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        一種日光溫室結(jié)構(gòu)改造方案

        2017-12-02 17:01:34周長(zhǎng)吉
        關(guān)鍵詞:山墻圈梁拉桿

        30年來(lái),中國(guó)日光溫室技術(shù)迅猛發(fā)展,各地創(chuàng)造了很多規(guī)格的日光溫室結(jié)構(gòu),性能不斷提升,面積不斷擴(kuò)大,呈現(xiàn)出欣欣向榮的發(fā)展勢(shì)頭,不僅從生產(chǎn)功能上解決了中國(guó)北方地區(qū)冬季蔬菜的供應(yīng)問(wèn)題,而且從技術(shù)上也得到了國(guó)際學(xué)術(shù)界的認(rèn)可,并吸引了很多外國(guó)學(xué)者參與研究中國(guó)的日光溫室。

        在新技術(shù)不斷更新的背景下,早期建設(shè)的老舊溫室改造和性能提升已成為社會(huì)重點(diǎn)關(guān)注的問(wèn)題。由于老舊溫室存量大,不同時(shí)期、地區(qū)建設(shè)日光溫室的性能差異也較大,如何用最小的投入改造溫室使其獲得更好的性能,這其中不僅有工程界面臨的問(wèn)題,更有科研領(lǐng)域需要攻克的難題。

        在這方面,北京市已經(jīng)開(kāi)始了探索性的實(shí)踐。2017年5月30日,北京市農(nóng)業(yè)局蔬菜處王藝中處長(zhǎng)給我發(fā)來(lái)了一組照片,說(shuō)平谷區(qū)綠都林科技示范園正在施工改造日光溫室,讓我抽空去看看。

        6月2日,我約了北京臥龍農(nóng)林科技有限公司的李曉明先生一同前往位于北京市平谷區(qū)山東莊鎮(zhèn)李辛莊村的綠都林科技示范園。園區(qū)董事長(zhǎng)任德忠先生熱情接待了我們,并詳細(xì)介紹了溫室改造的方案,還帶我們參觀了正在施工的溫室現(xiàn)場(chǎng)。

        改造溫室建設(shè)于2002年,距今正好15年。園區(qū)共建設(shè)日光溫室30棟,溫室長(zhǎng)70 m,室內(nèi)凈跨度9.0 m。建設(shè)初期溫室用于種植黃金梨,盛果期梨樹(shù)的產(chǎn)量為2000 kg/棟,按照16元/kg的售價(jià),每棟溫室的毛收入為3.2萬(wàn)元,扣除成本后種植的效益并不太高。種植7年后,園區(qū)決定改種草莓,現(xiàn)在種植‘紅顏草莓的產(chǎn)量達(dá)到3000 kg/棟,平均銷(xiāo)售價(jià)格為40元/kg,總收入將能達(dá)到12萬(wàn)元/棟;種植白草莓產(chǎn)量為2000 kg/棟,平均銷(xiāo)售價(jià)格為80元/kg,總收入將能達(dá)到16萬(wàn)元/棟。由此可見(jiàn),種植草莓的經(jīng)濟(jì)效益比種植梨樹(shù)要高出很多。

        由于溫室骨架銹蝕和變形,存在很大的安全隱患,而且由于15年之前建造的溫室,受當(dāng)時(shí)技術(shù)水平限制,總體來(lái)講溫室的結(jié)構(gòu)比較低矮、保溫性能也較差(也可能是當(dāng)時(shí)建設(shè)時(shí)以種植黃金梨的生長(zhǎng)環(huán)境要求為目標(biāo),對(duì)溫室的保溫性能要求不高,這種設(shè)計(jì)就是合理的,當(dāng)將其用于草莓,甚至果菜,這種保溫性能就不足了)。為了能進(jìn)一步提高溫室的保溫和采光性能,提高溫室結(jié)構(gòu)的安全性和承載能力,適應(yīng)更多品種的種植,園區(qū)決定對(duì)全部溫室進(jìn)行整體改造,包括溫室的整體建筑尺寸、溫室墻體、溫室骨架和溫室后屋面。

        現(xiàn)就相關(guān)溫室改造的背景和改造方案做一介紹,供溫室改造相關(guān)管理和技術(shù)人員參考和借鑒。

        溫室整體建筑尺寸的變化

        改造溫室跨度9.0 m(室內(nèi)凈跨,下同),后墻高2.0 m,脊高3.5 m。近年來(lái),日光溫室發(fā)展的趨勢(shì)是向著高大化方向發(fā)展,跨度和高度都在不斷增加。改造溫室由于受棟與棟之間固定間距的限制,溫室的高度不可能像新設(shè)計(jì)溫室按照優(yōu)化結(jié)構(gòu)尺寸改造,所以,對(duì)溫室跨度和高度的增加都只能在有限范圍內(nèi)進(jìn)行變化。

