裝配式單棟鋼管大棚的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及搭建技術(shù)

概述：裝配式單棟鋼管大棚是我們南方地區(qū)使用比較廣泛的一種保護(hù)地設(shè)施類型，這類大棚以熱鍍鋅鋼管為主拱管，其主要特點(diǎn)是：第一，整體主架及聯(lián)接采用鋼結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)堅(jiān)固，抗風(fēng)雪荷載能力大。如我地常見的二種類型的單棚(GP-C622  GP-C825)，抗雪荷載能力達(dá) 20千克 /米²（相當(dāng)于 15厘米 厚度的積雪），抗風(fēng)能力達(dá)到 26米 /秒（相當(dāng)于10級臺風(fēng)）。第二，鋼管及配件表面均采用熱鍍鋅處理，耐腐蝕性強(qiáng)，使用壽命一般在10年以上。第三，棚架之間采用專用卡件聯(lián)接，裝配、拆卸方便。第四，具有較好的通風(fēng)換氣性能和一定的保溫性能，為創(chuàng)造適宜作物生長的最佳環(huán)境提供條件。第五，常見的、比較經(jīng)濟(jì)實(shí)用的幾種棚型已屬于定型產(chǎn)品，統(tǒng)一規(guī)格，列入中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)。

根據(jù)中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)GB4176-84《農(nóng)用塑料棚裝配式鋼管骨架》中的規(guī)定：

鋼棚骨架按以下規(guī)定編號

說明：

①農(nóng)用塑料棚裝配式鋼管骨架結(jié)構(gòu)整體，其代號用漢語拼音字母GP表示。

②管棚骨架型是指管棚骨架解剖面的幾何形狀。分別用漢語拼音字母Y、C、D、L表示。

Y指圓弧落地拱形管棚骨架

C具有平面?zhèn)缺诘墓芘锕羌?SPAN lang=EN-US>

D單坡屋面形管棚骨架

L聯(lián)棟管棚骨架

③管棚骨架寬是指管棚骨架兩外側(cè)壁鋼管與地面接觸部位中心線之間的距離。其代號用拉丁字母B表示。

④管棚骨架高是指管棚骨架最高處與棚內(nèi)自然地面之間的距離，其代號用拉丁字母H表示。

⑤管棚骨架寬長是指管棚骨架縱向兩端部鋼管與地面接觸部中心線之間的距離，其代號用拉丁字母L表示。

一、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：

大棚的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)首先必須考慮的是整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)固性和使用壽命，其次還要考慮大棚的通風(fēng)、采光等其它性能。使其充分發(fā)揮設(shè)施農(nóng)業(yè)的優(yōu)勢，減少農(nóng)業(yè)生產(chǎn)在自然災(zāi)害中的損失，提高經(jīng)濟(jì)效益。大棚的穩(wěn)固性主要是指大棚抗擊風(fēng)、雪的最大承載能力。它與大棚的骨架材料、大棚外形、大棚結(jié)構(gòu)參數(shù)（包括頂高、肩高、跨度、拱間距）、大棚的整體構(gòu)造有關(guān)。

1、主骨架及鋼材沖壓配件。

我地區(qū)單棟鋼管大棚的主骨架取材，主要有二種：熱鍍鋅鑄鐵管和熱鍍鋅帶鋼管，其中熱鍍鋅帶鋼管又分為帶鋼成型再熱鍍鋅管和帶鋼一次性成型補(bǔ)縫熱鍍鋅管。熱鍍鋅鑄鐵管一般為符合熱鍍鋅企業(yè)行業(yè)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的合格管，用戶選用時只須認(rèn)清鋼管壁上的企標(biāo)或國標(biāo)代號即可，其優(yōu)點(diǎn)是質(zhì)量上完全符合裝配式骨架大棚的國家標(biāo)準(zhǔn)，但價(jià)格偏高。帶鋼一次性成型補(bǔ)縫熱鍍鋅管價(jià)格明顯低于熱鍍鋅鑄鐵管，但由于是一次性成型，鍍鋅質(zhì)量難以符合裝配式骨架大棚的國家標(biāo)準(zhǔn)，主要是焊縫的內(nèi)外壁鍍層厚度、均勻度難以保證，影響鋼管使用壽命。至于帶鋼成型再熱鍍鋅管價(jià)格上介于上述二者之間，但其不足之處是材質(zhì)過軟從而大大降低了大棚的抗風(fēng)，承雪能力。

