3大棚骨架类型的选择是大棚设计和降本的关键16330Word下载.docx

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直接影响到温室、大棚的建设和推广。

2、结构抗自然灾害能力差，特别是面对大风、冰雹，暴雨的袭来，往往只能是听天有名和灾后重建。

即产生二次建设成本，又给生产带来突如其来的损失。

3、生产环境差，温度、湿度、空气成分不适合操作人员的身体健康，有时还会影响产品的质量。

以上问题在全国普遍存在，且长期困扰着广大的投资者和各级政府（要支付大量的救灾款和补贴）。

在许多人看来，似乎这是一件无法解决的难题。

其实，目前许多大棚，存在的建设造价高，抗灾能力低及工作环境差，都是出在没有精准的建筑设计或是结构本身不合理的问题上。

我是一位专业从事建筑结构设计的高级工程师，叫高和林，退休前曾任内蒙古包头钢铁公司设计院院长，土建专业高级职称评审委员会组长。

大棚设计中我本着以下标准要求自己：

同等强度，追求造价最低；

同等造价，追求材质最优；

同等材质，追求跨度最大；

同等跨度，追求强度最坚。

如今我是位退休十多年的老人，大家都称我高老师。

我设计的各类塑料大棚，经过在全国各地十多年的实践，获得成功。

已在内蒙古、辽宁、吉林、黑龙江、江西、河北、江苏、广西、山西、陕西、甘肃、山东、湖北、新疆、河南、云南等二十几个省推广、建成了数千余栋，效果良好，并经历了特大风暴和大雪、冰雹的考验，十年前在包头建的大棚、膜未换，还在使用。

根据以上两讲，大棚建设时钢筋混凝土基础，墙体都简化了，就剩架子了，还能降低建设成本吗？

其实大棚骨架也有降本潜力。

目前国内的冷棚规模是巨大的，最少占到全部温室大棚的80%。

有这么大的量，深入研究是是十分必要的。

大棚骨架设计是一个十分复杂且全面的科学论证过程，比如计算弧线的形状，分析骨架的受力，选择骨架的断面，确定材料品种、用量，优化骨架间距等一系列的逻辑思维将会给我们带来全新的认识。

