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连栋塑料温室结构设计理论及工程应用研究

作　者: 孙德发
导　师: 崔绍荣；苗香雯
学　校: 浙江大学
专　业: 农业生物环境与能源工程
关键词: 塑料温室结构设计理论工程应用研究连栋塑料温室结构结构及调控设施华东地区雪荷载荷载规范空间作用
分类号: TU318
类　型: 博士论文
年　份: 2002年
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内容摘要

连栋塑料温室是现代化大型温室的一种类型，与单栋塑料温室比较，具有土地利用率高、保温性能好、设施空间大，有利于机械化作业等优点；与连栋玻璃温室比较，具有初置成本低、性能价格比高，适合我国国情。二十世纪八十年代以来，随着工厂化农业的发展，连栋塑料温室在我国设施农业中得到了广泛应用，发展迅速。1996年国家科委组织启动了国家重大科技产业项目“工厂化高效农业示范工程”，并将其中共性关键技术如“工厂化农业温室结构及调控设施的优化设计与实施”面向全国公开招标。浙江大学农业生物环境工程研究所就“华东型连栋塑料温室结构及调控设施的优化设计与实施”投标中标。现代化连栋塑料温室作为一个行业发展，在我国的发展史仅有十几年。至今还没有专门的适合我国国情的连栋塑料温室结构安全标准出台，目前温室结构设计主要参照工业与民用建筑规范和国外有关标准，缺乏统一的设计标准及规范，致使温室结构设计自成体系，导致产品规格、质量、性能、适用范围无法统一监控，既造成资源、资金的浪费，又严重影响生产者的效益和温室行业的发展。综观发达国家温室产业发展的历程可以看出，温室要形成产业，必须首先具备从设计配套到施工安装以及运行管理等各个质量环节的标准规范。针对我国连栋塑料温室在结构设计理论方面研究不够系统的状况，拟通过对比分析国内外相关标准规范，经过消化、吸收，再集成创新，总结出一套适合我国气候特点和经济发展水平的连栋塑料温室结构设计方法和理论，为“十五”期间温室结构安全设计标准的制定提供理论基础和实践依据。系列化华东地区连栋塑料温室设计要求冬季不加温，华东地区的气候特点是：冬春季低温、多雨、寡照、常有大雪；夏秋季高温、高湿、多台风暴雨，集中了连栋塑料温室设计中各种不利因素。因此以系列化华东地区连栋塑料温室为研究对象，研究连栋塑料温室结构设计理论具有普遍意义和适应性。针对上述状况，本文比较系统地研究了连栋塑料温室结构设计理论(包括设计荷载研究、设计方法研究及系统优化设计)，同时结合区域气候特点，对系列化华东地区连栋塑料温室进行了理论分析与设计。得到一些初步的结论： (1)在连栋塑料温室结构设计荷载研究方面，从分析比较国外关于温室建筑及我国工业与民用建筑设计荷载规范的角度出发，针对连栋塑料温室结构设计中的荷载定义方法、计算取值、荷载组合等进行了较深入的探讨和分析，首次得到以下结论： Ⅰ、风荷载：在现有条件下，考虑风压高度变化系数、阵风作用因子和风荷载体型系数，按中国建筑结构荷载规范(CBJ9—87)计算风荷载是可以的，不必进行重现期博士学位论文摘要修正。同时给出了相应的计算公式。 11、雪荷载：在现有条件下，考虑重要性因子、暴露因子及热因子，对大型连栋塑料温室按中国建筑结构荷载规范（GBJg—87）计算雪荷载是可行的。同时给出了相应的计算公式。（2）在连栋塑料温室结构设计方法研究方面，借助于有限元通用程序，对简化平面模型与部分空间模型的作用进行了对比分析，结果表明：在对连栋塑料温室进行结构分析时，一般情况下可用简化平面计算模型代替部分空间作用的计算模型，以简化求解问题的工作量和难度。但在非均匀雪荷载作用下，用简化平面计算模型代替部分空间作用的计算模型，要注意空间作用对主拱承载能力的不利影响。对于需要精确分析和优化设计时，最好采用部分空间作用的计算模型。在此基础上，对连栋塑料温室结构的构件设计、典型节点设计和基础设计等进行了分析与总结。立柱设计要注意等稳定；拱杆设计要注意约束状况、拱顶曲线形式及矢跨比对其稳定承载力的影响；基础设计要特别注意由风荷载所引起的上拔力对基础的不利影响。按照“先整体、后局部”的原则，连栋塑料温室结构设计要处理好整体与局部的关系，重视结构整体方案的确定、结构及构件设计等，以保证连栋塑料温室具有高透光率、低热损失、足够的通风效率、适当的结构强度、低的建筑费用和运行成本。（3）在连栋塑料温室结构系统优化设计方面，从系统优化的角度出发，针对区域气候与温室结构，提出了分级优化的思想。即先进行连栋塑料温室结构参数的优化，然后再进行结构优化。第一级优化首先根据区域气候特点、使用要求和功能要求，确定温室结构参数。在跨度、肩高、开间己定的情况下，要合理确定矢跨比和选择拱顶曲线形式。初步分析表明：综合光照、承载和经济性能，连栋拱形塑料温室合理的矢跨比范围在0．2～0．3 之间。定量分析表明，对给定矢跨比的双圆弧拱顶，在相同的雪荷载作用下，曲率半径对拱杆承载能力有较大的影响。据?

