马月虹;刘霞;马彩雯;孙俪娜;姜鲁艳;刘振虎
【摘 要】[目的]温室屋面为两个坡面、一个拱形面共同组成,风雪载荷较为复杂.对新疆北部地区日光温室风雪载荷进行计算分析,为新疆设施农业进行温室结构设计提供参考和实践依据.[方法]就新疆西山农场日光温室的风雪载荷展开分段式分析计算.[结果]所得风雪载荷值Wk=0.446 7 KN/m2、S =0.86 KN/m2,在《建筑结构荷载规范》(QB50009-2012)雪载值和风载值的范围内,并通过了生产实践检验.[结论]分段式方法分析计算温室复合屋面风雪载荷准确可行. 【期刊名称】《新疆农业科学》
【年(卷),期】2014(051)006
【总页数】9页(P1044-1052)
【关键词】日光温室;风雪荷载;计算
【作 者】马月虹;刘霞;马彩雯;孙俪娜;姜鲁艳;刘振虎
【作者单位】usb mass新疆农业科学院农业机械化研究所,乌鲁木齐830091;新疆农业科学院农业机械化研究所,乌鲁木齐830091;新疆农业科学院农业机械化研究所,乌鲁木齐830091;新疆农业科学院农业机械化研究所,乌鲁木齐830091;新疆农业科学院农业机械化研究所,乌鲁木齐830091;新疆农业科学院科研管理处,乌鲁木齐830091
【正文语种】中 文
【中图分类】S626.5
0 引 言
【研究意义】新疆包括乌鲁木齐在内的N42°以上地区是天山北坡经济带生产力高度集中的地区，历年国内生产总值占整个新疆40%以上，城镇、交通、能源等基础条件好，对全区经济发展起着重要的带动、辐射和示范作用。该地区冬季降雪量大、大风多发，温室的风雪载荷是北疆大风暴雪地区温室性能的主要指标，温室结构设计要有安全性和稳定性。安全性要求温室结构及其所有构件的设计必须能安全承受包括恒荷在内可能的全部荷载组合，
任何构件危险断面的设计应力不得超过温室结构材料的许用应力。温室结构及其构件必须有足够的刚度，以抵抗纵、横方向的挠曲、振动和变形。稳定性要求温室结构及其构件必须具有足够的稳定性，在允许载荷作用下不得发生失稳现象。近年来，新疆高度重视发展设施农业，研究适合新疆高纬度地区的日光温室结构，对于提高其综合生产能力和产出效益有重要意义。【前人研究进展】目前有研究温室基本雪压、风压取值方法的，但是不能广泛适用于复合屋面的各个迎风面和积雪面的风雪载荷计算[1,2]。温室设计时风雪载荷通常按国家规范取值，比较笼统，不能保证最佳的安全性和稳定性，不能适用新疆高寒、暴雪、大风地区。【本研究切入点】国内研究日光温室保温、采光性能的较多，研究日光温室屋面主体结构风雪载荷的较少，尤其是研究新疆高纬度寒冷地区温室风雪载荷的极少，没有研究复合屋面实际风雪载荷的计算方法。以乌鲁木齐地区抗风雪型日光温室为研究对象，进行风雪载荷计算分析。【拟解决的关键问题】由于温室主要承受风压、雪压、作物重、保温层重等活载作用以及大棚自重等恒载作用，受力分析过程及内容较多且复杂。研究以当地降雪量和历年风力和风向为出发点，对风雪地区日光温室进行雪载和风载，将温室复合屋面结构进行分段式分析，计算出准确的实际雪载和风载。 1 材料与方法
1.1 材 料
本单位设计建造的抗风雪型日光温室，其东、西、北三面墙体；南面采光面为双拱钢架结构，拱架由两段热镀锌钢管焊接而成，第一段位于墙体顶部至脊高处,第二段位于脊高处至前屋面脚，该段拱架由直线和圆弧两部分组成，由热镀锌钢管分段弯制而成,与基础用法兰连接。简化为一直一弯结构。图1
图1 日光温室剖面示意Fig.1 Schematic section of sunlight greenhouse
1.2 方 法
该日光温室屋面由两个坡面和一个拱形面组成，因此，将根据温室屋面的不同部分进行各自的风雪载分析。
鼠标跟随温室屋面是个组合体，大体由两个单跨单坡屋面和一个拱形屋面组成。图2，3
图2 单跨单坡屋面Fig.2 Single span and single slope roof图3 拱形屋面Fig.3 Arch roof
2 结果与分析
2.1 风载计算
风载荷是垂直于温室等建筑物表面、单位面积上作用的风压力。风载荷与风速的平方成正比，与空气密度成正比，与重力加速度成反比，与风压高度、建筑物的形状、尺寸有关。按照规范，计算围护结构时，风载荷的标准值按下列公式计算：
Wk=βgzμsμzW0.树脂粘土
(1)
式中：W0：基本风压；μz：风压高度变化系数；μs：风荷载体型系数；βgz：高度z处的阵风系数。
高度z处的阵风系数βgz按B类粗糙度、建筑物离地面高度小于5 m，查阅《建筑结构荷载规范》(QB50009-2012)表8-6-1，βgz=1.70。
