日光温室设计荷载探讨

在分析比较国外关于温室建筑的荷载规范基础上,针对中国北方日光温室的发展与各地对作用荷载的选取情况,进行了较深入的探讨,提出了一套适宜北方日光温室采用的设计荷载取值方法及其组合原理,以供设计人员参考。     

连栋温室钢结构框架稳定设计方法

在生产性连栋温室的结构设计中,稳定性分析是设计的关键,中国目前主要采用工业与民用建筑中传统的钢结构稳定性设计理论进行结构分析,既不能真实反映出温室这种薄壁小截面结构的真实力学反应特征,也增加了温室用钢量。该文利用当前钢结构稳定设计的最新理论研究和实践成果,在详细分析传统的计算长度系数法和修正计算长度系数法利弊的基础上,针对生产性连栋温室钢结构所具有的等高、有侧移失稳时具有整体失稳的特性,通过理论分析和大量的有限元计算比较,提出了一种能够考虑柱与柱相互作用的修正计算长度系数法和层稳定系数法。在当前温室中柱和边柱普遍采用不同截面的情况下,利用该文的方法对温室钢结构框架进行设计,可以取得较好的技术和经济效果。     

日光温室卷帘机荷载实时测量系统设计与试验

依据日光温室卷帘机的工作环境和特点,基于虚拟仪器技术,在LabVIEW2010平台上设计开发了一套卷帘机荷载实时测量系统,据此进行了常用类型卷帘机的工作荷载在线实测,分别测量了卷绳式卷帘机和卷轴式卷帘机的实时工作荷载变化情况,测量总体数据误差不超过±6 N·m。结果表明,侧置卷轴上推式卷帘机最大工作负荷出现在温室顶部,后置卷绳上拉式卷帘机最大工作负荷具有位置不确定性;卷绳式卷帘机的工作负荷远小于卷轴式卷帘机;目前生产中实际使用的卷绳式卷帘机的最大输出荷载过大。该研究成果为卷帘机的设计、选用提供依据。     

温室用小型多功能电动履带式作业平台设计

针对温室果蔬管理、采运等作业环节人工劳动强度大、作业效率低,传统油动作业平台污染大、能源利用率低、结构尺寸与温室环境不符等问题,设计了一种温室用电动作业平台。该文阐述了其整体结构与工作原理,通过理论计算和Adams/view仿真分析等方法研究了关键部件结构及参数,并开发了一套具有双操作模式的控制系统,可实现对作业平台的远程和在线操作。通过台架试验及田间试验对作业平台不挂接拖车常规状态下的转弯性能、模拟坡面行驶倾翻性能、爬坡性能和作业续航性能等开展测试,试验结果表明:整机最小转弯半径为0.94 m,最高行驶速度2 km/h,200 kg负载下作业续航时间可达4 h电池电量下降均匀;模拟坡面行驶最大倾翻角分别为:纵向状态30.5°、横向状态20.6°、斜向状态25.6°,最大倾翻角随工作台的匀速升高、负载的均匀加重(高度随之增加)而逐渐减小,同时最大倾翻角还与作业平台和坡面的位置状态相关,纵向状态下平台作业安全系数最高,优于斜向状态和横向状态。田间试验结果表明各项指标均满足设计预期和温室结构农艺要求,该研究可为温室内果蔬管理、采摘及搬运提供参考。     

