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     

塑料大棚设计中基本风压取值方法

目前塑料大棚设计中基本风压基本按照《建筑结构荷载规范》取值,但塑料大棚结构轻,覆盖大棚的塑料薄膜在强度上远不如工业与民用建筑所用的砖石结构、钢筋混凝土结构及轻钢结构。此外,往往瞬时风速就有可能将整个大棚结构摧毁,因此按工业与民用建筑标准的荷载取值方法不尽适合塑料大棚的结构设计。该文针对塑料大棚特点,提出采用3 s瞬时风速作为计算基本风压的依据,并搜集整理了中国各台站近30 a的气象数据,形成了塑料大棚结构设计的专用资料库,并绘制出中国基本风压等值线图,可供塑料大棚结构设计应用。     

拱形塑料大棚风致干扰效应及风压特性研究

群体布置的拱形塑料大棚(简称群棚)棚间存在风致干扰效应,为了探明群棚干扰效应并建立考虑干扰效应的风荷载体型系数,基于Reynolds时均N-S方程和Realizable k-ε湍流模型,采用经验证的数值风洞方法研究了拱形塑料大棚单棚及群棚模型在不同风向角、不同棚间距下的表面风压特性。结果表明:拱棚群体布置引发干扰效应并改变风压特性,该效应具体表现为放大效应(群棚外围区域)和遮挡效应(群棚中间区域);干扰效应受风向角及棚间距的影响较明显,整体随棚间距增大而减弱,并大致在10 m棚间距时趋于稳定。干扰效应整体削弱棚区风压通风能力,从利于风压通风角度提出了群棚园区规划布局建议,即棚身长轴方向宜与群棚所处地域夏季主导风向相垂直并适当增加棚间距。最后,以上述研究为基础,根据干扰效应分区域给出了群棚(矢跨比=3:8)便于设计使用的风荷载体型系数。处于群棚外围区域的拱棚,其风荷载体型系数具体为:当风向角为0时,风荷载体型系数在迎风面、中间棚顶、背风面、两侧山墙分别为+0.41、-0.78、-0.26、-0.48;当风向角为90°时,风荷载体型系数在迎风山墙、棚面分别为+0.36、-0.44。处于群棚中间区域的拱棚,其风荷载体型系数具体为:当风向角为0时,风荷载体型系数在迎风面、中间棚顶、背风面、两侧山墙分别为+0.30、-0.71、-0.26、-0.48;当风向角为90°时,风荷载体型系数在迎风山墙、棚面分别为+0.34、-0.35。研究结论:群体布置的拱形塑料大棚存在风致干扰效应,设计时宜考虑风致干扰效应引起的棚面风压变化。     

地震作用在温室荷载组合中的控制效应

农业温室结构刚度小、自重轻、地震响应小,对抗震的要求各国不同。为探讨中国农业温室合理的抗震设计方法,该研究以屋面透光覆盖材料中最重的玻璃温室为研究对象,按照《建筑抗震设计规范》要求,选择两个规则形和一个不规则形平面布局,运用MidasGen计算软件,以恒活风雪荷载为基础,对不考虑地震作用的a类荷载组合和考虑地震作用后增加的e类荷载组合进行比较,以构件的最大应力比为评判指标,以地震烈度为变量,分别选取7度(0.10g)、7度(0.15g)、8度(0.20g)、8度(0.30g)和9度(0.40g)(g为重力加速度)来研究地震作用的控制效应。计算结果表明在地震烈度为7度时,规则和不规则平面的温室,均是不考虑地震作用的a类荷载组合下的应力比更大,即地震作用不起控制作用。地震烈度达到8度(0.20g)时,对于规则平面温室的中柱和侧墙柱,考虑地震作用的e类荷载组合应力比已经非常接近a类荷载组合;对于不规则平面温室的个别凹角立柱,e类应力比(0.31)略大于a类(0.29);当地震烈度达到8度(0.30g)时,对于规则平面温室的个别构件,e类应力比(0.36)大于a类(0.29),最大应力比已经受地震作用控制。结合中国最小风荷载地区地震烈度表,提出在中国玻璃温室设计时,8度(0.20g)及以下地区可不考虑地震作用计算,8度(0.30g)及以上地区应考虑地震作用计算,此外,以塑料薄膜为透光覆盖材料的连栋塑料温室、塑料大棚以及日光温室在任何情况下都可以不考虑地震作用。该研究结果可为国内温室结构设计规范的制定和具体工程设计提供理论依据。     

