多联栋温室框架结构的弹塑性计算

应用力学知识和工民建规范,建立了多联栋温室受风雪载时半结构计算模型,并进行了荷载组合。利用有限元法和建筑规范中的有关规定,对该温室进行了弹塑性计算,求出了温室结构的一阶二阶弹塑性应力、框架柱稳定系数和整体稳定系数。由计算出的框架的最不利位置进行了相应的结构改进。验算结果表明,改进后的温室结构合理,具有优良的力学特性     

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。     

中欧温室规范中风荷载取值的对比

为了更好地指导温室结构设计与优化,该文对中欧温室结构规范中风荷载的取值方法进行了比较。首先简要比较了中欧温室规范中风荷载的定义和计算方法,然后分别对2种规范中关于基本风压、风压高度变化系数及结构体型系数的规定进行了详细地探讨。比较结果表明,中欧温室风荷载在计算思路上相近,但在参数的定义及选取方面,中国温室荷载规范存在一些不合理性。该文还根据中欧的不同规定,利用结构分析软件SAP2000对某典型温室进行了风荷载效应的计算对比,结果表明采取欧洲温室规范计算所得的结构内力值更高,并对中国温室荷载规范进一步的修订提出了一些建议。     

华南型单栋塑料温室风荷载模拟试验研究

该文对华南型单栋塑料温室的风荷载特性进行了风洞模拟试验研究,测量了在16种不同风向角下温室风荷载体型系数大小和分布规律,详细讨论了屋檐、天窗等外伸部位对温室风荷载分布的影响。试验结果表明,华南型温室中的屋檐和天窗使其风荷载分布与建筑结构荷载规范的规定有较大区别,屋檐、屋脊、两端和天窗均为风荷载集中的部位。抗风设计应主要考虑与温室侧墙垂直的风荷载,在温室端部应设置支撑或提高屋檐和屋脊结构强度     

柔性保温墙椭圆管单管拱架日光温室内力分析及结构优化

针对柔性材料围护椭圆管单管拱架日光温室跨度不断加大,而标准化管材市场供应截面单一带来的结构安全性问题,该研究基于北京地区的风、雪荷载,依据国家标准《农业温室结构荷载规范》（GB/T 51183-2016）和《农业温室结构设计标准》（GB/T 51424-2022）,选用截面80 mm×30 mm×2.0 mm（高×宽×壁厚）椭圆管,以12 m跨度日光温室为基准,使用Midas-Gen有限元软件建立模型,分析不同作物吊挂模式、后墙立柱不同结构形式以及拱架与基础不同连接形式对结构内力分布的影响,寻找结构最大应力最小的作物吊挂模式和结构形式。结果显示：柱脚铰接的单管拱架作物荷载2点吊挂时,出现强烈的局部应力集中,且作物荷载为主要控制荷载。其中后墙立柱作物吊挂点位置最大应力值为1146.7 N/mm²,其余位置平均应力值为445.4 N/mm²。作物荷载为3个吊挂点时,拱架应力系数为0.61,作物荷载退化为次要控制荷载;吊挂点个数≥4时,拱架应力系数降低到约0.51,作物荷载完全退出控制作用,拱架最大应力仍超出材料允许强度。因此,采用局部加强措施同时结合柱脚连接形式寻找更加合理的拱架结构,并最终提出该温室结构采用前柱脚铰接、后柱脚固接、后墙立柱为格构柱时结构的最大应力最小,应力分布最合理。研究可为北京地区柔性保温墙椭圆管单管拱架日光温室的结构形式和结构用材提供参考。     

互插式连栋塑料温室屋面风压分布的风洞试验研究

该文采用风洞试验方法,在不同风向角与是否安装遮阳幕的情况下对互插式连栋塑料温室的风压分布进行了详细的试验研究.研究结果表明:通风窗关闭时的风压系数高于通风窗开启时的风压系数,且风压系数的变化范围较大,因而计算温室表面风压时,应选用通风窗关闭时的风压系数;当气流流经温室屋面时,气流强弱、方向均发生变化,有遮阳幕时正负压交替出现,风压分布比无遮阳幕时复杂;计算互插式连栋塑料温室的风压时,应将有、无遮阳幕两种状态下的风载体型系数结合在一起考虑,即选取两种工况的较大值作为结构设计依据.     