下面从六个方面谈骨架的降本。

首先说，增加跨度可减少用材，降低成本。

请看，下面15米跨5米高的拱棚和两个7.5米跨3.75米高的拱棚之和形成的外弧长度，哪个更长？

这个长度就是所用钢材、大棚膜、压膜绳的长度。

长度短了，用料就少了成本就低了。

结果居然是15米跨的短。

原来，又大又高的大棚更省料，这出乎许多人的预料。

当然这种比较的前提是指用同一种选材的情况下，在一定跨度范围内是有效的。

而目前最常用的大棚的跨度正好在7.5米至15米区间。

而16米以上就要选择更粗的材料了。

从大棚整体外形来看，单拱双侧落地式大棚（俗称拱棚），最具优势。

因为这种大棚，风阻最小，受力最合理、便于制作，造价低廉，可充分利用土地、不受朝向限制，能最大限度吸收太阳能。

第二，抗风柱的作用不可小视。

造成大棚损坏的主要外力是狂风，特别是垂直于大棚两端的风力或旋风。

从骨架的受力分析看，两端的端骨架与中部众多骨架相比，当风力直接作用在端部，端骨架的受力远远大于中部骨架。

从整体稳定性来看，端骨架也起到关键的作用，举一个例子：

10个人站在一排，手拿同一根钢管连成一体，当有一个外力，推倒第一人，其他人讲将随之倒下，这叫多米诺效应。

如果两端换成两棵大树，同样的力作用在大树上，其他人将不会摔倒。

可见只要加强端架子的稳定性，其他架子受力将明显减小。

根据以上结论，大量的中部骨架用材是可减小或间距是可以加大的，成本也就随之而降。

这叫做好钢用到刀刃上。

那么如何坚强端骨架的强度和稳定性呢？

根据国家设计规范，增加抗风柱将是最简便的措施。

同时还解决了端部门窗，通风口，烟道开洞等难题，起到一举多得的结果。

第三、连栋大棚的骨架用材明显高于单体大棚。

这是由于大棚主要承受的是多方向大风、大雨、大雪的外来荷载。

面对这些复杂荷载，精确计算连体大棚每根杆件的受力是不可能实现的数学难题，目前连栋大棚分为三种类型。

第一类是是常规以镀锌管为主材的整体式联栋大棚，此类大棚由于杆件相互关联牵扯，设计安全系数较大，所以单跨跨度小，杆件直径粗，骨架密度高，建设成本高。

还有PC板，玻璃板铺设的高档大棚。

我很少涉足，主要是各大棚厂家使用各自标准不同的配件与连接件、密封件。

我也只能进行骨架的设计。

檩条等就由厂家来完成了。

如何从根子上解决这一难题？

办法是有的，我提出了“单体紧靠式连栋大棚”和“分体连动式大棚”设计新思路。

这一方法简化了复杂的力学计算，可扩大单跨的跨度，减少了骨架数量和用材断面，再加上空间结构思路，其造价与独栋拱棚造价已十分接近。

较目前传统连栋大棚降低成本最少在40%以上。

同时还克服了排雨水不畅、除雪难、通风不好及压膜线难以设置等一系列难题。

第四、通过技术经济分析，选择最合理的骨架断面形式。

目前大棚骨架最经济的就是钢结构，其中最常见的形式有：

1、镀锌钢管（圆、方、异形）装配式或焊接式；

2、上下钢管平面桁架式焊接式；

3、三角断面空间桁架式焊接式；

4、受力骨架之间增加单根钢筋副支架复合焊接式。

其中1适合小跨度，高度小的；

2适合中等跨度；

3适合大跨度；

4适合对外形要求较高的2、3类骨架。

5、还有一种临时中、小跨度春棚或棚中棚，用复合材料制成，装配式可随时拆卸，价格低廉（有关这方面我还要在双层棚一节中单独讲述）。

6、穹顶形装配式也叫鸟巢大棚。

换一个角度分类。

大棚结构之所以采用钢结构，因为钢结构强度大、费用低、便于加工和安装。

而钢结构本身分为3大类：

（1）、焊接式钢结构，即上面所说的1、2、3、4类。

一般多采用以钢筋棍或钢管为主的断面拱形桁架结构。

这种结构受力合理，便于精确计算，可有效地增加大棚跨度、提高抗风雪能力和耐锈蚀能力。

对于三角断面空间桁架式结构还可加盖保温被，仅用12圆的钢筋便可以将跨度设计到15米，如采用钢管，便可以将跨度加大到16米至27米。

还有一点也十分重要，这就是焊接式钢结构便于非专业队伍对单拱或连拱的大棚开展施工。

缺点是施工周期较长。

为了适应全国不同地区的风雪荷载的差异，我在13.4米以下跨度设计上分别采用了三个级别，它们是：

普通型，加强型和坚固型，以求最大限度降低成本。

（2）、装配式拱棚，即上面所说的1类。

一般采用直径22—32的热镀锌钢管或复合材料，可建成单拱或连拱的农用大棚。

其优点是：

人工成本低、工期短、拆装方便。

特别适合春秋大棚、但最好由专业队伍大面积施工。

缺点是抗风雨能力差，高度小、连接部位耐腐蚀性差。

跨度一般不超过10米。

这类大棚可分为两个级别：

普通型，加强型，其目的也是因地制宜，降低成本。

（3）装配式鸟巢大棚，即上面所说的第6类。

鸟巢温室大棚是一种基于仿生物学的一种新型温室大棚，它利用自然界鸟类筑巢的三角交叉法及结合蜂巢的六角加固方式复合而成的高强度的曲面球体温室。

他具有球体表面积最小化空间最大化的几何特性，鸟巢温室大棚球体结构，能发挥强大的鸡蛋壳效应，从而使具有强大的抗雪性，另外球体没有正的迎风面，使温室形成强大的抗风性，再加上内部的大跨度无支柱结构，所以，跨度大于22米以上的温室,应采用鸟巢与蜂窝结构复合的模式。

因为跨度大于22米以上的无支柱拱棚制作难度大，造价也出奇的高。

鸟巢大棚目前推广难度较大的主要原因是：

1、造价太高。

2、保温较为困难。

目前最适合现代农业观光业的主题建筑，再配以低造价的拱棚群。

第五、副拱架的设计思路。

大棚是一种膜结构，棚顶及周边覆盖的是一张柔软的棚膜。

而大棚膜的松紧度、平整度直接会影响到是否兜风，积水积雪乃至抗冰雹的冲击能力。

这些外力同时都存在累计效应。

为了使这些外力能即使通过并消散，大棚骨架必须要有足够的密度，以满足整体平整度的要求。

为此我提出了大棚受力拱架与支撑棚膜的副拱架分离的设计思路，从而最大限度地扩大了拱架间距。

充分发挥各自应有的作用，从而降低建棚的造价又保证了大棚的质量。

从受力和节约材料来看，三角断面空间桁架式加钢筋副支架复合式最为合理，也是我最推崇的形式。

但这类骨架用工较多，随着人工成本的不断提高，对于跨度小于12米（且高度较低，无台风的地区）或跨度大于22米的，其他形式也是一种合理的选择。

第六、一架多用可发挥大棚骨架的最大潜能。

随着光伏发电技术的推广，大棚群落安置光伏发电成为一种需求。

而一种柔性挡风墙的立柱正好成为光伏发电板的合理支架，它能够满足了光伏发电板不能遮挡大棚，可随意调整高度，要有极好的抗风能力，又可以作为农场的围墙使用。

以上我讲的第三讲最终结论是：

对于众多大棚来说，骨架的科学选择是降低大棚建设成本的关键因素。

没有科学严谨的骨架设计，不但建设成本不可能是最低，更重要的是大棚的强度及稳定性也得不到保障，一旦遇到狂风暴雨或是冰雹大雪，棚倒屋塌就可能发生。

科学设计是降低温室大棚建设成本的最有效的途径，是个十分有意义的大课题，也是个难度不大的课题，同时也是未被提到议事日程的边缘课题，可谁能想到，他同时也是全年能为国家和人民节约上亿元的利国利民的大文章。

下一讲的题目是（第四讲）《大棚骨膜、保温被、大棚门窗的选择也会影响到建设成本及运行成本》