Venlo温室的荷载效应特征及其在工程中的应用

Venlo型温室是世界上硬质覆盖材料温室中使用量最大的结构形式，在中国也已经成为玻璃温室和PC板温室的首选结构。该文以Venlo温室钢结构中控制性关键构件边柱和相邻中柱为例，利用温室结构设计专用软件、采用结构有限元分析的方法对边柱和中柱在6种不同荷载组合方式和7种不同跨度下的荷载效应进行了计算，分析其在不同荷载组合和跨度数下的内力变化规律，将结果运用于温室柱网布置、构件材料分布、节点构造等工程设计中，可以有效提高Venlo型温室结构设计的科学性、安全性、降低结构用钢量。     

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。     

拉索加强式温室单层球面网壳稳定性分析

双向网格型单层球面网壳透光好、耗材小、作为温室结构设计具有广泛的应用前景。但是结构面内刚度和面外刚度较低,过度增大跨度易发生大变形导致结构失稳。为了提高结构的稳定性能,针对30、40、50 m跨度的单层球面网壳提出了在双向网格对角处即面内布置拉索及和面外不相邻节点处布置斜拉索的方案,开发了刚性网壳和柔性拉索组成的拉索加强式温室空间结构体系。利用有限元程序ANSYS以及自编的前后处理程序,针对不同跨度温室球面网壳进行了弹性、弹塑性全过程分析,考察了拉索布置形式、拉索预应力、初始几何缺陷、荷载不对称分布等因素对温室网壳稳定性的影响规律,并结合结构的屈曲模态、塑性发展分布等特征响应,进一步揭示了结构的失稳机理。在此基础上,分析了材料非线性对温室网壳稳定性的影响规律,通过对网壳结构的弹性、弹塑性临界荷载的统计,重新核定了此类温室结构体系的"塑性折减系数"。结果表明:拉索充分发挥了材料的抗拉性能,布置拉索后使原结构极限荷载提高了29%~92%,对拉索施加30 k N预应力后极限荷载最大可提高43%,论证了该结构形式的合理性;塑性折减系数在0.7~1.0之间,说明材料非线性对此类温室结构稳定性的影响不大,以上研究成果对该结构体系的工程实践提供了技术参考。     

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。     

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     

灾害风荷载下温室单层柱面网壳整体动力倒塌分析

该文针对大跨轻质单层柱面网壳在灾害强风天气下存在动力倒塌破坏的可能性,利用显式有限元分析软件ANSYS/S-DYNA及自编前后处理程序,综合考虑了几何非线性、材料非线性和接触非线性,建立了灾害风荷载下温室单层柱面网壳结构整体动力倒塌的数值分析模型,考察了单层柱面网壳的动力倒塌发展全过程。以节点位移和变形形态等几何特征响应对网壳结构进行了动力倒塌过程分析,将网壳结构倒塌过程依据其特性划分为轻度损伤阶段,倒塌形成阶段和整体倒塌阶段3个阶段;同时以杆件内力和截面塑性发展等力学特征响应对网壳结构进行了动力倒塌机理研究,指出网壳结构的风致动力倒塌原因是风压区压杆反复屈曲和拉杆依次失效相互作用的综合体现。对比分析考虑下部支承与不考虑下部支承单层柱面网壳的动力倒塌过程,结果表明,考虑下部支承柱时网壳结构动力倒塌对应的临界荷载系数发生了25%的明显降幅。该研究为温室网壳结构的抗风设计、工程应用和防灾评估提供了理论参考。     

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。     

应用技术泥石流荷载下钢管混凝土桩林结构的抗冲击性能

[目的]分析新型拦挡坝钢管混凝土桩林结构在泥石流冲击荷载作用下的动力响应,为其结构的设计提供有效的科学依据。[方法]通过 ANSYS 有限元分析软件对3种不同泥石流荷载工况下桩林坝进行数值模拟,主要分析结构的应力、应变和位移等响应。对比3种工况的响应,得到结构的最不利荷载工况。[结果]空库桩管顶部受大石块冲击是结构的最不利荷载工况,3种工况相对比,发现大石块的冲击力是导致结构破坏的主要因素;钢管混凝土桩林具有良好的抗冲击性能,在较小的塑性变形下,结构承受较大的冲击力,且受撞击构件刚度越大,冲击力峰值越大;桩管和梁管的连接部位、桩管根部和端部受约束梁管是坝体的薄弱部位,因此设计时应采取加强措施。[结论]钢管混凝土桩林是一种节约材料稳定性较好的拦挡结构,具有良好的抗冲击性能。     