        對(duì)溫室的跨度尺寸,由于種植草莓采用沿溫室長(zhǎng)度方向的東西壟向種植,壟距85~90 cm,扣除走道寬度60 cm后,原有溫室只能種植9壟,但有點(diǎn)富余;現(xiàn)將跨度增大到9.5 m,則可以種植10壟,從而顯著提高溫室的地面利用率。為此,溫室改造中將跨度增加了50 cm,相應(yīng)溫室的后墻高度和脊高也發(fā)生了變化(表1、圖1)。由圖1c還可以看到,在提高溫室屋脊的過(guò)程中,溫室屋脊的脊位也向后移動(dòng)了50 cm,從而加大了溫室的采光面,更有利于溫室白天的采光和增溫。

        墻體改造

        改造之前的原溫室,后墻采用600 mm厚紅機(jī)磚空心墻(240 mm厚磚墻+120 mm空心+

        240 mm厚磚墻),由于保溫性能差,在后來(lái)的運(yùn)行中又在溫室的墻體外側(cè)粘貼了60 mm厚聚苯板(圖2);山墻采用370 mm厚實(shí)心紅機(jī)磚墻體,外側(cè)沒(méi)有粘貼保溫板(圖3)。總體來(lái)看,原設(shè)計(jì)溫室的保溫性能較差,本次改造必須加強(qiáng)溫室墻體的保溫性能。

        改造之前的溫室基礎(chǔ)埋深0.50 m,基礎(chǔ)墊層厚0.50 m(三七灰土分三層夯實(shí)),從使用15年后的情況看,溫室墻體沒(méi)有變形,說(shuō)明溫室的基礎(chǔ)埋深和基礎(chǔ)強(qiáng)度足夠。本次改造完全保留了溫室的原有墻體(包括后墻和山墻及其基礎(chǔ))。

        后墻改造是在原有后墻頂面打圈梁(截面尺寸為240 mm×240 mm),并在圈梁上每隔1.0 m伸出鋼筋與屋面桁架連接(這種連接方法由于新加800 mm高后墻,如果不考慮墻體的作用,骨架的力很難傳遞到墻頂圈梁上,還不如在墻頂設(shè)梁墊將骨架荷載直接傳遞到墻體即可,沒(méi)有必要一定將骨架荷載傳遞到圈梁。另外一種做法也可以直接將圈梁設(shè)置在新增墻體的頂面,這樣骨架可直接焊接在圈梁的預(yù)埋件上,傳力更加簡(jiǎn)潔明了)。新增高后墻部分的外側(cè)和墻體改造之前一樣,砌筑完成后外貼60 mm厚保溫板,與原有溫室外表面齊平。

        對(duì)溫室山墻的改造,一是加厚山墻,提高其保溫性能(圖3),山墻厚度由原來(lái)的370 mm增加到500 mm;二是加高和加長(zhǎng)山墻,與改造后溫室骨架的尺寸相適應(yīng)(圖1c)。本次對(duì)山墻的改造只增加了墻體厚度沒(méi)有像后墻一樣外貼保溫板,對(duì)溫室的整體保溫而言似乎有點(diǎn)欠缺,如果能在山墻外再粘貼60 mm厚保溫板,其保溫效果將會(huì)更好。

        由于溫室跨度加大,原來(lái)安裝溫室骨架的前部基礎(chǔ)完全失位,為此,改造溫室將現(xiàn)有前墻基礎(chǔ)向南平移500 mm,采用240 mm×240 mm鋼筋混凝土圈梁壓頂,并在基礎(chǔ)圈梁上預(yù)埋鋼筋,與溫室屋面骨架相連(圖4)。

        溫室骨架改造

        由于溫室的總體尺寸發(fā)生了變化,原有溫室骨架全部廢棄。本次改造在保留原有焊接桁架形式的基礎(chǔ)上,采用了全新的骨架,不僅加大了骨架的總體尺寸,而且骨架材料的截面也相應(yīng)增大,一是增大了上弦管的壁厚,二是加大了腹桿的截面。改造前后桁架桿件截面尺寸的變化如表2。

        雖然骨架用材的截面增大了,但骨架的布置間距仍然保留1.0 m不變,因此,這種改造在一定程度上也提高了溫室骨架的承載能力(由于溫室跨度增加、脊高提高,增大骨架截面尺寸也在情理之中,工程改造中每個(gè)桿件截面具體增大多少應(yīng)通過(guò)力學(xué)強(qiáng)度分析計(jì)算確定)。endprint

        連接排架結(jié)構(gòu)桁架的縱拉桿從前屋面到后屋面共設(shè)置了5道(圖5),縱拉桿采用了直徑12 mm螺紋鋼??v拉桿與桁架的連接采用了焊接連接,但與傳統(tǒng)的連接方式不同,改造溫室的骨架上在縱拉桿通過(guò)的位置單設(shè)了一根垂直桁架上下弦桿的腹桿,該腹桿同樣采用直徑12 mm螺紋鋼??v拉桿直接焊接在該腹桿的中部(圖5b)。這種做法使縱拉桿避免了與桁架下弦桿的焊接連接,縱拉桿在溫室中的布置高度也有了相應(yīng)提高,可有效提高溫室內(nèi)的操作空間(尤其是最南側(cè)一根縱拉桿),但相應(yīng)也減小了壓膜線(xiàn)的壓膜深度,在塑料薄膜整體繃緊的情況下可獲得雙贏的效果,但如果塑料薄膜安裝比較松弛,則會(huì)影響壓膜線(xiàn)的壓深,進(jìn)而影響塑料薄膜的繃緊。