根據(jù)GB4176—84《農(nóng)用塑料棚裝配式鋼管骨架》的要求，我們選用熱鍍鋅鋼管時應(yīng)符合以下要求：

⑴為保證一定厚度的鍍鋅層，要求鋼管熱鍍鋅后增重6—13%。

⑵直徑不得超過YB242—63《直徑5—152毫米電焊鋼管》普通級規(guī)定的范圍。壁厚偏差為：上偏差+22%，下偏差-5%。

⑶圓度偏差不應(yīng)超過直徑的公差范圍。

⑷外壁表面應(yīng)有完整的鍍鋅層，不得有漏鍍、氣泡。內(nèi)壁表面不得有漏鍍。

⑸外表面應(yīng)光潔，允許有長度不超過 100毫米 非包容面局部粗糙表面存在，但每米長度內(nèi)只允許有1處，最大突起高度不應(yīng)大于 2毫米 ，并不得影響安裝。

根據(jù)此國標(biāo)要求，我們對裝配式鋼管大棚中用鋼管制造的零件、鋼材沖壓件、及部分零件表面的電鍍鋅應(yīng)符合下列要求：

⑴所有零件應(yīng)按設(shè)計(jì)圖樣規(guī)定的尺寸、材料和技術(shù)要求制造。

⑵鋼管壁厚在 2毫米 及其以下的，均需進(jìn)行內(nèi)外壁熱鍍鋅。鍍鋅前后的鋼管不得有裂縫、燒傷及其他影響強(qiáng)度的缺陷。

⑶沖壓零件所有沖切邊不應(yīng)有明顯的毛刺，表面不得有明顯的壓傷和劃痕。

⑷未注明公差要求的尺寸應(yīng)按GB1804—79《公差與配合未注明公差尺寸的極限偏差》的規(guī)定執(zhí)行。

⑸電鍍鋅的零件，鍍鋅層厚度不得小于 0.01毫米 。表面應(yīng)光潔，允許存在直徑不大于 10毫米 的暗斑，但在一個零件表面不得多于兩處。表面允許存在未損壞鍍鋅層的鋅疤和壓印。

2、大棚的外形。

大棚的外形是指大棚的合理棚型，也就是說使用一定材料，科學(xué)合理地設(shè)計(jì)拱桿弧度，使棚面的流線結(jié)構(gòu)能最大限度地承受風(fēng)雪載荷。隨著設(shè)施農(nóng)業(yè)的不斷發(fā)展，越來越多的農(nóng)戶采用大棚設(shè)施，但筆者發(fā)現(xiàn)部份農(nóng)戶，也包括一些大棚生產(chǎn)企業(yè)，在生產(chǎn)制作過程中嚴(yán)重地忽略了這點(diǎn)，對大棚外形盲目仿造、隨意成型，更有甚者是粗制濫造。

我們先看看大棚在遭遇大風(fēng)夾雨時，會出現(xiàn)什么情況。依據(jù)空氣動力學(xué)原理，空氣壓強(qiáng)與風(fēng)速的關(guān)系通過伯努力方程可以表達(dá)為： 