考虑覆盖材料蒙皮效应的温室结构稳定承载力计算

为研究覆盖材料蒙皮效应对温室结构稳定承载力的影响,该文在考虑温室结构的实际工作状态、材料非线性和几何大变形的前提下,采用ANSYS有限元分析软件,选取华北型、文洛型和日光型3种温室结构类型,建立了单榀骨架、整体骨架、整体骨架覆盖薄膜、整体骨架覆盖玻璃和整体骨架覆盖PC板5种计算模型,模拟了风雪灾害下温室结构破坏的全过程,得到了其破坏模式和荷载与位移关系曲线,分析了温室结构的稳定承载力和空间作用效应,并给出了其极限荷载系数和稳定承载力提高系数。结果表明:考虑覆盖材料蒙皮效应时,雪荷载作用下温室结构易发生失稳破坏,风荷载作用下温室结构稳定承载力较高,温室结构抗雪灾能力低于抗风灾能力;荷载工况由风荷载控制时,覆盖材料使日光温室结构稳定承载力提高20%~50%,设计时可考虑相应蒙皮效应;荷载工况由雪荷载控制时,覆盖材料使华北型和文洛型温室结构稳定承载力分别提高1~2倍和1~4倍,设计时可考虑相应蒙皮效应;覆盖玻璃使温室结构稳定承载力提高20%~280%,覆盖PC板使之提高20%~240%,覆盖薄膜使之提高0~40%。研究成果可为温室结构抗风雪灾害设计提供参考。     

温室风压通风室内外流场的粒子图像速度(PIV)试验(简报)

该文采用粒子速度场仪,研究互插式连栋温室利用风压通风时室内外的流场。结果表明：在时均流场中,互插式连栋温室利用肩窗与侧窗通风时,室外顶部风速最大,天沟处风速最小;温室内部流场风速较小,且顶部风速最小,因而温室室内通风效果不好,热量会聚集在屋顶。在瞬时流场中,分析涡的瞬态过程,得到了回流涡的运动情况;根据温室室外涡量分布图,计算出温室的阻力系数为0.565;从互插式连栋温室室内涡旋运动图中可以看出,沿气流方向涡旋在拱1中的变化慢,在拱2、拱3中的变化快。     

温室风压通风室内外流场的粒子图像速度(PIV)试验

该文采用粒子速度场仪,研究互插式连栋温室利用风压通风时室内外的流场.结果表明:在时均流场中,互插式连栋温室利用肩窗与侧窗通风时,室外顶部风速最大,天沟处风速最小;温室内部流场风速较小,且顶部风速最小,因而温室室内通风效果不好,热量会聚集在屋顶.在瞬时流场中,分析涡的瞬态过程,得到了回流涡的运动情况;根据温室室外涡量分布图,计算出温室的阻力系数CD=0.565;从互插式连栋温室室内涡旋运动图中可以看出,沿气流方向涡旋在拱1中的变化慢,在拱2、拱3中的变化快.     

哈尔滨节能温室结构特点及其性能

哈尔滨地处北方寒冷地区,冬季温室蔬菜生产,需要加温消耗大量能源,节能是温室能否大发展的关 键。哈尔滨市蔬菜研究所与建成机械厂合作,研制了一种太阳能为主要能源,保温为主要手段,以补温为辅的薄膜拱架式节能温室,其结构特点: (1)采光好 为了充分利用寒冷季节的光能,一方面加大温室采光面角度,另一方面又要降低温室的高度,故采取拱架式结构。哈尔滨春分时节太阳高度角为43°7′。该温室拱架大部分受光面角度为30°     

