浅谈荷兰温室结构标准化设计

曹新伟，吴乐天，史慧锋，肖林刚

（1.新疆农业科学院农业机械化研究所，新疆 乌鲁木齐 830091；2.新疆农业科学院农业工程公司）

浅谈荷兰温室结构标准化设计

曹新伟1，2，吴乐天1，2，史慧锋1，2，肖林刚1，2

（1.新疆农业科学院农业机械化研究所，新疆 乌鲁木齐 830091；2.新疆农业科学院农业工程公司）

荷兰温室经过多年的发展，技术已经成熟，形成了统一的标准化设计，通过中国温室标准与欧盟、荷兰温室标准的异同性分析以及荷兰温室设计软件CASTA的介绍，为我国温室标准化设计提供参考。

荷兰；温室；标准化设计

温室产业是荷兰最具特色的农业产业，目前，荷兰温室建筑面积为11亿m2，占全世界玻璃温室面积的1/4。在荷兰最普通的温室，都有基质栽培技术、节水滴灌技术、营养液配置及管理技术、生物防治技术、环境技术、计算机控制等技术的应用，从发展温室的角度来看，荷兰四季的温度条件有利于温室的气候调节，但冬季光照弱、日照时间短的明显缺陷，却是温室发展的关键制约因素。经过近100年的努力，荷兰人凭借自己超凡的智慧，充分发挥气候温和的优势，克服光照资源的不足，把温室园艺产业做到了世界最好。荷兰温室通过多年的发展，形成了统一、成熟的温室设计标准。

1 欧盟与荷兰温室结构设计规范发展现状

温室是一种用于作物种植的特殊建筑，由于温室结构自重较轻，多以生产性温室为主，机械化程度很高，且覆盖材料多为玻璃、PC板或塑料薄膜，结构构件多采用轻质高强的材料，结构的使用年限一般为10～15年，相比民用建筑的功能性标准要低，直接套用民用建筑标准会造成结构笨重、温室内遮光严重，温室建造成本不经济。因此温室结构设计需要一个适合温室特点的标准。1978年荷兰温室标准委员会起草并发布了NEN3859:1978《温室结构设计要求》，从2000年起，以“EN”为标准号的欧洲规范（Eurocode）正式颁布，代替了以“ENV”为编号的欧洲试行规范，标志着从1975开始由欧洲共同委员会筹备，后转交欧洲标准化委员会（CEN）编制和管理的欧洲规范正式成为欧共体国家共同遵守的规范，欧洲标准化委员会2005年基本完成以EN1990为基础的全套共10卷61册《欧洲规范》。EN1990是欧洲系列结构规范的基础，是使用其他欧洲规范EN1991～EN1999必须参考和遵守的，欧洲规范作为一套通用性、系统性、理论性较强的结构设计规范，已成为一套国际标准，在业界具有较强的权威性和指导性。这是当前世界上应用概率极限状态设计法的最完整的一套工程结构设计规范。按照欧盟规定，欧洲规范具有与欧洲国家标准同等的地位，废止所有与这套规范相抵触的本国国家标准。2000年欧盟标准统一后，温室结构设计标准统一为EN13031:2001《温室设计和建造第一部分商业生产温室》颁布。

荷兰是一个技术不断创新的国家，尤其在文洛型温室结构设计上处于世界先进水平。2001年后，随着荷兰温室技术的不断创新和荷兰政府立法对温室建造提出更高的要求，EN13031:2001标准中一些规定已经不能满足新技术的发展。为此，荷兰的标准化委员会CEN在EN13031:2001的基础上，结合荷兰温室技术的发展，于2012年组织起草并颁布了NEN3859:2012《温室结构设计要求》，其中90%内容与EN13031:2001是一致的，10%内容是根据新技术等修订和增加的。

2 中国温室标准与欧盟、荷兰温室标准的异同性分析

相比较国内标准，我国已开始关注到温室标准化的问题，制定了一些有关温室结构的标准。如《农用塑料棚装配式钢管骨架》GB4176-1984；《温室结构设计荷载》GB/T18622-2002；《日光温室结构》GB/ T10286-2001；《连栋温室结构》GB/T10288-2001等。这些温室标准在一定程度上提高了温室结构设计和施工的标准化程度，但所颁布实施的标准，基本是在工业与民用建筑结构有关规范和标准基础上，再附加了一些条款，并未考虑温室大棚结构自重小，风、雪荷载相对较大的特点，也未考虑温室结构使用年限低的情况。直接套用一般民用建筑结构荷载和设计规范与标准，必然会出现一些不合理之处。

对比欧洲系列规范与我国相关规范如：《建筑结构可靠度设计统一标准》GB50068-2001和GB50009-2001（2012版）《建筑结构荷载规范》、《温室结构设计荷载》GB/T18622-2002，在以下几个方面存在差异。

（1）设计使用年限EN13031:2001和NEN3859: 2012规范给出明确的温室使用年限为10～15年，我国没有专门针对温室设计的规范，设计使用年限多按临时性结构或易于替换的结构构件考虑。临时性结构，我国规范为5年，欧洲规范为10年；对于易于替换的结构构件，我国规范为25年，欧洲规范为10～25年。

