楊小鋒+劉建+曹明+楊光華+張雪彬

著海南設(shè)施農(nóng)業(yè)的不斷發(fā)展，設(shè)施利用也逐步趨向周年性，但設(shè)施塑料大棚的抗風(fēng)性能與建造質(zhì)量良莠不齊，致使農(nóng)業(yè)設(shè)施遭受臺(tái)風(fēng)影響和破壞越來越大，如康森、山神、威馬遜等多個(gè)臺(tái)風(fēng)從海南登陸，給當(dāng)?shù)卦O(shè)施農(nóng)業(yè)造成嚴(yán)重影響。而針對海南臺(tái)風(fēng)季節(jié)設(shè)施抗風(fēng)性的研究還較少，因此加強(qiáng)海南設(shè)施抗風(fēng)性研究，研發(fā)海南專用抗風(fēng)型設(shè)施成為亟待解決的問題。筆者通過實(shí)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(xué)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(tái)風(fēng)大跨度平頂網(wǎng)棚。

平頂網(wǎng)棚的設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)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(shè)施生產(chǎn)，不考慮作物吊重；

風(fēng)荷載：0.75 kN/m2，相當(dāng)于12級風(fēng)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(shí)際地形情況確定，但單個(gè)平頂網(wǎng)棚的建設(shè)面積應(yīng)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(xué)分析計(jì)算

◆ 荷載標(biāo)準(zhǔn)值分析計(jì)算

恒荷載q1、活荷載q2、風(fēng)荷載q3分別計(jì)算如下：

（1）恒荷載q1：0.06 kN/m2；

（2）活荷載q2：0.05 kN/m2；

（3）風(fēng)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(fēng)系數(shù)λ按0.3計(jì)取，荷載體形系數(shù)分別為：迎風(fēng)面us1=0.8、背風(fēng)面us2=-0.5、屋頂面us3=-1.3[1]，風(fēng)壓高度變化系數(shù)uz=1.0、基本風(fēng)壓w0按前述風(fēng)荷載值取0.75 kN/m2。則迎風(fēng)面、背風(fēng)面、屋頂面風(fēng)荷載計(jì)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(shè)計(jì)值計(jì)算

考慮最不利組合為：恒載+風(fēng)荷載。風(fēng)荷載為主導(dǎo)荷載，由可變荷載控制效應(yīng)設(shè)計(jì)值的計(jì)算公式及相關(guān)的計(jì)算方法計(jì)算荷載設(shè)計(jì)值。

Sd=ΣγGj SGjk+γQ1γL1SQ1k+ΣγQ1γLiΨciSQik [1]

計(jì)算時(shí)，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(xiàng)系數(shù)γGj取值為1；風(fēng)荷載和活荷載的分項(xiàng)系數(shù)γL1、γLi取值為1.4；第i個(gè)可變荷載的組合值系數(shù)Ψci取值為0.7；開間L=5 m。計(jì)算各荷載設(shè)計(jì)值如下：

（1）恒荷載設(shè)計(jì)值Q1：

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

（2）活荷載設(shè)計(jì)值Q2：

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

（3）風(fēng)荷載設(shè)計(jì)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(qiáng)度設(shè)計(jì)

將上述設(shè)計(jì)值加載到結(jié)構(gòu)模型上，通過結(jié)構(gòu)計(jì)算軟件計(jì)算得到各構(gòu)件的內(nèi)力，并計(jì)算各自的應(yīng)力，見表1所示。各自計(jì)算應(yīng)力小于材料的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，同時(shí)滿足容許長細(xì)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(dāng)提高了其容許長細(xì)比），說明滿足設(shè)計(jì)條件。

材料參數(shù)

◆ 基礎(chǔ)

平頂網(wǎng)棚屋頂以風(fēng)吸力為主，在進(jìn)行基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí)，基礎(chǔ)抗拔是其計(jì)算的限制條件。依據(jù)公式[2]對基礎(chǔ)的上拔力進(jìn)行驗(yàn)算，根據(jù)計(jì)算結(jié)果：立柱基坑設(shè)計(jì)為

500 mm（L）×500 mm（W）×600 mm（H），斜拉柱基坑設(shè)計(jì)為700 mm（L）×700 mm（W）×700 mm（H），基礎(chǔ)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(biāo)準(zhǔn)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(jì)算實(shí)例所采用的平頂網(wǎng)棚長度60 m，寬度25 m，計(jì)算面積60 m×25 m=1500 m2。計(jì)算結(jié)果如表2所示：

結(jié)論

本設(shè)計(jì)平頂網(wǎng)棚特點(diǎn)主要為：①跨度大，空間結(jié)構(gòu)合理，便于機(jī)械化作業(yè)；②采用大基礎(chǔ)和鋼絞線雙層加固，穩(wěn)定性能好，抗風(fēng)能力強(qiáng)；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(hù)方便。

參考文獻(xiàn)

[1] 中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部，中華人民共和國國量監(jiān)督檢驗(yàn)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(shè)計(jì)手冊[M].北京：中國農(nóng)業(yè)出版社，2007：78-79.

*項(xiàng)目支持：國家科技支撐計(jì)劃資助項(xiàng)目（2014BAD05B04）；

海南省應(yīng)用技術(shù)研究與開發(fā)專項(xiàng)（ZDXM2015028）；海南省自然科學(xué)基金項(xiàng)目（20153058）。

作者簡介：楊小鋒（1977-），男，陜西西安人，研究員，研究方向：設(shè)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(shè)施結(jié)構(gòu)工程與規(guī)劃、設(shè)計(jì)。