规模化连栋温室结构设计优化及安全性研究
连栋温室正朝着单体规模扩大、管理智能化、生产精细化和装备现代化方向迅速发展。我院设施农业研究所聚焦规模化连栋玻璃温室的主体结构与围护系统设计、基础工程优化、关键构件及连接节点安全性分析等核心环节,开展一系列研究创新和成果熟化转化工作,形成一套成熟、可靠的连栋温室结构设计理论与方法,为我国连栋温室的高质量建设提供重要技术支撑。
(1)建立规模化连栋温室主体结构系统性设计优化方法
针对不同跨度与桁架高度的连栋温室设计,构建了精准结构力学模型,初步形成涵盖全荷载组合分析、关键结构参数选定、主体构件优化计算、基础选型与柱脚节点设计、围护结构安全性复核在内的成套设计方法与安全性评价体系。
(2)提出连栋温室基础及柱脚节点设计优化方法
以连栋玻璃温室柱脚螺栓节点为重点,依据国内外相关规范,对中柱与边柱节点开展系统设计。提出了该类节点的有限元建模与分析方法,结合有限元模拟与试验验证,揭示了中柱节点抗弯和边柱节点抗剪的承载力机制与破坏特征。综合考量螺栓直径、柱底板厚度及抗剪键配置等关键因素,提出了经济合理的节点构造形式,并在典型工况下完成力学性能评估与优化设计。研究成果《Venlo型温室柱脚螺栓节点力学性能研究》发表于《农业工程学报》。
(3)提出连栋温室围护结构计算方法
以连栋玻璃温室围护系统为对象,依据现行规范,对天沟、屋脊梁、人字梁、立梃、檩条等杆件及相关连接节点进行设计。通过有限元数值模拟,初步建立起围护结构构件与节点的力学计算模型与方法。在保障结构安全的基础上,提出了符合国内标准要求的杆件截面选型与节点构造建议,完成典型工况下的力学行为分析并实现构造优化。
根据上述优化设计方法进行结构设计计算,可实现连栋温室整体用钢量降低5.56%。研究成果直接转化应用连栋温室建设面积55公顷,并为64公顷连栋温室建设提供技术咨询服务,为我国设施农业健康发展提供了关键技术支撑。

图1 温室基础节点破坏试验

图2 连栋温室桁架稳定试验

图3 连栋温室转化应用实际工程




