園藝設(shè)施的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1、第二節(jié)第二節(jié) 園藝設(shè)施的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)園藝設(shè)施的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2.2園藝設(shè)施的荷載園藝設(shè)施的荷載園藝設(shè)施的使用年限一般為園藝設(shè)施的使用年限一般為5-20年，整體結(jié)年，整體結(jié)構(gòu)的完整性、安全性和合理性是反映設(shè)施優(yōu)構(gòu)的完整性、安全性和合理性是反映設(shè)施優(yōu)劣的評(píng)價(jià)依據(jù)。劣的評(píng)價(jià)依據(jù)。園藝設(shè)施結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是決定其使用年限的重要園藝設(shè)施結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是決定其使用年限的重要依據(jù)。依據(jù)。荷載是園藝設(shè)施結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。荷載是園藝設(shè)施結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。一）園藝設(shè)施的荷載及其類(lèi)型一）園藝設(shè)施的荷載及其類(lèi)型1園藝設(shè)施的荷載園藝設(shè)施的荷載 作用于園藝設(shè)施上的所有外力。作用于園藝設(shè)施上的所有外力。2類(lèi)型類(lèi)型 按荷載性質(zhì)分為恒載和活載；按荷載性質(zhì)

2、分為恒載和活載； 按荷載方向分為垂直荷載和水平荷載；按荷載方向分為垂直荷載和水平荷載； 按荷載狀態(tài)分為均布荷載、集中荷載及局部荷按荷載狀態(tài)分為均布荷載、集中荷載及局部荷載。載。3組合組合 取對(duì)設(shè)施結(jié)構(gòu)最不利、最大的荷載為設(shè)計(jì)荷載。取對(duì)設(shè)施結(jié)構(gòu)最不利、最大的荷載為設(shè)計(jì)荷載。 荷載按其性質(zhì)可分為恒載恒載和活載活載 恒載恒載是指作用在園藝設(shè)施永久性結(jié)構(gòu)上的重量，包括墻體、屋架、透明覆蓋材料和所有固定設(shè)備重量。在恒載計(jì)算時(shí)應(yīng)注意可能造成的計(jì)算誤差，把任何長(zhǎng)期受結(jié)構(gòu)支撐的荷載，均應(yīng)算作恒載。美國(guó)溫室制造商協(xié)會(huì)出版的溫室設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)中把任何作用于結(jié)構(gòu)上超過(guò)30 d的活載都視為恒載計(jì)算。如作物吊重，花卉溫室內(nèi)懸

3、掛的花盆、花籃等。 活載活載是指在園藝設(shè)施使用過(guò)程中產(chǎn)生的臨時(shí)荷載，包括風(fēng)荷載、雪荷載、地震荷載和施工荷載，還應(yīng)包括管理人員走動(dòng)、操作時(shí)產(chǎn)生的作用力，如日光溫室拉蓋草苫時(shí)，管理人員需在后屋面上走動(dòng)及拉放草苫，對(duì)前屋面的作用力。 荷載按其作用力方向不同可分為垂直荷載和水平荷載 作用于園藝設(shè)施結(jié)構(gòu)垂直方向上的荷載稱為垂直荷載，如園藝設(shè)施的自重、雪荷載作物吊重等屬于垂直荷載。 作用于園藝設(shè)施結(jié)構(gòu)水平方向上的荷載稱為水平荷載，如風(fēng)荷載、地震荷載等屬于水平荷載。 荷載按其作用力的狀態(tài)又可分為分布荷載、集中荷載 力的作用均等分布在園藝設(shè)施結(jié)構(gòu)上的荷載稱為均布荷載；如溫室屋面活載和風(fēng)雪荷載 荷載組合就是對(duì)設(shè)