(1+V²/2)P=C

式中：C為常數(shù)，V為風(fēng)速值，P為空氣壓強(qiáng)。

當(dāng)風(fēng)速等于0，此時棚內(nèi)外空氣壓力相等。

當(dāng)風(fēng)速加大，從式中可以看出，棚外空氣壓強(qiáng)要減小，而棚內(nèi)由于空氣風(fēng)速不變，所以棚內(nèi)的空氣壓強(qiáng)不變，這樣就導(dǎo)致棚內(nèi)外就出現(xiàn)了空氣壓強(qiáng)差，這個壓強(qiáng)差會使薄膜向上鼓動。風(fēng)速越大薄膜向上舉的力也越大，就這樣風(fēng)速的不斷變化，導(dǎo)致薄膜不斷鼓起落下，一方面會使壓膜線變松，另一方面由于不斷的與拱管發(fā)生磨擦、擊打，至使薄膜破損。最終會導(dǎo)致整棟大棚膜扯破報(bào)費(fèi)。另外南方地區(qū)，特別象我地沿海一帶，多臺風(fēng)雨季，大風(fēng)往往伴隨大雨，這種薄膜的不斷鼓起落下，向上的舉力會使整棟大棚產(chǎn)生一個向上的力，這時如果雨水滲入拱管插地處，加上大棚這樣一上一上的牽力，最終可能會導(dǎo)致拱管根部松動而連根拔起。由于單棟大棚不象連棟那樣有預(yù)埋件做基礎(chǔ)，單棟大棚只是簡單的插入泥土，臺風(fēng)時大棚的“吹跑”就是這樣產(chǎn)生的。

設(shè)計(jì)合理的大棚棚型，可以加強(qiáng)大棚的抗風(fēng)雪能力。流線型的大棚，棚面弧度大，可以減弱風(fēng)速，壓膜線壓得牢固，可以承受比較大的風(fēng)雪荷載，所以裝配式單棟鋼管大棚理論上的設(shè)計(jì)是按合理軸線設(shè)計(jì)而成的穩(wěn)固性最強(qiáng)的流線型大棚。

流線型大棚，是參照合理軸線進(jìn)行設(shè)計(jì)的，其計(jì)算公式:

Y=4(B-X)HX/B²  ，式中Y為各弧點(diǎn)的高度，H為棚高，B為棚寬。X為水平距離。

以 8米 棚為例，依據(jù)以上公式， 8米 棚的流線型設(shè)計(jì)，各弧點(diǎn)的的高度如下:

Y₁=4×（8-1）×3×1/8²=1.32      Y₂=4×（8-2）×3×2/8²=2.25

 Y₃=4×（8-3）×3×3/8²=2.82     Y₄=4×（8-4）×3×4/8²=3.00

完全按合理軸線設(shè)計(jì)的大棚穩(wěn)固性最強(qiáng)。但有一個問題就是近底處不適合栽培稍高點(diǎn)的作物，而且對大棚機(jī)械而言也是作業(yè)盲區(qū)。所以在實(shí)際使用中我們一般把 8米 棚設(shè)計(jì)成如下帶肩的弧度。（把Y₁改為（Y₁+ Y₂）/2=1.79）

        3.大棚的結(jié)構(gòu)參數(shù)

流線型大棚按合理軸線設(shè)計(jì)，其二個重要參數(shù)，肩高與頂高，他們的關(guān)系為:（頂高—肩高）/跨度，理想狀態(tài)的比值為0.25—0.3。 小于0.25，棚面就比較平坦，抗風(fēng)能力差，大于0.3棚面比較陡峭，風(fēng)荷載加大。但兼于實(shí)際情況，我們通常采用的是設(shè)計(jì)成帶肩的大棚，其高跨比就小得多。

(表)

4.大棚的整體構(gòu)造。

GP-C825裝配式單棟鋼管大棚示意圖:

大棚主要部件：

1.大棚主體: 拱桿、縱向拉桿、斜拉撐、棚門組合、棚頭立桿、卡槽等。

2.主要配件：管槽固定器、U型卡、壓頂簧、卡槽連接片、拱管接頭、固定夾圈、地勾等。

3.搖膜機(jī)構(gòu)

主要部件示意圖：

二、搭建技術(shù)

1、農(nóng)業(yè)園區(qū)大棚基地的規(guī)劃。

規(guī)劃和布局是否合理，關(guān)系到大棚設(shè)施性能能否充分發(fā)揮利用，關(guān)系到田間的生產(chǎn)和作業(yè)能否正常開展以提高生產(chǎn)效率，關(guān)系到園區(qū)和基地能否產(chǎn)生規(guī)模效應(yīng)起到樣板作用，關(guān)系到大棚搭建成本能否在保證正常運(yùn)行的情況下節(jié)約開支。所以在搭建大棚前應(yīng)對大棚生產(chǎn)基地進(jìn)行嚴(yán)格而科學(xué)的規(guī)劃、布局，就大棚技術(shù)及要求而言主要應(yīng)考慮以下幾方面：