北墙不同外倾角对日光温室表面风压与体型系数的影响

为探明日光温室北墙外倾角的改变对其屋面风压系数和风荷载体型系数的影响,该研究基于计算流体力学原理,采用数值模拟方法,考虑北风和西北风2种风向,研究了不同北墙外倾角下日光温室表面风压分布规律,并给出不同北墙外倾角情况下的细化分区风荷载体型系数。结果显示：1）风压分布规律为：北风和西北风时日光温室前屋面和后屋面上半部风压系数为负,屋脊处和东、西边缘风吸力集中;随北墙外倾角减小,前屋面上部和后屋面风压系数绝对值明显减小,前屋面下部风压系数无显著变化。2）风荷载体型系数规律：北风时,以北墙外倾角90°（即竖直）为参照,外倾角减至30°可使前屋面上部体型系数的绝对值减小16%～26%,可使前屋面下部体型系数的绝对值增大6%～57%,可使后屋面体型系数绝对值减至0左右;西北风时,前屋面上部和后屋面体型系数绝对值均为西端大、东端小,前屋面下部体型系数绝对值为中间大两端小,屋面风荷载体型系数随北墙外倾角的变化不显著。因此,北墙外倾角的变化导致日光温室屋面风荷载分布发生变化较大,对日光温室结构的抗风性能影响较大,建议日光温室屋面风荷载计算应考虑北墙外倾角的影响,抗风设计时可合理选择北墙外倾角以减小屋面风荷载,边榀骨架结构和围护结构的边缘处需加强。     

西藏高原日光温室菜地土壤碳、氮矿化特征研究

采用室内培养方法, 以西藏拉萨地区选取的草地、农田为对照, 测定并比较日光温室土壤碳、氮矿化特征, 揭示草地和粮田转变为日光温室菜地后土壤矿化演变过程, 为西藏高原设施菜地土壤管理提供科学依据。结果表明, 草地、农田、1年温室、5年温室土壤有机碳矿化速率均在培养前期(0~7 d)日均矿化量最快, 且草地土壤显著高于农田和5年温室土壤(P<0.05), 温室土壤间无差异(P>0.05); 在培养28 d后, 农田土壤有机碳矿化释放的CO₂-C累积量高于草地, 草地高于1年温室和5年温室, 但不同类型土壤碳矿化释放的CO₂-C累积量间差异不显著(P>0.05)。无论是草地、农田还是温室, 4种土壤氮矿化都主要发生在培养的前期(0~3 d), 之后随着培养时间的延长, 不同利用类型土壤氮素转化以氮素的固定为主; 至培养结束时, 草地、农田、1年温室、5年温室土壤无机氮含量分别为培养0 d的29.04%、75.94%、66.86%、65.70%, 说明草地土壤氮素矿化能力较农田和温室强, 而温室土壤氮素矿化能力随着温室利用年限的延长而不显著升高, 农田氮矿化能力最弱。方差分析表明, 土壤氮矿化能力因土壤类型而异但矿化过程不因土壤类型而存在差异。     

大型连栋温室设计风雪荷载分级标准初探

我国温室行业发展迅速,但缺乏必要的规范约束。该文针对我国大型连栋温室的结构强度设计,以建筑设计规范风雪荷载分布图为基础,提出了温室荷载设计的分级。为温室主体结构标准化设计和温室构件规模化生产提供了依据。在荷载分级的基础上,还提出了对温室规格标准化标号的方法和建议     

椭圆管单管拱架日光温室结构性能分析

为探明椭圆管单管拱架日光温室的结构性能,该研究以北京地区风雪荷载为例,选取8、9、10 m三种常见跨度的日光温室为研究对象,依据国家标准《农业温室结构荷载规范》和农业行业标准《日光温室设计规范》确定日光温室的建筑剖面尺寸以及荷载作用形式,主要研究日光温室在屋脊不同位置设置拉杆时,随着拉杆位置的不同,在保证结构安全的前提下,针对拱架两端与基础和后墙的不同连接形式、不同跨度以及不同的屋脊形式建立结构计算模型,运用3D3S软件计算分析拉杆设置位置的变化对单管拱架的内力影响。计算发现,不论拱架与后墙采用哪种连接形式,当拱架与基础采用固接时,设置拉杆时拱架的应力比系数最小为0.974,其余均大于1.0,此种连接形式都应避免设置拉杆;当拱架与基础采用铰接时,设置拉杆时拱架的应力比系数大部分小于1.0,应尽量增设拉杆;在拱架与基础采用铰接连接、与后墙采用固结连接时,不同跨度日光温室增设屋脊拉杆的作用效果呈现曲线变化态势,9 m跨度的日光温室设置拉杆后的应力比系数最小,为0.90,因此推荐温室的跨度以9 m为宜;对尖屋脊和圆弧屋脊日光温室拱架的内力分析发现,建议如果不设屋脊拉杆,温室的屋脊形式应尽量做成圆弧形,而设置屋脊拉杆后可将屋脊做成尖屋脊。该研究成果可为椭圆管单管拱架日光温室的结构设计提供理论支撑。     

