热带新型抗台风大跨度平顶网棚设计

杨小锋+刘建+曹明+杨光华+张雪彬

着海南设施农业的不断发展，设施利用也逐步趋向周年性，但设施塑料大棚的抗风性能与建造质量良莠不齐，致使农业设施遭受台风影响和破坏越来越大，如康森、山神、威马逊等多个台风从海南登陆，给当地设施农业造成严重影响。而针对海南台风季节设施抗风性的研究还较少，因此加强海南设施抗风性研究，研发海南专用抗风型设施成为亟待解决的问题。笔者通过实际调研，结合热带气候条件和棚型结构的几何尺寸、材料、力学分析、种植需要及功能等因素，开发出了一种热带新型抗台风大跨度平顶网棚。

平顶网棚的设计

设计参数

恒荷载：0.06 kN/m2，含钢骨架自重；

活荷载：0.05 kN/m2，平棚主要针对海南番木瓜和蔬菜设施生产，不考虑作物吊重；

风荷载：0.75 kN/m2，相当于12级风速。

几何尺寸

平顶网棚跨度12 m，开间5 m，顶高3 m（图1），连栋和开间数可根据实际地形情况确定，但单个平顶网棚的建设面积应小于3000 m2。侧墙副立柱高度2.5 m，平顶网棚四周斜拉索距四周立柱距离为2.5 m。

力学分析计算

◆ 荷载标准值分析计算

恒荷载q1、活荷载q2、风荷载q3分别计算如下：

（1）恒荷载q1：0.06 kN/m2；

（2）活荷载q2：0.05 kN/m2；

（3）风荷载q3：根据网棚外覆盖的形式，防虫网在直立墙面与屋顶平面，防虫网的阻风系数λ按0.3计取，荷载体形系数分别为：迎风面us1=0.8、背风面us2=-0.5、屋顶面us3=-1.3[1]，风压高度变化系数uz=1.0、基本风压w0按前述风荷载值取0.75 kN/m2。则迎风面、背风面、屋顶面风荷载计算值分别为：

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

◆ 荷载设计值计算

考虑最不利组合为：恒载+风荷载。风荷载为主导荷载，由可变荷载控制效应设计值的计算公式及相关的计算方法计算荷载设计值。

Sd=ΣγGj SGjk+γQ1γL1SQ1k+ΣγQ1γLiΨciSQik [1]

计算时，结构重要性系数ε取值为0.95；恒荷载对结构有利，分项系数γGj取值为1；风荷载和活荷载的分项系数γL1、γLi取值为1.4；第i个可变荷载的组合值系数Ψci取值为0.7；开间L=5 m。计算各荷载设计值如下：

（1）恒荷載设计值Q1：

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

（2）活荷载设计值Q2：

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

（3）风荷载设计值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

◆ 材料强度设计

将上述设计值加载到结构模型上，通过结构计算软件计算得到各构件的内力，并计算各自的应力，见表1所示。各自计算应力小于材料的强度设计值，同时满足容许长细比条件（边侧立柱[λ]=150，中部立柱[λ]=200，中部立柱内力较小，适当提高了其容许长细比），说明满足设计条件。

材料参数

◆ 基础

平顶网棚屋顶以风吸力为主，在进行基础设计时，基础抗拔是其计算的限制条件。依据公式[2]对基础的上拔力进行验算，根据计算结果：立柱基坑设计为

500 mm（L）×500 mm（W）×600 mm（H），斜拉柱基坑设计为700 mm（L）×700 mm（W）×700 mm（H），基础采用C20混凝土现浇。

◆ 主体骨架

主立柱采用Φ60×2 mm的热镀锌管，四周边立柱采用Φ90×2.5 mm的热镀锌管。

◆ 拉索

棚顶采用2条Φ9 mm的热镀锌钢绞线，钢绞线的跨中垂度f为0.2m，四周斜拉采用1条Φ6mm的热镀锌钢绞线。采用固定件与立柱连接固定（图2～5），钢绞线采用拉力器拉紧。

◆ 覆盖材料

棚顶及四周采用标准40目白色防虫网覆盖，防虫网采用扎带绑扎于钢绞线上。

平顶网棚材料清单

本计算实例所采用的平顶网棚长度60 m，宽度25 m，计算面积60 m×25 m=1500 m2。计算结果如表2所示：

结论

本设计平顶网棚特点主要为：①跨度大，空间结构合理，便于机械化作业；②采用大基础和钢绞线双层加固，稳定性能好，抗风能力强；③覆盖防虫网，不仅可显著减少病虫害发生，而且能够降低雨水对番木瓜和蔬菜的冲刷；④装卸便捷，维护方便。

参考文献

[1] 中华人民共和国住房和城乡建设部，中华人民共和国国量监督检验检疫总局.建筑结构荷载规范：GB 50009-2012[S].2012.

[2] 周长吉.温室工程设计手册[M].北京：中国农业出版社，2007：78-79.

*项目支持：国家科技支撑计划资助项目（2014BAD05B04）；

海南省应用技术研究与开发专项（ZDXM2015028）；海南省自然科学基金项目（20153058）。

作者简介：杨小锋（1977-），男，陕西西安人，研究员，研究方向：设施园艺。

**通信作者：刘建（1982-），男，四川绵阳人，副教授，研究方向：农业设施结构工程与规划、设计。