拱柱分離式鋼架大棚研發(fā)與應用

徐志雄，賓 權，黃純勇，王月峰

（1.湖南省花垣縣農業(yè)局，湖南 花垣 416400；2.湘潭市巨豐棚業(yè)有限公司，湖南 湘潭 411100；3.湖南省花垣縣農機局，湖南 花垣 416400）

拱柱分離式鋼架大棚研發(fā)與應用

徐志雄1，賓 權2，黃純勇1，王月峰3

（1.湖南省花垣縣農業(yè)局，湖南 花垣 416400；2.湘潭市巨豐棚業(yè)有限公司，湖南 湘潭 411100；3.湖南省花垣縣農機局，湖南 花垣 416400）

拱柱分離式鋼架大棚專門針對傳統(tǒng)棚型進行改進，在保證基礎型號保溫性能的同時，強化了骨架結構強度、優(yōu)化了棚內空間利用水平，使棚內生產更趨便利，并改善了棚內溫、光條件；成功在單體大棚中引入內遮陽系統(tǒng)，使單體棚膜—網(wǎng)轉換、遮陽調節(jié)的操作簡化性基本達到聯(lián)棟溫室的水平，現(xiàn)已進入推廣階段。

拱柱分離；鋼架大棚；研發(fā)；應用

1 研發(fā)起因

塑料膜鋼架大棚在近二十年來得到迅速推廣、應用，已成為各地農業(yè)生產中常用的一種工程設施。傳統(tǒng)的塑料膜鋼架大棚橫斷面如圖1所示。

圖1 傳統(tǒng)的塑料膜鋼架大棚橫斷面圖

從圖1可見：由于拱桿自地面至肩部段向棚內方向內傾一個傾角A，所以在棚內的地面上，B1段的高度小于大棚肩高。以GP-832鋼架大棚為例，肩高常為1.8m，傾角各廠生產時設定略有不同，主要集中于10°～12°，即B1、B3段寬35cm～40cm，一直以來該部分用于布置生產通道與壟溝，但在實際生產中，身高1.55m以上的人在B1、B3段內無法直立，無論是布置壟溝還是留做通道，均需向B2段擴展方可滿足使用需求，據(jù)實測，一般需向擴展25cm左右，棚內有效使用面積將進一步減少?；诖耍P者進行了拱柱分離式新型鋼架大棚的開發(fā)。

2 主要技術方案

改進設計以花垣縣為典型建設地進行。根據(jù)花垣縣氣候溫度、濕度、日照、海拔、風向、風力等自然因素、建造成本并兼顧作物的生長需要，決定以GP-832單體大棚為基礎型號，根據(jù)實際氣象環(huán)境、生產需求進行構件加強和調整細部結構設計：大棚骨架裝配式熱浸鍍鋅管材，管材及連接件均經熱浸鍍鋅防腐處理，設計抗風能力≧24.5m/s，抗雪壓厚度≧15cm，覆膜透光率≧90%，安裝30目白色防蟲網(wǎng)，增設內遮陽網(wǎng)，遮陽率≧65%；根據(jù)結構特征命名為“拱柱分離式鋼架大棚”。

（1）骨架結構。拱柱分離式鋼架大棚典型棚脊長30m、跨度8m、脊高3.8m、肩高2m，有效使用面積240m2，卡膜槽4道、縱連桿3道，實際建設時視建設地田塊實施做適當縮短、延伸。大棚兩側均設有卷膜通風設備，開窗部位設置防蟲網(wǎng)；大棚兩頭各設棚門1道，棚門不小于2m×1.8m，采用吊軌滾輪平移形式啟、閉；典型棚設置加固斜拉撐4根，實際搭建時如棚長超過40m時，加固斜拉撐不少于8根。主要結構特征如圖2所示。

圖2 棚架三維結構圖

從圖2可見，本改進方案重點在三處：①將拱組件由“兩桿式”改為“兩柱一拱、拱柱分離”，每跨由兩根立柱與一根拱桿件組成，立柱與地面垂直；②每隔三跨拱安裝一組“橫拉桿——雙V吊桿”進行結構加強。③設置可調整式內遮陽網(wǎng)幕系統(tǒng)。棚架結構如圖3所示：