4、施結(jié)構(gòu)、基礎(chǔ)和構(gòu)件產(chǎn)生最不利影響的組合荷載 計(jì)算荷載時(shí)先計(jì)算恒載，恒載除自重外，有作物和吊車(chē)荷載時(shí)也要計(jì)算在內(nèi)。恒載再和風(fēng)、雪、地震時(shí)的荷載分別進(jìn)行組合，取其中對(duì)結(jié)構(gòu)最不利、最大的荷載為設(shè)計(jì)荷載。因?yàn)閳@藝設(shè)施結(jié)構(gòu)較矮小，一般不考慮地震荷載。恒載恒載：作用于園藝設(shè)施永久結(jié)構(gòu)上的重量?；钶d活載：指在園藝設(shè)施使用過(guò)程中產(chǎn)生的臨時(shí)荷載，包括風(fēng)荷載、雪荷載、地震荷載和施工荷載，還應(yīng)包括管理人員走動(dòng)、操作時(shí)產(chǎn)生的作用力。雪荷載雪荷載（雪壓）：堆積在屋面上雪的重量風(fēng)荷載風(fēng)荷載（風(fēng)壓）：風(fēng)吹到園藝設(shè)施上產(chǎn)生的一種壓力。長(zhǎng)春的基本風(fēng)壓為40kg/m2（二）作用在園藝設(shè)施上的主要荷載（二）作用在園藝設(shè)施上的主要荷

5、載恒載、作物荷載、雪荷載、風(fēng)荷載構(gòu) 成 部 分材 料荷載（N/m2）備 注構(gòu)架木質(zhì)鋼鐵鋁合金100+0.4L 100+0.4L50+0.1LL:跨度（m），適于排架、梁、椽子等。是水平投影面的值覆蓋物塑料薄膜塑料板玻璃每1mm厚14每1mm厚15每1mm厚25估計(jì)面積的值溫室的構(gòu)架、覆蓋物的單位重量（安全標(biāo)準(zhǔn)）作物荷載（15kg/m2） 有一水平拉力單位長(zhǎng)度的懸架線上的荷重q=15WW是懸架線的間隔（m）。那么，根據(jù)這個(gè)荷重可以計(jì)算張力、水平力等。L16d18dqLT222 H為水平力 T為水平線的固定處產(chǎn)生張力 N為壓縮力（N）q為作物荷重（N/m）L為跨度（m）d為水平線垂下的距離（m）8

6、dqLH22qLN 雪荷載（雪壓）：堆積在屋面上雪的重量我國(guó)主要城市積雪、雪壓、風(fēng)壓表序號(hào)城市名稱最大積雪深度（cm）雪壓（N/m2）風(fēng)壓（N/m2）1哈爾濱414504002長(zhǎng) 春183505003沈 陽(yáng)204004504北 京243003505天 津162503506石家莊142003007太 原162003008鄭 州202003009濟(jì) 南1520040010南 京5145025011合 肥45500300我國(guó)主要城市積雪、雪壓、風(fēng)壓表序號(hào)城市名稱最大積雪深度（cm）雪壓（N/m2）風(fēng)壓（N/m2）12呼和浩特3030050013西 安2220035014銀 川1710050015蘭

7、州315030016烏魯木齊4860060017西 寧1825035018拉 薩415035019長(zhǎng) 沙835035020武 漢3240025021上 海8200450建筑規(guī)范規(guī)定的基本雪壓(S0)，是以一般空曠平坦地面上的30年一遇最大積雪深度為標(biāo)準(zhǔn)的。在我國(guó)積雪深度除天山山脈以北外，一般不足50 cm，單位體積重量系數(shù)根據(jù)各地的經(jīng)驗(yàn)，K值一般取0809。其次，積雪的程度與屋面的坡度和形狀有關(guān)。 屋面水平投影面上的雪載（N/m2）按下式計(jì)算： S=CSv Sv基本雪壓（N/m2）， C屋面積雪分布系數(shù)由于溫室表面較少積雪，所以S=K1CSv 式中：K1暫時(shí)折減系數(shù)（取0.80.9） 計(jì)算例1