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。     

小型木结构谷坊的水平荷载试验及稳定性研究

木谷坊做为一种新型结构不同于常规工程设计 ,世界上虽出现了此类景观坝体 ,但没有适合现代技术水平的设计方法。为此进行木谷坊水平荷载试验 ,研究木谷坊稳定计算方法。木谷坊采用Φ =10～ 15cm ,L =4m间伐杉木叠加而成 ,层间用Φ =16mm螺栓固定 ,木间堵石。荷载试验采用千斤顶及测力计 ,测定每次加荷后坝体水平位移 ,计算作用坝底的水平力、力矩与位移的关系及坝体稳定性。试验结果表明 :逆转稳定系数为 1 82 >1 5 0 ;摩擦因数为 1 78>1 2 0 ;剪切变形稳定系数为 1 5 0 >1 2 0 ;地基支撑力 196kN/m2 >垂直地基应力 6 8 1kN/m2 ,满足技术设计要求。从水平荷载试验结果分析 ,为充分发挥木谷坊的功能 ,应采用在坝上游允许有拉伸应力的设计方法     

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     

高纬度地区多功能日光温室设计

高纬度地区的传统日光温室常由于结构设计不合理,冬季生产需要补温,果蔬种植和加工环节分离,运输中容易发生冻害,制约该地区温室的冬季生产。该文基于传统日光温室优点及存在问题,结合高寒地区气候特点,从温室结构优化和功能创新2方面提出新型日光温室设计方案。利用经典温室设计理论,结合生产实际,对采光角度、前屋面弧度、保温性能等进行优化,并对雪荷载、风荷载、屋面活荷载、作物吊挂荷载进行计算,利用结构分析软件midas计算温室结构的受力稳定性,对温室各参数设计的合理性进行验证。优化结果为:总跨度16 m,一层种植部分跨度9 m,生产加工部分跨度7 m,总高度6.5 m,前屋面主采光角37°,土地利用率达到1.7。该设计实现了高纬度地区温室冬季不加温种植果蔬,利用传统温室后墙的遮阴部分,创造地上、地下3层使用空间,显著提高了土地利用率,实现种植、加工、存储多种功能集成,是高纬度地区日光温室的一种创新尝试,可以作为棚室种植园区的核心节点温室。     

斜拉杆增强温室双向网格型单层柱面网壳稳定性

拉杆式单层柱面网壳具有轻质、高强、透光好等优点,适用于温室结构设计。该文针对双向网格型单层柱面网壳刚度低这一特点,通过拉杆的布置方式增强结构整体刚度,基于有限元软件ANSYS及自编的前后处理程序对拉杆式温室网壳进行了弹性、弹塑性全过程分析,论证了拉杆布置方式的有效性,考察了拉杆预应力、初始几何缺陷、荷载不对称分布等因素对网壳极限承载力的影响。通过结构的失稳模态、塑性发展分布等特征响应,揭示了结构的失稳机理。为了使拉杆式温室网壳的安全可靠度得到有效的保证,采用"3σ"原则对塑性折减系数重新核定,取值范围为0.46~0.84。     

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。     

风积土震陷变形试验研究

地震诱发的场地土的震陷问题引起了人们的广泛关注。以辽西地区风积土场地为研究对象,进行了50年超越概率2%和10%的地震荷载和3条不同幅值的等幅正弦荷载作用下风积土的震陷试验,建立了风积土震陷系数经验公式,依据分层总和法预测了2条地震荷载作用下风积土场地震陷量,并对其震陷性进行了评价。研究结果表明,震陷系数随动应力幅值、试件含水量和孔隙比的增加而增大,其中动应力幅值对震陷系数的贡献最大,其次为含水量和孔隙比。震陷评价结果表明,若计算深度为20 m,震陷量分别为5.99 cm和5.14 cm,可判别为中等震陷;若计算深度为15 m,震陷量分别为2.49 cm和2.14 cm,属轻微破坏。以上研究成果为辽西地区风积土地基的抗震防震设计提供了参考依据,具有重要的工程应用价值。