（2）风荷载取值世界各国对于基本风压用风速时距的取值都不尽相同，这一方面是历史的原因，另一方面也和各国的风气候类型有关。如：美国国家标准《建筑和其他结构最小设计荷载》（ASCE7-10）、澳大利亚/新西兰国家标准AS/NZ1170.2：2002规定的基本风速按3 s阵风的最大值取值；日本、欧洲和中国规范按10 min平均风的最大值计算基本风压。对比中国和欧洲规范基本风压计算方法，中欧风荷载规范中基本风速（风压）采用的是基本相同的测定标准和统计概率，对于平均风速的修正都相似地考虑了地面粗糙度和地形的影响。欧洲规范考虑风瞬时脉动的影响多引入了暴露系数一项，而中国规范中对于此参数没有专门说明，在推导风振系数的过程用脉动系数考虑了风的瞬时脉动。在相应场地上中国规范所计算的湍流强度值要小于欧洲规范，由于欧洲规范考虑的风瞬时脉动效应更大，使得在相同场地上中国规范计算得到的风荷载作用结果偏小。

（3）温室特有荷载EN13031:2001《温室设计和建造第一部分商业生产温室》和NEN3859:2012《温室结构设计要求》主要针对温室设计而制定的。对温室的特有荷载都有规定，如：作物荷载、拉幕机托（压）幕线、灌溉设备的水平拉线和屋面清洗设备等荷载大小、作用方式都有明确的规定；我国相关设计规范缺失，对温室这些特有荷载没有一个明确的规定，设计者根据自己对温室的了解进行荷载取值。

（4）荷载分项系数欧洲规范和我国相关设计规范均对“作用效应”和“荷载效应”采用了分项系数的表达式来表述相关组合，EN1990中“第六章”着重论述了分项系数法，分别论述了两种极限状态下的表达式，EN1990与我国标准在分项系数法上的主要不同是：EN1990并不强制规定荷载和材料的分项系数，仅规定出一些推荐值，各国可根据自身情况，在各国的“国标附录”中进行相应的调整，而我国规范中做了强制规定。因此，欧洲规范可以适应各种材料和不同荷载作用情况下的系数调整以及新型材料和结构形式的发展，更灵活适用。

3 荷兰温室设计软件CASTA

目前，荷兰TNO研究院的CASTA温室结构计算程序仍然是世界上唯一完整的权威计算程序，国际上所有的专业温室公司都采用或者借鉴此软件。

温室有别于其他轻钢结构建筑，除框架是钢结构外，天沟、屋脊、其他屋面玻璃型材都是整体结构的一部分，承担着各种载荷，都需要进行力学计算。我们常听到有的温室被风吹垮或被雪压坏，就是因为温室结构没有经过科学计算或采用了不合格的部件造成的。现在，发达国家园艺行业对温室部件的材质、加工工艺都有严格的要求。

CASTA的编制遵循欧盟标准EN13031-2001和荷兰标准NEN3859-2012。两个标准都借鉴了欧盟的建筑结构标准中关于荷载、钢结构、混凝土结构和铝结构的设计规范。其中，据荷兰工程师介绍，两个标准的主要差异是在钢化玻璃的使用上有很大不同，新标准强调的钢化玻璃的使用。

CASTA软件的开发得益于荷兰温室行业的自律和有序发展。在1978年，荷兰就推出了全球第一个温室标准NEN3859。在蔬菜、花卉和作物育苗等种植上设立了标准，据此设计温室的采光率、结构的安全性和经济性。比如规定了：基础的承载力要求、覆盖材料的变形要求、温室屋顶的体型系数，并且明确了温室结构的使用年限为15年。根据规范，CASTA软件在设计中需考虑温室的几何尺寸、外部荷载、内部荷载、地质条件、降雨和使用年限。CASTA软件中集成了很多欧洲当地的规范和标准，工程师可以根据需要选取当地的标准和规范（如EN13031或NEN3859）。

4 CASTA的优缺点分析

在明确上述参数的基础上，使用CASTA进行温室结构设计主要分三步，分别是基础设计、钢结构主体结构设计和屋盖系统设计。该软件对山墙立柱、立柱与桁架连接节点及节点螺栓大小、间距，吊挂线对山墙的作用等均可计算，计算功能强大。由于铝制屋盖系统设计复杂，由TNO开发的WSLGLAZENSTAD软件专门用于铝制屋盖系统的设计，可计算人字屋面上铝合金型材、铝合金天沟、玻璃等的强度。其它附属构件和连结构件的设计一般通过工程师人工验算即可。

CASTA的设计不仅是TNO一家公司的参与，很多荷兰的温室企业也都参与到了CASTA的开发和设计中。这使得该软件被大部分温室设计公司所采用，形成了荷兰在温室设计方面的技术优势和产业壁垒，已经成为业内最被看好的温室设计软件。该软件通过同行投资和设计公司认可，但由于荷兰本地气候条件特殊，在把该软件使用到中国等气候条件差异很大的地区，该软件具有一定的局限性。同时，该软件主要针对文洛型温室，对于国内大量采用的日光温室等，该软件没有相应的设计模块。

5 结论

荷兰温室经过多年的发展，已经形成了统一的标准化设计，研发出方便实用的温室设计软件，我国由于缺少结合自有的环境、条件而建立的温室设计标准，照搬荷兰的文洛型温室，设计的温室不能达到很好的效果。因此，应吸取荷兰温室设计标准精华，完善我国温室设计标准，实现温室行业的全面标准化，降低成本，提高效益，增强温室行业的国际竞争力。

[1]杨其长.荷兰温室结构型式及其发展[J]农业工程技术：温室园艺,2006（11）：9～10.

[2]周长吉.中国温室的发展与标准化进程[J]农业工程学报，2003（11）：88～91.

[3]周长吉，王松涛，陈端生等.论温室工程标准制订中的几个问题[J]农业工程学报，2002,18（4）：189～192.

10.13620/j.cnki.issn1007-7782.2015.03.016

S626

：A

1007-7782（2015）03-0036-03

2015-6-20

新疆维吾尔自治区科技计划（201130104）；公益性行业（农业）科研专项（201203002）