大棚型日光温室设计及光效应初探

大棚型温室是针对目前北方高寒地区日光温室春夏秋主要生产季节光照条件差的问题而设计的.通过实验测试、分析及建造成本比较认为大棚型温室的建造成本比土打墙日光温室稍高,而显著低于砖墙日光温室.大棚型温室内光照条件在5、6、7月份,无论晴天还是阴天均优于日光温室,特别在温室的北部表现更为突出.良好的光照条件为温室高产、优质奠定了基础.     

大棚型日光温室设计及光效应初探

大棚型温室是针对目前北方高寒地区日光温室春夏秋主要生产季节光照条件差的问题而设计的。通过实验测试、分析及建造成本比较认为：大棚型温室的建造成本比土打墙日光温室稍高，而显著低于砖墙日光温室。大棚型温室内光照条件在5、6、7月份，无论晴天还是阴天均优于日光温室，特别在温室的北部表现更为突出。良好的光照条件为温室高产、优质奠定了基础。     

日光温室荷载组合方法及应用

荷载组合是日光温室结构设计的前提和依据,为了使工程设计人员科学认识和正确使用荷载组合,需要对日光温室的荷载特点、组合效应进行分析和构建。该研究分析了日光温室荷载的特征,通过分析国家规范体系中对结构设计荷载组合的要求,并以北京地区日光温室为例,分析了12个荷载工况下温室骨架的最大应力比,表明多种可变荷载成为主导荷载的可能性;研究提出了基于精确分析所有可能荷载组合的逻辑、方法,并在此基础上研发了日光温室全荷载组合自动生成软件;继续以北京地区日光温室为例,分析了该日光温室在1 216种荷载组合下的最大应力比,与当前普遍采用的预估等简化设计方式进行了比较。分析表明,采用部分荷载组合的日光温室简化设计方法没有涵盖算例中所出现的最不利荷载组合方式,存在组合上的漏洞,而采用\     

温度对不同年限日光温室土壤氮素矿化特性的影响

【目的】日光温室作为具有我国特色的一种高强度的栽培方式,过量施肥问题突出。随着温室栽培在我国北方地区规模的不断扩大,由此带来的土壤退化和地下水污染问题值得关注。不少研究表明,随着日光温室栽培年限的增加,土壤有机质含量不断增加;且温室栽培中的土壤温度与露地存在很大差异,其土壤氮素矿化特性如何,尚缺乏研究。【方法】本研究以位于黄土高原南部陕西省杨凌示范区不同栽培年限的日光温室土壤为研究对象,采用室内好气培养法(84 d)测定不同培养温度(20℃和30℃)对不同年限温室(0 3年)土壤0—20 cm及20—40cm土层氮素矿化量,采用一级动力学方程拟合土壤氮素矿化曲线,根据土壤氮矿化势(N0)评价不同栽培年限温室土壤氮素矿化特性。【结果】1)随着日光温室栽培年限的增加,土壤有机质、全氮含量和氮素累积矿化量随之显著增加。2)30℃的土壤氮素累积矿化量高于20℃的矿化累积量;栽培年限长的日光温室矿化作用对温度的敏感程度高于年限短的温室。3)若温度和栽培年限同时增加,土壤氮素累积矿化量随之增加,说明温度和栽培年限对土壤氮素净矿化量有一定的交互作用,但差异不显著(P0.05)。4)日光温室栽培年限越长,土壤氮矿化势(N0)越大;与种植前相比,第2a、3a温室土壤氮矿化势增加了5.59和11.48倍。5)回归分析表明,0—20 cm土层土壤有机质含量每增加1 g/kg,20℃和30℃条件下土壤氮矿化势(No)分别增加2.70及3.18 mg/kg;土壤全氮含量每增加1g/kg,No分别增加37.28及43.12 mg/kg。【结论】日光温室土壤氮素矿化量随其栽培年限的增加显著增加;培养温度由20℃增加到30℃,土壤氮素矿化量也明显增加,日光温室栽培年限和温度对土壤氮矿化有一定的正交互效应。因此,在日光温室氮素管理中应考虑栽培年限和温度对土壤氮素矿化的影响,以采取针对性的氮素管理措施。     