        溫室后屋面改造

        改造前原溫室的后屋面為永久固定的彩鋼板保溫板。由于溫室后墻升高,屋面骨架更新,原來(lái)的后屋面必須全部拆除,而且由于溫室屋脊脊位后移,使溫室的后屋面長(zhǎng)度變短,原來(lái)的后屋面保溫材料尺寸基本也不符合新改造溫室,為此,新改造溫室將溫室后屋面做成了用保溫被覆蓋的可拆裝保溫屋面。保溫被材料為前屋面夜間保溫用針刺氈保溫被,幅寬3 m,沿溫室長(zhǎng)度方向鋪設(shè),一邊固定在溫室的后墻,另一邊繞過(guò)溫室屋脊固定在溫室的前屋面屋脊通風(fēng)口邊沿,兩端固定在溫室兩側(cè)山墻。后屋面保溫被采用雙層被覆蓋(單層保溫被為三層針刺氈保溫芯雙側(cè)用不織布封裝),兩邊用∟40 mm×

        40 mm×2mm角鐵壓邊后固定在溫室骨架和墻體上,在溫室屋脊位置再用一道─ 40 mm×

        2 mm扁鋼通長(zhǎng)固定(在骨架上固定保溫被的角鋼和扁鐵實(shí)際上也成為了連接溫室屋面桁架的縱拉桿)。據(jù)任德忠董事長(zhǎng)介紹,這種后屋面做法,一可以減輕溫室后屋面結(jié)構(gòu)的荷載,從而減小溫室屋面骨架的截面面積或提高溫室屋面骨架的承載能力;二可以在溫室運(yùn)行中吸收室內(nèi)的水汽,在一定程度上可以降低溫室內(nèi)的空氣濕度(夜間吸收的水分白天光照條件下能夠蒸發(fā)出來(lái),形成會(huì)“呼吸”的后屋面);三是施工安裝方便、快捷,有利于降低施工成本。

        但這種做法也存在后屋面材料防水性能差、材料不耐老化,使用壽命短的問(wèn)題。這種做法接近近年興起的活動(dòng)后屋面的思路[1-2]。筆者認(rèn)為,從便于通風(fēng)和保溫的角度分析,再增加一套卷簾機(jī)和卷膜通風(fēng)器可以一步到位,直接做成活動(dòng)后屋面,更能增加未來(lái)溫室溫光調(diào)控的靈活性?;蛘咧辽僖谧钔鈱颖乇坏耐鈧?cè)增加一層塑料薄膜或其他防水材料,提高保溫被的防水性能,避免下雨或下雪后雨水浸入保溫被降低后屋面的保溫性能。

        溫室改造成本

        該園區(qū)改造得到了平谷區(qū)人民政府的資金支持,支持經(jīng)費(fèi)為每棟溫室4萬(wàn)元。任德忠董事長(zhǎng)介紹,這個(gè)費(fèi)用基本能夠滿(mǎn)足改造的支出。但筆者按照北京市的預(yù)算定額并部分地按照市場(chǎng)價(jià)格估算了一下改造成本(表3),發(fā)現(xiàn)4萬(wàn)元/棟的改造費(fèi)用遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿(mǎn)足實(shí)際支出,政府補(bǔ)貼約為總造價(jià)的一半。這是因?yàn)?017年北京市土建工程的預(yù)算價(jià)格進(jìn)行了較大幅度的調(diào)升,可能是推高預(yù)算價(jià)格的主要因素。具體工程中可以使用價(jià)格比較便宜的磚和水泥,施工隊(duì)的人工成本也有可調(diào)控的空間。所以在預(yù)算價(jià)格的控制下,實(shí)際工程造價(jià)可能會(huì)比預(yù)算價(jià)稍低。

        實(shí)際工程中,在改造溫室的同時(shí)還新建了溫室門(mén)斗(圖3a),這部分費(fèi)用還沒(méi)有計(jì)算在總體造價(jià)中。

        參考文獻(xiàn)

        [1] 周長(zhǎng)吉.周博士考察拾零(四十五)一種活動(dòng)保溫被覆蓋透光后屋面的日光溫室[J].農(nóng)業(yè)工程技術(shù)(溫室園藝),2015,35(16):24-26.

        [2] 周長(zhǎng)吉.周博士考察拾零(六十九)中以溫室技術(shù)的結(jié)晶——艾森貝克對(duì)中國(guó)日光溫室的改良與創(chuàng)新[J].農(nóng)業(yè)工程技術(shù)(溫室園藝),2017,37(16):44-50.

        [引用信息]周長(zhǎng)吉.周博士考察拾零(七十三)一種日光溫室結(jié)構(gòu)改造方案[J].農(nóng)業(yè)工程技術(shù),2017,37(28):54-58.endprint

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