圖3 棚架結構圖

表1 材料清單表

由于新方案的桿件受力情況較基礎型號發(fā)生變化，故對骨架桿件進行重新設計，經校核后的材料清單如表1所示。

（2）覆蓋物。大棚頂膜采用12絲PEP利得長壽無滴膜，其他部位采用10絲無滴膜。遮陽網(wǎng)采用內遮陽網(wǎng)幕形式，安裝后離地高度2m，遮陽網(wǎng)幕采用鋁箔遮陽網(wǎng)；托、壓幕線采用透明聚脂線，安裝位置與加強橫梁等高、平行，即托幕線與橫梁下端等高、壓幕線與橫梁上端等高，兩端固定于拱組件對應高度的位置；鋁箔遮陽網(wǎng)采用遮光率65%的三針鋁箔遮陽網(wǎng)，上穿橫梁，與托幕線間用卡環(huán)固定。防蟲網(wǎng)要求采用全新HDPE防蟲網(wǎng)，30目，白色。

（3）安裝施工。安裝時，立柱入土長度平均應達到50cm，無法插入至硬土層時，開挖橫斷面10cm×10cm以上豎坑，澆注C15砼固定柱桿件；安裝后，骨架整體結構緊湊、整齊，棚頂脊線、肩線平整、拱桿間距一致，立柱應與地面垂直；棚門應門框平整、開啟方便、關閉嚴密，拱桿與地面垂直度誤差不大于10mm、相對位置誤差不大于20mm，縱拉桿安裝直線誤差不大于50mm。覆膜時，頂膜整塊安裝并繃緊、拉平，防止膜面積水；壓膜線地樁埋入深度足夠，壓膜線張緊后地錨不得松動。卷簾膜與裙膜有不小于0.3m的重疊段，卷膜器能限位、自鎖；防蟲網(wǎng)在卡膜時同步卡裝。完成覆蓋后，每棟單體大棚的薄膜、防蟲網(wǎng)允許有不超過1處小于5cm裂（劃）痕或1處小于2cm2的孔洞，但應及時用粘補膠帶進行修補。內遮陽網(wǎng)安裝時應安有壓、托幕線，其中托幕線間距1m。

3 實驗與應用

3.1 制安區(qū)域與使用范圍

自2014年12月技術方案完成后，以花垣縣為實驗區(qū)，分4批完成3.1萬m2的拱柱分離式新型鋼架大棚的建設。從垂直分布上看，位于海拔500m左右中低山區(qū)的大棚2.45萬m2，位于海拔900m左右中高山區(qū)的大棚共0.65萬m2；從生產安排上看，蔬菜生產、育苗和花卉種植各占1/3；從棚內生產空間利用上看，以棚內土面種植、棚內架上種植為主，各占45%左右，有少量用于營養(yǎng)缽育苗、營養(yǎng)池漂浮育苗，其中約有5%的大棚在作物采收后用于產品晾曬。

3.2 應用效果

（1）結構強度：2016年12月，隨機對部分2014年底建造的棚體進行結構復查，經過兩年使用、歷經風、雨、雪、凍后均未出現(xiàn)結構變形，骨架結構強度滿足設計指標。與傳統(tǒng)棚的結構強度對比未專門進行極限強度試驗，但通過利用拱桿組件拉二道繩晾曬產品的作業(yè)進行初步對比：每拱晾曬物初重共25kg，晾曬初期625棚拱桿有明顯形變、832棚與橫梁相距較遠的拱組件出現(xiàn)形變，本方案全部未發(fā)現(xiàn)形變。根據(jù)初步對比，本方案骨架強度大于基礎型號。晾曬方式如圖4所示。

圖4 晾曬方式

（2）空間利用：經過兩年的使用，在棚內組織了多品種、多茬口、多形式的種植生產，做對比時普遍存在以下現(xiàn)象：種植白菜等矮作物時，本方案與傳統(tǒng)棚的地面利用率無差別，但人員在最外側作業(yè)時舒適度明顯提升，不需特意彎腰；棚內種植西紅柿、黃瓜等需搭支架的作物時，兩種棚的壟、溝布置有明顯差別，傳統(tǒng)棚型壟、溝、支架如圖5所示，可見即使對溝進行調整，將最外側溝的寬度放大到75cm，人員在外側作業(yè)時，肩部寬度也僅在50cm左右，打尖、綁蔓、采果等動作明顯受影響。而本方案所建大棚的壟、溝、支架的斷面布置如圖6所示。在外側溝寬度壓縮15cm后，棚內可調整出3條寬60cm的溝、即生產道，人員的肩部空間拓展到75cm左右，生產操作明顯更加便利；同時，4條小溝也各擴寬5cm，各壟間的間距明顯擴大，作物的行距擴大，棚內作物光照條件得到明顯改善。