薄膜承载力及其对日光温室结构稳定性能的影响

为研究薄膜对日光温室结构抗灾害垮塌性能的影响,采用 ANSYS 有限元分析软件,模拟了单片薄膜受风雪、冰雹荷载作用情景,分析了薄膜厚度、尺寸（长度×宽度）、预张力和外荷载对单膜承载力的影响,建立了日光温室结构单榀拱架、无膜空间整体骨架、覆膜空间整体骨架3种计算模型,得到了风雪灾害下日光温室结构破坏全过程以及覆膜日光温室结构空间系数,探讨了薄膜厚度、弹性模量、预张力等参数改变时,薄膜张拉刚化效应对日光温室结构稳定性能的影响。结果表明：薄膜尺寸（长度×宽度）和厚度是影响其承载性能的主要因素,同时应适当考虑薄膜长宽比影响;0.2 mm厚的薄膜可满足特强冰雹的防灾要求;薄膜张拉刚化效应有助于提高日光温室结构抗风承载力,对抗雪承载力影响不大;各分析参数中,薄膜弹性模量对日光温室结构空间系数的影响不明显。研究结果为覆膜日光温室结构抗风雪、抗冰雹灾害设计提供参考。     

铝合金温室拱形ETFE膜屋面抗风性能分析

为分析铝合金结构拱形ETFE(乙烯-四氟乙烯热塑性聚合物)膜屋面的抗风性能,提高其设计的安全性,该文根据单轴拉伸试验数据,确定了ETFE薄膜材料的力学参数和应力应变关系;基于几何非线性有限元理论,推导了膜单元的基本方程;利用大型通用有限元软件ANSYS,采用支座提升法对骨架式拱形ETFE屋面进行了找形分析,建立了用于荷载分析的计算模型;对拱形ETFE屋面在风荷载工况下进行了算例分析,计算了膜面主应力分布和变形特征;分析了不同膜面预应力水平对承载性的影响。分析结果表明,风荷载主要影响ETFE膜屋面第一主应力的分布,适当增加膜面预应力可以显著提高其整体刚度和承载力。研究结论为铝合金温室拱形ETFE屋面的抗风计算分析和施工提供了参考。     

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     

温室基本风压取值方法探讨

风荷载作为温室主要活荷载,直接影响着温室结构的安全性和经济性.基本风压是计算风荷载的基础,在温室设计中,基本风压的取值长期以来沿用工业与民用建筑的荷载规范,存在许多不合理因素.2002年发布的<温室结构荷载规范>中对基本风压的规定与1987年的建筑规范完全相同,仍然未能体现温室这种特殊建筑的特征.该文根据温室特点对基本风压的取值方法进行了探讨,对<温室结构荷载规范>中基本风压所规定的重现期、风速测量高度、风速平均时距值进行了修正:将重现期由原来的30年改为5～30年,时距由10min改为瞬时～10 min,高度由10 m改为3～7 m,并根据部分地区的风速资料采用统计学中的极限概率模型--极值Ⅰ型分布模型计算出这些地区温室基本风压的修正值.     

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。     

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"全荷载组合"进行结构分析是必要的、科学的，可以作为新国家规范要求下荷载组合取值的具体方法。应用表明，在电算化条件下，运算时间不到1 s，在工程设计中是高效的。研究结果具有较强的现实意义，可在满足现行国家标准的前提下，直接应用于日光温室工程设计、专业软件开发、既有软件改造升级之中。     

塑料大棚恒载与风荷载组合的荷载分项系数计算分析

该文首先对比塑料大棚结构和工民建结构设计的差异,指出对塑料大棚结构的荷载分项系数进行计算分析的必要性。然后通过对中国国内有代表性城市气象台站收集的历年来风荷载的记录资料作为统计依据,得到了风速任意时点荷载及设计基准期最大荷载的概率分布函数与统计参数,即风压的变异系数和均值系数。确定塑料大棚的目标可靠指标后,以恒载和风荷载作用的简单荷载组合为基础,采用分项系数的实用表达式,利用迭代法得出恒载分项系数和风荷载分项系数的取值范围分别为1.07~1.1,0.89~1.22;再利用最小二乘法的原理,得到恒载和风荷载分项系数的理论值分别为1.1,1.0。最后,综合考虑各种因素,得出恒载和风荷载分项系数的建议值分别为1.0,1.0。