8、：北京地區(qū)有高3 m、跨度8 m的大棚，求其雪荷載。 解：查表55北京地區(qū)S0300(Pa)； 高跨比f(wàn)l3813，查表56 fl=13時(shí)，C=04，K08，代入(54)式。 S080430096(Pa)計(jì)算題 計(jì)算例1：哈爾濱地區(qū)有高6m、跨度10 m的大棚，求其雪荷載。（K取0.8） 計(jì)算例2：蘭州地區(qū)有高屋面角度小于25度的大棚，求其雪荷載。（ K取0.8 ） 計(jì)算例3：太原地區(qū)有高2m、跨度10 m的大棚，求其雪荷載。（ K取0.8 ）屋面積雪分布系數(shù)Caa名 稱屋面形式及分布系數(shù)C 1坡屋面 ac251.0300.8350.6400.4450.2500屋面積雪分布系數(shù)Ca名 稱屋面形

9、式及分布系數(shù)C2拱形屋面f/Lc181.0160.8130.4中間值按插入法計(jì)算 3雙跨雙坡屋面（雙跨拱形屋面）雙跨雙坡：25時(shí)，按（a） 圖采用 25時(shí)，按（b）圖采用其中c坡屋面采用基本風(fēng)壓W0是按一般空曠，平坦的地面，離地10m的高處統(tǒng)計(jì)得到的30年一遇10分鐘平均最大風(fēng)速V（米/秒）為標(biāo)準(zhǔn)確定的，一般情況下不得小于250N/米2實(shí)際上作用在保護(hù)地建筑表面上的風(fēng)荷載W（N/米2 ）應(yīng)按下式計(jì)算：W=K1K2W0式中：K風(fēng)載體型系數(shù)。風(fēng)載體型系數(shù)即風(fēng)吹到建筑物表面所引起的壓力效果載體型系數(shù)即風(fēng)吹到建筑物表面所引起的壓力效果與原始風(fēng)速算得的理論風(fēng)壓的比值，與原始風(fēng)速算得的理論風(fēng)壓的比值，K值

10、的大小與建筑物的形狀有關(guān)，且不同位置其數(shù)值也不同，保護(hù)地建筑物的幾種形式的風(fēng)載體型系數(shù)。風(fēng)荷載風(fēng)荷載 序號(hào)名稱建筑體型及體型系數(shù)K1封閉式雙坡屋面K15-0.630060+0.8中間值按插入法計(jì)算2封閉式落地拱形屋面f/LK0.1+0.10.2+0.20.5+0.6中間值按插入法計(jì)算風(fēng)載體型系數(shù)Kaaa 序號(hào)名稱建筑體型及體型系數(shù)K3封閉式拱形屋面f/LK0.1-0.80.200.5+0.6中間值按插入法計(jì)算4封閉式單坡屋面迎風(fēng)坡面的K按序號(hào)1選用風(fēng)載體型系數(shù)K 風(fēng)載體型系數(shù)K序號(hào)名稱建筑體型及體型系數(shù)K5封閉式雙跨雙坡屋面迎風(fēng)坡面的K按序號(hào)1選用6封閉式拱形屋面迎風(fēng)坡面的K按序號(hào)3選用K1暫

11、時(shí)折減系數(shù)，在0.80.9間取值 K2風(fēng)壓高度變化系數(shù)風(fēng)壓隨高度不同而變化。我國(guó)是以10米高度的風(fēng)壓為標(biāo)準(zhǔn)，取K2=1。K2取值一般按下表規(guī)定選用。 風(fēng)壓高度變化系數(shù)離地面高度（m）hK2（陸地）20.5250.78101.00注：高度在中間值者按插入法計(jì)算 另外地震力=0.2（固定荷量+作物荷重+吊車(chē)荷重）。 實(shí)際中往往是荷載的組合計(jì)算。計(jì)算例1：某地二連棟屋脊形雙屋面溫室，屋面平均高度為2.5 m、屋面坡度為25，求其作用于溫室上的風(fēng)荷載。當(dāng)?shù)氐幕撅L(fēng)壓為40 kgm2。解1：求風(fēng)荷載高度變化系數(shù)K22 m時(shí)，K2052，5 m時(shí)K2078，用插入法求25 m處的風(fēng)載：插入點(diǎn)數(shù)值的計(jì)算方法

