，將最外側(cè)溝的寬度放大到75cm，人員在外側(cè)作業(yè)時(shí)，肩部寬度也僅在50cm左右，打尖、綁蔓、采果等動(dòng)作明顯受影響。而本方案所建大棚的壟、溝、支架的斷面布置如圖6所示。在外側(cè)溝寬度壓縮15cm后，棚內(nèi)可調(diào)整出3條寬60cm的溝、即生產(chǎn)道，人員的肩部空間拓展到75cm左右，生產(chǎn)操作明顯更加便利；同時(shí)，4條小溝也各擴(kuò)寬5cm，各壟間的間距明顯擴(kuò)大，作物的行距擴(kuò)大，棚內(nèi)作物光照條件得到明顯改善。

圖5 傳統(tǒng)棚型壟、溝、支架圖

圖6 大棚壟、溝、支架的斷面布置圖

（3）光照調(diào)節(jié)：經(jīng)實(shí)驗(yàn)中，本方案較傳統(tǒng)棚型有明顯優(yōu)勢：①省力、省時(shí)，本方案與傳統(tǒng)單體棚采用外覆遮陽網(wǎng)不同，在建設(shè)時(shí)即安裝有內(nèi)遮陽系統(tǒng)，使用過程中無需另行覆蓋、卡裝遮陽網(wǎng)、折換棚膜；②內(nèi)遮陽網(wǎng)幕的遮光效果好于外覆的遮陽網(wǎng)，但由于外覆時(shí)網(wǎng)下空氣流通性好于本方案網(wǎng)上熱空氣流動(dòng)性，雖然鋁箔網(wǎng)反光、遮光能力強(qiáng)于黑扁絲網(wǎng)，但實(shí)際的降溫效果相差不明顯；③調(diào)節(jié)方便，本方案的遮陽系統(tǒng)的操作靈活性遠(yuǎn)超傳統(tǒng)方式，30m長的標(biāo)準(zhǔn)棚在5min內(nèi)即可一人完成全開、全閉、閉合度調(diào)整等操作，而傳統(tǒng)棚進(jìn)行一次拆裝即需4人/2h；四是改善作物光照條件，遮陽網(wǎng)幕的反光、折射對(duì)棚內(nèi)作物的光照條件有明顯改善，但受限于測試條件，未進(jìn)行儀表測量，僅為目測結(jié)果。

（4）保溫調(diào)溫：經(jīng)長期對(duì)比測試，不打開內(nèi)遮陽網(wǎng)幕時(shí)，根據(jù)不同環(huán)境溫度下對(duì)棚內(nèi)溫度的直測，對(duì)比GP-832棚，本方案與之無差異，兩者結(jié)果一致；打開內(nèi)遮陽網(wǎng)幕時(shí)，降溫速度明顯慢于未有內(nèi)遮陽網(wǎng)幕的同類棚和GP-832棚，與同型棚對(duì)比測溫時(shí)，太陽落坡前1h左右開啟遮陽網(wǎng)幕的棚的棚溫，根據(jù)當(dāng)天下午環(huán)境溫度不同在20點(diǎn)前后高于未開啟網(wǎng)幕的棚0.5～4℃。

4 結(jié)語

經(jīng)精心研發(fā)和長達(dá)兩年的實(shí)地驗(yàn)證，拱柱分離式鋼架大棚在保證基礎(chǔ)型號(hào)保溫性能的同時(shí)，對(duì)骨架結(jié)構(gòu)強(qiáng)度進(jìn)行了進(jìn)一步的強(qiáng)化，優(yōu)化了棚內(nèi)空間利用水平、生產(chǎn)操作進(jìn)一步便利；在單體大棚中成功引入了內(nèi)遮陽系統(tǒng)，進(jìn)一步簡化膜—網(wǎng)轉(zhuǎn)換操作，并使單體棚的遮陽網(wǎng)幕操作便利性基本達(dá)到聯(lián)棟濕室的水平；同時(shí)由于棚體結(jié)構(gòu)、組件的變動(dòng)，本方案大棚的棚內(nèi)溫、光條件也得一定程度的改善?？傮w上看拱柱分離式鋼架大棚的研發(fā)項(xiàng)目達(dá)到了預(yù)定目標(biāo)，技術(shù)完全可靠、可行。

［1］張勇，鄒志榮.溫室建造工程工藝學(xué)［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2015.

［2］周長吉.溫室工程設(shè)計(jì)手冊［M］.北京：中國農(nóng)業(yè)出版社，2007.

［3］高和林，趙斌，賈建國.塑料溫室大棚設(shè)計(jì)與建設(shè)［M］.北京：中國農(nóng)業(yè)出版社，2014.

［4］中華鋼結(jié)構(gòu)論壇，機(jī)械工業(yè)第四設(shè)計(jì)研究院.輕鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)［M］.北京：人民交通出版社，2014.

［5］GB/T 51057-2015，種植塑料大棚工程技術(shù)規(guī)范［S］.

［6］GB 50017-2003，鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.

［7］GB 50018-2002，冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范［S］.

Development and Application of Separated Steel Frame Greenhouse

XU Zhi-xiong1，BING Quan2，HUANG Chun-yong1，WANG Yue-feng3
（1.Huayuan County Agriculture Bureau，Huayuan，Hunan 416400，China；2.Xiangtan Jufeng Pengye Co.，Ltd.，Xiangtan，Hunan 411100，China；3.Huayuan County Agricultural Bureau，Huayuan，Hunan 416400，China）

Thearch-typesteelframeshedisspeciallydesignedfortheimprovementofthetraditionalshed，andthestrengthofthe skeletonstructureisstrengthenedwhilethebasicmodelinsulationperformanceisensured.Thelevelofspaceutilizationintheshedis optimized，and the production in the shed is more convenient and improved.The success of the introduction of the inner shade in the singlegreenhousesystemmakesitpossibleforthesinglemembrane-netconversion，shadeadjustmentoftheoperationtoachievethe basiclevelofthegreenhouse，whichhasnowenteredthepromotionphase.

counterfortseparation；steelcanopy；researchanddevelopment；application

S625.1

A

2095-980X（2017）02-0069-03

2017-02-13

徐志雄（1979-），男，湖南花垣人，助理工程師，主要研究方向：農(nóng)業(yè)工程規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工。