型钢拱架日光温室结构稳定性能及参数分析

型钢拱架日光温室结构的主要受力构件长细比大,暴雪等极端灾害天气下易引发结构失稳灾变。针对此问题,该研究利用弹塑性力学理论和非线性有限单元法,建立型钢拱架日光温室结构精细化有限元模型,开展雪荷载下日光温室稳定性能分析;通过对型钢截面类型（平椭圆形截面、箱形截面和几字形截面）、温室跨度（8、10和12 m）、雪荷载分布形态（分布厚度不均匀和分布区域不对称）等参数下进行日光温室失稳全过程分析,分别确定日光温室稳定承载力,揭示雪荷载分布对日光温室稳定承载力的量化影响;结合日光温室的荷载系数-位移全过程曲线和不同加载时刻点的变形图、应力图、轴力图与弯矩图,从直观现象和内在本质两个层面深入探明日光温室的静力失稳机理。分析结果表明：在保证不发生平面外整体失稳的前提下,当型钢截面面积和翼缘宽度相同时,相较于箱形截面型钢、几字形截面型钢,采用平椭圆形截面型钢拱架的日光温室稳定承载力分别提高了19.2%和44.2%;跨度对日光温室稳定承载力的影响较大,与8 m跨度相比,10、12 m跨度的日光温室的荷载系数分别下降了27.1%和57.9%;相较于均匀分布雪荷载,在非均匀分布雪荷载下日光温室的稳定承载力最大下降63.8%;相较于不设置拉杆和撑杆的情况,单独设置拉杆的日光温室稳定承载力最大可提高9.0%,单独设置撑杆的日光温室稳定承载力最大可提高66.8%。该研究得出的结果和给出的建议可为型钢拱架日光温室结构抗雪设计、稳定性研究和防灾分析提供技术指导和理论参考。     

分频北墙结构对日光温室内光热环境的影响

日光温室为中国特有的一种栽培设施结构,非对称的结构形式造成温室内南北光环境分布不均匀,一般墙体结构冬季夜间保温不能满足多数作物的生长需求。为构建具有保温蓄热能力、反射补光能力的多功能墙体结构,该研究设计了一种直接吸收太阳能的红外分频补光板（infrared frequency divided and supplementary light panel,IFDSLP）,可对室内光热环境进行调节。合成了基于氧化锡锑（antimony tin oxide,ATO）-三氧化钨（ tungsten trioxide,WO₃）的水基纳米流体,将该纳米流体补充进IFDSLP内腔,作为传热分光工质。当IFDSLP集热面积为7.2 m²,光程为10 mm、体积分数为0.005% 时,该流体工质在300～800 nm的植物光合有效波段中的平均反射率为79.6%,在近红外光波段中的平均吸收率为85.4%。该结构在增加温室北侧作物光照的同时,兼具温室夜间升温能力。IFDSLP系统的太阳能总利用率为71.9%,光热转换效率为36.4%,相比传统砖墙光辐射增加25%～28%,夜间空气温度平均提高1.5～2.0 ℃。该系统依托于现有日光温室结构,进一步改善了温室内的光热环境,是提高温室北墙全光谱利用率的有效途径。     