12、插入點(diǎn)數(shù)值的計(jì)算方法,已知已知A點(diǎn)的值是點(diǎn)的值是x，C點(diǎn)的值是點(diǎn)的值是y,那么那么A點(diǎn)與點(diǎn)與C點(diǎn)之間的某一個(gè)點(diǎn)之間的某一個(gè)點(diǎn)點(diǎn)B的值的值就是就是=(y-x)*(b-a)/(c-a)+x解2：求迎風(fēng)屋面的風(fēng)載體形系數(shù)K， 因屋面坡度a為25，a15時(shí)，K=06，a30時(shí)，K0，用插入法求出：NoImage插入點(diǎn)數(shù)值的計(jì)算方法插入點(diǎn)數(shù)值的計(jì)算方法,已知已知A點(diǎn)的值是點(diǎn)的值是x，C點(diǎn)的值是點(diǎn)的值是y,那么那么A點(diǎn)與點(diǎn)與C點(diǎn)之間的某一個(gè)點(diǎn)之間的某一個(gè)點(diǎn)點(diǎn)B的值的值就是就是=(y-x)*(b-a)/(c-a)+x 解3：求各面的風(fēng)荷栽 因溫室較小，K1為08，按公式(55)求風(fēng)壓。迎風(fēng)墻面W=08080

13、5240=133(kgm。)。 同樣計(jì)算背風(fēng)墻面為666(吸力)；迎風(fēng)屋面+358(壓力)，背風(fēng)屋面896(吸力)，其他二屋面為717(吸力)。 地震力與施工荷載：地震力因小型單棟溫室和大棚自重小，與風(fēng)載相比小得多，設(shè)計(jì)時(shí)可以不考慮。 施工荷載對(duì)檁條、椽子等應(yīng)考慮跨中集中力，并與風(fēng)雪荷載相比較，但不與風(fēng)雪荷載同時(shí)考慮，取大者。計(jì)算例2：某地封閉式單坡屋面溫室，屋面平均高度為3 m，屋面坡度為25，求其作用于溫室上的風(fēng)荷載。當(dāng)?shù)氐幕撅L(fēng)壓為40 kgm2。計(jì)算例3：某地封閉式拱型屋面溫室，fL為0.3，屋面平均高度為7 m，屋面坡度為25，求其作用于溫室上的風(fēng)荷載。當(dāng)?shù)氐幕撅L(fēng)壓為40 kgm2

14、。2.2.2 園藝設(shè)施結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的力學(xué)知園藝設(shè)施結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的力學(xué)知識(shí)識(shí)1.結(jié)構(gòu)形式 1）.鋼架結(jié)構(gòu)剛度大，內(nèi)力分布均勻，剛節(jié)點(diǎn)能承受和傳遞彎矩，可削減彎矩峰值桿數(shù)少，適用于大跨度的溫室和大棚?？臻g大，遮光少，便于安裝管理設(shè)備，且制作方便，被廣泛應(yīng)用。常用材料和構(gòu)件重量 名 稱 重量（N/m3） 備 注 普通木板條、椽檁木料 5000 重量隨含水率而不同 楊 木 40005000 重量隨含水率而不同 鋼 鐵 78500 鋁 27000 鋁合金 28000 粘土、壤土 13000 干燥 16000 普通 18000 飽水 砂 17000 干燥 20000 飽水 23000 無(wú)筋 混凝土 24000 鋼

15、筋 普通玻璃 25600 聚氯乙烯（管） 1350016000 稻草 1200 麥秸泥灰頂 16000 2）.桁架結(jié)構(gòu)桁架結(jié)構(gòu)由于型鋼用料少，造價(jià)低，但加工復(fù)雜，荷載作用在節(jié)點(diǎn)時(shí)，各桿只有軸力，截面上的應(yīng)力分布均勻。平行弦桁架，多用于梁等構(gòu)件，內(nèi)力分布不均勻，弦桿的內(nèi)力中間最大；三角形桁架，多用于跨度小的溫室，弦桿內(nèi)力分布不均勻，弦桿內(nèi)力支座處最大；拱形桁架，多用于跨度大的大棚，弦桿的內(nèi)力分布均勻，受力狀況好。3）.拱架結(jié)構(gòu)拱架結(jié)構(gòu) 由于扣膜方便、大棚多用此結(jié)構(gòu)。它的特點(diǎn)是豎向荷載作用下有水平反力，也叫推力。由于有推力，彎矩小而軸力大，截面上的應(yīng)力分布均勻，推力與拱高成反比，拱越低推力越大。2