圖5 傳統(tǒng)棚型壟、溝、支架圖

圖6 大棚壟、溝、支架的斷面布置圖

（3）光照調節(jié)：經實驗中，本方案較傳統(tǒng)棚型有明顯優(yōu)勢：①省力、省時，本方案與傳統(tǒng)單體棚采用外覆遮陽網(wǎng)不同，在建設時即安裝有內遮陽系統(tǒng)，使用過程中無需另行覆蓋、卡裝遮陽網(wǎng)、折換棚膜；②內遮陽網(wǎng)幕的遮光效果好于外覆的遮陽網(wǎng)，但由于外覆時網(wǎng)下空氣流通性好于本方案網(wǎng)上熱空氣流動性，雖然鋁箔網(wǎng)反光、遮光能力強于黑扁絲網(wǎng)，但實際的降溫效果相差不明顯；③調節(jié)方便，本方案的遮陽系統(tǒng)的操作靈活性遠超傳統(tǒng)方式，30m長的標準棚在5min內即可一人完成全開、全閉、閉合度調整等操作，而傳統(tǒng)棚進行一次拆裝即需4人/2h；四是改善作物光照條件，遮陽網(wǎng)幕的反光、折射對棚內作物的光照條件有明顯改善，但受限于測試條件，未進行儀表測量，僅為目測結果。

（4）保溫調溫：經長期對比測試，不打開內遮陽網(wǎng)幕時，根據(jù)不同環(huán)境溫度下對棚內溫度的直測，對比GP-832棚，本方案與之無差異，兩者結果一致；打開內遮陽網(wǎng)幕時，降溫速度明顯慢于未有內遮陽網(wǎng)幕的同類棚和GP-832棚，與同型棚對比測溫時，太陽落坡前1h左右開啟遮陽網(wǎng)幕的棚的棚溫，根據(jù)當天下午環(huán)境溫度不同在20點前后高于未開啟網(wǎng)幕的棚0.5～4℃。

4 結語

經精心研發(fā)和長達兩年的實地驗證，拱柱分離式鋼架大棚在保證基礎型號保溫性能的同時，對骨架結構強度進行了進一步的強化，優(yōu)化了棚內空間利用水平、生產操作進一步便利；在單體大棚中成功引入了內遮陽系統(tǒng)，進一步簡化膜—網(wǎng)轉換操作，并使單體棚的遮陽網(wǎng)幕操作便利性基本達到聯(lián)棟濕室的水平；同時由于棚體結構、組件的變動，本方案大棚的棚內溫、光條件也得一定程度的改善?？傮w上看拱柱分離式鋼架大棚的研發(fā)項目達到了預定目標，技術完全可靠、可行。

［1］張勇，鄒志榮.溫室建造工程工藝學［M］.北京：化學工業(yè)出版社，2015.

［2］周長吉.溫室工程設計手冊［M］.北京：中國農業(yè)出版社，2007.

［3］高和林，趙斌，賈建國.塑料溫室大棚設計與建設［M］.北京：中國農業(yè)出版社，2014.

［4］中華鋼結構論壇，機械工業(yè)第四設計研究院.輕鋼結構設計［M］.北京：人民交通出版社，2014.

［5］GB/T 51057-2015，種植塑料大棚工程技術規(guī)范［S］.

［6］GB 50017-2003，鋼結構設計規(guī)范［S］.

［7］GB 50018-2002，冷彎薄壁型鋼結構技術規(guī)范［S］.

Development and Application of Separated Steel Frame Greenhouse

XU Zhi-xiong1，BING Quan2，HUANG Chun-yong1，WANG Yue-feng3
（1.Huayuan County Agriculture Bureau，Huayuan，Hunan 416400，China；2.Xiangtan Jufeng Pengye Co.，Ltd.，Xiangtan，Hunan 411100，China；3.Huayuan County Agricultural Bureau，Huayuan，Hunan 416400，China）

Thearch-typesteelframeshedisspeciallydesignedfortheimprovementofthetraditionalshed，andthestrengthofthe skeletonstructureisstrengthenedwhilethebasicmodelinsulationperformanceisensured.Thelevelofspaceutilizationintheshedis optimized，and the production in the shed is more convenient and improved.The success of the introduction of the inner shade in the singlegreenhousesystemmakesitpossibleforthesinglemembrane-netconversion，shadeadjustmentoftheoperationtoachievethe basiclevelofthegreenhouse，whichhasnowenteredthepromotionphase.

counterfortseparation；steelcanopy；researchanddevelopment；application

S625.1

A

2095-980X（2017）02-0069-03

2017-02-13

徐志雄（1979-），男，湖南花垣人，助理工程師，主要研究方向：農業(yè)工程規(guī)劃、設計、施工。