日光温室后坡漫反射幕应用方法及效果验证

日光温室东西垄向栽培可有效提高机械作业效率,但冠层遮挡易造成光照不均,从而影响作物生长发育。针对该问题,该研究提出了适用于日光温室后坡的漫反射幕应用方法,并于试验温室内设置4个东西方向垄,依据理论方法在试验区后坡张挂漫反射幕,以此验证张挂漫反射幕对温室番茄冠层光环境的影响。结果表明：冬季上午,外界光强相对较弱,漫反射幕对冠层光环境的影响较小;中午时,试验区各垄北向来光在冠层1.0和1.4 m高度相比对照组均有显著增强（P<0.05）,提升10.4%～68.8%,上方来光光强在冠层1.0 m高度相比对照组显著增强（提升16.3%～30.4%,P<0.05）,在1.4 m高度除第三垄外,影响均不显著（P>0.05）;下午,与对照区相比,试验区各垄在冠层1.0和1.4 m高度北向来光光强均有增强,最高提升102.0%;相对对照区,试验区第二、三、四垄上方来光光强显著增强（P<0.05）,提升范围为19.7%～54.3%。因此,漫反射幕可将入射到日光温室后坡的光照反射至各栽培垄北侧,从而改善东西向栽培各垄番茄冠层光照环境。     

华东型连栋塑料温室结构设计

对华东型连栋塑料温室结构设计的特点进行了概括总结。该型温室与进口同类以色列温室相比,具有：①抗雪载性能好;②立柱设计合理;③整体稳定性高;④棚架强度均衡;⑤简化了拉索与方柱的固定结构等优点。经使用表明,该温室的结构设计符合华东地区的气候特点,适应生产要求,造价低。     

温室水培叶菜高速稀植机构设计与试验

温室水培叶菜幼苗种植需将钵苗从穴盘移栽至栽培槽中,传统人工作业劳动强度大、效率低,而通过移栽机自动化作业效率高、质量好.该研究设计了一种多移植手的穴盘取苗高速稀植移栽机构,可实现穴盘内成排取苗和栽培槽变间距并行植苗作业.高速稀植移栽机采用受拉缓冲带串接针爪式多移植手减缓变间距栽植过程中的不等速冲击,通过油压缓冲器减缓多...     

基于温湿度异布的日光温室冬季主动通风策略设计与验证

针对日光温室冬季自然通风热量损失大、降湿效率低的问题,该研究在揭示室内温湿度空间异布特征基础上,提出主动通风策略,提高保温降湿效能。通过搭建包含28个温湿度传感器的日光温室物联网监测平台,深入分析了室内温湿度空间分布规律。结果显示,温室上下区域积温差值可达300 ℃,白天日照时段的相对湿度差值达20个百分点,且呈现温度上高下低、湿度上低下高的空间异布特征,自然通风模式下室内上部高温低湿空气优先与室外干冷空气置换导致其保温降湿效能低下。基于此,该研究提出了主动通风排湿策略,利用安装于温室底部的轴流风机改变气流方向,强迫下部区域低温高湿空气从风机口优先向外排出,使上部区域高温低湿空气逆向沉积保留在室内,有效排湿的同时降低热量损耗。主动通风实地试验结果显示,相比于受室内外气候影响可控性差的自然通风,主动通风率可在0～30 m³/(m²·h)之间无级调节,有利于通风的精准控制;晴朗、多云、阴雨3种典型天气下主动通风的日平均温湿比均高于自然通风,体现出较好的气象适应能力和稳定性;其中,晴朗天气下日均温度可提高2.0～2.7 ℃,日均相对湿度可降低15～17个百分点,日均温湿比可提高31.1%～32.9%,保温排湿效能改善明显。同时,主动通风策略的投入产出比为2.62,能够以较低的投入获得理想的经济收益,经济可行性较好。该研究所提出的主动通风排湿策略可以有效提高保温排湿效能,技术合理性和经济可行性良好,可为日光温室冬季微气候调控提供理论参考和解决方案。     

连栋温室结构设计中动态风压取值方法初探

在分析比较国外关于温室建筑及我国工业与民用建筑结构荷载规范的基础上,针对温室结构设计中动态风压的定义方法、计算取值等进行了较深入的探讨;同时结合工程实践,提出了一套适合我国温室结构设计中风荷载取值的一般原则:在现有条件下,考虑风压高度变化系数和阵风作用因子,按中国建筑结构荷载规范(GBJ9-87)计算风荷载-动压是可行的,可不必进行重现期修正