16、.建材的形狀與配置建材的形狀與配置 構(gòu)件的遮蔭是透光率的2530 96。遮蔭與桿件的粗細(xì)、形狀和配置方法有關(guān)。例如，有一截面為矩形的桿件(橫斷面)，長(zhǎng)邊為短邊的兩倍，當(dāng)把長(zhǎng)邊豎立時(shí)，從材料力學(xué)來(lái)說(shuō)，抗彎強(qiáng)度要比橫放的大2倍，但從陰影來(lái)看影幅主要受高度的影響?？箯潖?qiáng)度與透光是矛盾的，為了提高屋頂?shù)目箯潖?qiáng)度往往檁、柁采用工字鋼，甚至采用高而窄的工字鋼，因此遮光更嚴(yán)重。另外，遮光與桿件的配置方向也有關(guān)，東西長(zhǎng)的水平桿件是“死陰影”，影響面大，東西長(zhǎng)的傾斜桿件影響減小。建造時(shí)一定要考慮建材的選用和配置。從光照條件看，圓管截面的比矩形截面好，應(yīng)使用鋼管和質(zhì)量高的薄壁鋼管。3.結(jié)構(gòu)受力分析結(jié)構(gòu)受力分析 設(shè)

17、施結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，要求結(jié)實(shí)耐用，用材經(jīng)濟(jì)。因此，要求荷載內(nèi)力的路線距離最短、路線最簡(jiǎn)單、最合適。特別要求結(jié)構(gòu)材料的全斷面盡量都是有效作用力。2)構(gòu)件的基本受力特性 拉伸與壓縮拉伸與壓縮 作用于直桿兩端的兩個(gè)外力等值、反向，且作用線與桿的軸線重合，桿件產(chǎn)生沿軸線方向的伸長(zhǎng)（或縮伸長(zhǎng)（或縮短）短）。這種變形形式稱為軸向拉伸（或軸向壓縮），這類(lèi)桿稱為拉桿（或壓桿）拉桿（或壓桿）。FFFF彎矩彎矩對(duì)于對(duì)于土木工程土木工程結(jié)構(gòu)中的一根結(jié)構(gòu)中的一根梁梁（指水平向的構(gòu)（指水平向的構(gòu)件），當(dāng)構(gòu)件區(qū)段下側(cè)受拉時(shí)，我們稱此區(qū)段件），當(dāng)構(gòu)件區(qū)段下側(cè)受拉時(shí)，我們稱此區(qū)段所受彎矩為所受彎矩為正彎正彎矩；矩；當(dāng)構(gòu)件區(qū)段上側(cè)受拉時(shí)，當(dāng)構(gòu)件區(qū)段上側(cè)受拉時(shí)，我們稱此區(qū)段所受彎矩為我們稱此區(qū)段所受彎矩為負(fù)彎矩負(fù)彎矩 剪切剪切 在一對(duì)相距很近，方向相反的橫向外力作用下，構(gòu)件的橫截面沿外力方向發(fā)生的錯(cuò)動(dòng)變形 。 （FFFFFFnnFF 3結(jié)構(gòu)強(qiáng)度 內(nèi)力內(nèi)力: 桿件受力時(shí)產(chǎn)生變形，這時(shí)材料內(nèi)部則出現(xiàn)抵抗變形的力，這個(gè)力叫做內(nèi)力(N，Q，M)。內(nèi)力是與荷載相平衡的大小相等、方向相同反的力。荷載增加，內(nèi)力也隨之增大，桿件內(nèi)力增加到一定范圍以上就會(huì)引起破壞。 應(yīng)力應(yīng)力 求出桿件內(nèi)力后，再由內(nèi)力求桿件的應(yīng)力，桿件的應(yīng)力大小與桿件橫截面面積大小有關(guān)，因此，需要用單位面積上的內(nèi)力大小來(lái)判斷強(qiáng)度，單位面積的內(nèi)力