①單棟棚的布局應(yīng)以南北走向?yàn)楹?。除了需要考慮基地的土質(zhì)肥沃疏松、地勢平坦、光照充足等因素外，還要考慮園區(qū)水源條件要好，有利于灌溉和排水。同時還要注意交通是否方便，便于管理。

②大棚長度。在盡可能利用土地資源的同時，除了要考慮棚區(qū)內(nèi)大棚之間的布局外，考慮大棚的合理長度。一般單棚長度盡量不要超過 60米 ，過長的棚不利于棚內(nèi)的空氣流通，影響大棚的密封性，同時也不利于灌溉, 設(shè)施的安裝使用。

③大棚間的間隔距離。一般相鄰二棟單體大棚之間的間隔距離最少為 1.5米 ，過小不利于大棚的通風(fēng)換氣、排水及采光。兩排大棚之間的間隔距離應(yīng)在 2.5米 以上。棚頭如果有明溝，那么棚頭離明溝的距離應(yīng)在 1米 以上。

2、大棚的搭建。

①棚位定線

按規(guī)劃位置，進(jìn)行平面放樣。按施工要求打出橫線，可以利用水平尺把兩根橫線定在同一水平線上，以貼近地面，但有一定空隙為宜。然后按施工要求把大棚跨度、大棚與大棚之間的距離在橫線上定位，根據(jù)定位在拉上豎線，橫豎線之間要保持90度角的正位，并必須拉緊拉直，同時在線上標(biāo)出打眼的位置。

②拱管、縱拉桿及卡槽的安裝

第一步，沿記號垂直打拱管插入的眼，深度要一致，地勢硬的地方要稍微向內(nèi)傾斜。第二步，標(biāo)出每根拱管入土深度。第三步，在平地上把二根拱管接上頂接管，然后立起，把拱管插入預(yù)先打好的眼中。第四步，在大棚兩門頭分別在正中間插一根正門針（一定要與水平線垂直）。然后利用正門針把每對接上頂接管的拱管調(diào)成垂直，并調(diào)出統(tǒng)一的指定高度。第五步，安裝縱向拉桿及斜拉撐，縱向拉桿依次接好后，可以通過左右調(diào)節(jié)盡可能的把其調(diào)直。第六步安裝卡槽及其它卡件。

③棚頭的安裝

將棚頭端立柱按規(guī)定插入土中，上端與拱管高度吻合。

④棚門安裝

在棚頭，把規(guī)定規(guī)格的門裝在門框內(nèi)。安裝完成后，門框應(yīng)平整，開關(guān)要方便，關(guān)閉需嚴(yán)密。

⑤薄膜及壓膜線安裝

安裝薄膜的總體要求是密封、繃緊。安裝時最好選擇晴朗無風(fēng)的清晨，一步到位。氣溫不宜太高，否則不容易拉緊?？ɑ煽ㄈ肟ú蹓耗r，正確的操作方法是：把卡簧一節(jié)一節(jié)的左右扭動由卡槽口部壓入卡槽，同時要注意安裝力度，防止卡簧壓入時，在卡槽口部造成薄膜的破損。為了減少卡簧、卡槽與膜的摩擦，防止薄膜受到損傷，裝膜時可在卡簧和薄膜之間加墊一層舊薄膜，這層舊薄膜也可以減少卡槽中固定部分薄膜在炎熱氣溫下，受灼熱的卡簧及卡槽的燙傷。特別需要強(qiáng)調(diào)的是薄膜落地部分應(yīng)該完全蓋住落地鋼管的低部。

專用壓膜線呈扁平狀，具有不導(dǎo)熱、不易損傷薄膜等優(yōu)點(diǎn)。通常有黑、白兩種顏色。選用時切不可用其它塑料類繩子替代。一般在每二拱之間拉一道壓膜線，棚頭及棚中部也可用二道交叉互拉的壓膜線加強(qiáng)。壓膜線落地用地釣固定。有些農(nóng)戶用木或竹釣代替，也有的采用在棚的二側(cè)用木樁縱向拉一道鉛絲，然后壓膜線統(tǒng)一扎緊在鉛絲上。也有的農(nóng)戶采用的拱管底部打孔固定鐵釘用此鐵釘來扎壓膜線。這些方法雖然效果上差一點(diǎn)，但成本卻降低了不少。