全文目录

致谢  4-5
中文摘要  5-7
英文摘要  7-13
1 文献综述与分析  13-28
  1．1 国外温室的发展历程与基本现状  13-17
  1．2 国内温室的发展历程与基本现状  17-24
  1．3 本课题来源及研究目的和意义  24-27
  1．4 研究内容  27-28
2 连栋塑料温室结构设计荷载研究  28-50
  2．1 风荷载  28-40
    2．1．1 动压比较分析  28-34
    2．1．2 压力系数比较分析  34-39
    2．1．3 结论与建议  39-40
  2．2 雪荷载  40-46
    2．2．1 研究内容及比较分析  41-45
    2．2．2 结论与建议  45-46
  2．3 其它活荷载  46-48
    2．3．1 内部活荷载（作物荷载）  47
    2．3．2 外部活荷载  47
    2．3．3 地震荷载  47-48
    2．3．4 雨水荷载  48
  2．4 固定荷载（恒荷载）  48
  2．5 工况分析  48-50
3 连栋塑料温室结构设计方法研究  50-74
  3．1 连栋塑料温室结构计算模型的确定  50-55
    3．1．1 连栋塑料温室结构计算模型的选取原则  50-51
    3．1．2 不同计算模型的结构分析  51-54
    3．1．3 计算结果比较分析  54-55
    3．1．4 结论  55
  3．2 连栋塑料温室结构构件设计  55-69
    3．2．1 立柱设计  56-61
    3．2．2 拱杆设计  61-68
    3．2．3 天沟设计  68
    3．2．4 支撑设计  68-69
  3．3 典型节点设计  69-71
    3．3．1 柱脚设计  70-71
    3．3．2 天沟节点设计  71
  3．4 基础设计  71-73
  3．5 结论与建议  73-74
4 连栋塑料温室结构系统优化设计  74-91
  4．1 区域气候与温室结构选型  74-76
  4．2 华东型连栋塑料温室结构参数的优化  76-83
    4．2．1 华东型连栋塑料温室结构参数的确定  77-79
    4．2．2 华东型连栋塑料温室拱顶曲线的优化  79-83
  4．3 连栋塑料温室结构优化设计  83-91
    4．3．1 结构优化设计理论简介  83-86
    4．3．2 满应力设计  86-89
    4．3．3 华东型连栋塑料温室结构优化设计分析结果  89-91
5 系列化华东地区连栋塑料温室  91-103
  5．1 结构简介  91-94
  5．2 结构设计  94-103
    5．2．1 计算模型的选取  94
    5．2．2 荷载计算  94-97
    5．2．3 计算及计算结果分析  97-101
    5．2．4 基础设计  101-103
6 结论与建议  103-105
参考文献  105-113

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