风压高度变化系数μz查阅《建筑结构荷载规范》(QB50009-2012)表8-2-1，按B类粗糙度、建筑物离地面高度5 m和10 m的高度变化系数相同μz=1.00。但是一般日光温室脊高为3～
4 m，因此该值不准确。王笃利等[1-4]按照指数率—风速随高度的变化规律换算，计算出Z(m)高与10 m高的风压换算系数，即风压高度变化系数μ，μz=0.746。表1
表1 标准地貌处高度为Z m时的风压高度变化系数Table 1 Ground category height factor at height of z meter above the ground in standard exposure
Z(m) 3456710μ0.6800.7460.8010.8490.8921
基本风压按照国标规范中WO=v02/1 600 (kN/m2 )公式计算，公民建筑的基本风压是以10 min平均最大风速为统计样本，但是温室这种轻型塑料大棚采用10 min为时距是危险的，往往瞬时(数秒)大风就将导致覆盖材料和骨架的损坏。王笃利等[4]根据定义中基本风压重现期、风速测量高度和平均风速时距的取值进行了修正。通过换算，给出了不同时距风速与10 min平均风速的换算系数β。表2
表2 不同时距与10 min时距的风速换算系数βTable 2 Wind speed conversi on coefficient of time duration between different time and 10 min
实测风速时距1 min10min5min2min1minβ0.9411.071.161.20实测风速时距0.5 min20s10s5
s瞬时β1.261.281.351.391.5
因此基本风压WO=v02/1 600公式就转化为：
(2)
W0：温室的基本风压；Vτ：由标准风速求出的T年一遇的最大风速；β：时距；μ：标准地貌下的风压变化系数；ρ：空气密度。
电子标签读写器从这个公式中可以看出温室基本风压可看作是一个关于重现期、风速时距和离地高度三个变量的复合单调函数。
由西山农场提供的气象资料，西山农场最大风速29 m/s；空气密度1.30×10-3 kg/m3；标准地貌下的风压变化系数μ由表1知为0.746；研究风速时距取1 min，由表2知β为1.2，公式2计算得出基本风压W0=0.587。
风荷载体型系数是风吹到建筑物表面引起的实际压力(吸力)，与原始风速所得的理论风压之比值。主要与建筑物的体型尺寸、建筑物尺度比例有关，同时由于天窗和屋檐等影响，
计算非常复杂。风荷载体型系数的极值一般出现在迎风面的山墙顶部屋檐和屋脊处，这些部位也是风压变化激烈的区域，一般前缘处出现最大值，屋面的其它部分则风压变化平缓。由于项目设计温室前后间距为8.8 m、左右间距为28 m(包括10 m宽的道路和两侧各9 m宽的绿化带和机动车道)，温室相互距离较远，不需要考虑风力相互干扰的体效应。
方形气囊
研究采用分段式分析该结构温室的风载体型系数。共分为3段。图4
根据气象资料项目区西山农场东南风、西北风较多，因此在计算风载荷时，需要分两种风向和情况进行分析。
2.1.1 西北风——温室北面和西面为迎风面
北面(即温室后墙体和后屋面)为迎风面，根据规范，采用表8.3.1中2项次——封闭式双坡屋面，后墙体风荷载体型系数为+0.8；后屋面(即屋面1段)风荷载体型系数也采用规范中表8.3.1中2项次——封闭式双坡屋面，a=40°，按线性插值法计算得风荷载体型系数μS1=0.2667。由于后墙体(370砖墙+保温苯板)的厚度、地基的深度在设计时，已经按工业和民用建筑的规范计算，完全满足农业建筑的规范要求，风荷载也满足规范，不需要再次考虑。表3，图4
西面(即温室西面山墙)为迎风面，根据规范，采用表8.3.1中2项次——封闭式双坡屋面，墙体风荷载体型系数为+0.8，与后墙体同样情况，墙体本身风荷载已经满足，不需要再次考虑。但是山墙顶部屋檐和屋脊处是风压变化激烈的区域，一般前缘处出现最大值，此处又是保温被覆盖的边沿，保温被容易被掀起，大风直接吹向前屋面棚膜，撕毁棚膜，影响温室采光和保温性能，造成损失。所以温室东西两面山墙顶部屋檐和屋脊处保温被的安装固定和防风性能应着重考虑。
qsc6270因此当项目区西北风时，风荷载体型系数μS=0.2667。
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