拱形鋼架大棚設(shè)計與建造安裝技術(shù)

張杰　馮青春　付祖科等

導讀：拱形鋼架大棚漂亮實用，使用壽命長，經(jīng)濟效益高，適合機械耕種，除了用于蔬菜、食用菌、花卉生產(chǎn)外，目前發(fā)展到矮化果樹、林業(yè)育苗等經(jīng)濟林果的生產(chǎn)及畜牧漁業(yè)。一個標準單座拱形鋼架大棚，長度40 m、跨度8～8.5 m、高度3.1～3.5 m、棚內(nèi)面積320～340 m2，造價成本0.8萬～1.2萬元。本文立足于湖北荊門地區(qū)，從基地選擇、設(shè)計參數(shù)、用材及建造安裝等四個方面進行了拱形鋼架大棚設(shè)計與建造安裝技術(shù)探討研究，對華中地區(qū)長江流域鋼架大棚建造安裝具有一定的指導作用。

拱形塑料大棚主要起到春提前、秋延后的保溫栽培作用。一般春季可提前30～35天，秋季能延后25～30天；在炎熱的夏秋季覆蓋遮陽網(wǎng)可進行遮蔭降溫和防雨、防風、防雹栽培；在寒冷的冬季采用“四膜”覆蓋，可進行越冬栽培。最常見的拱形大棚，根據(jù)拱架材料分為竹木結(jié)構(gòu)大棚、復合材料骨架大棚、水泥骨架大棚和鋼管拱架大棚四種。竹木結(jié)構(gòu)大棚抗風險能力差、使用壽命短、造價便宜，適宜有資源的丘陵山區(qū)，在城鎮(zhèn)化的郊區(qū)趨于淘汰；復合材料骨架大棚抗壓能力差，易折斷、遮光率高，使用推廣困難；水泥骨架大棚造價適中、推廣發(fā)展面積大，但跨度不足、脊高有限，不適合機械入內(nèi)作業(yè)，目前發(fā)展趨緩；鋼管拱架大棚抵災(zāi)抗災(zāi)能力強、使用壽命長、空間大、跨度長、適合機械入內(nèi)耕種，最近幾年發(fā)展較快。荊門市2014年用于早春蔬菜生產(chǎn)的塑料大棚面積達1 400.7 hm2，較2013年增加5.2%，其增加的95%是鋼架大棚。拱形大棚除了用于蔬菜、食用菌、花卉生產(chǎn)外，目前發(fā)展到矮化果樹、林業(yè)育苗等經(jīng)濟林果的生產(chǎn)及畜牧漁業(yè)。一個標準單棟拱形鋼架大棚，長度40 m、跨度8～8.5 m、高度3.1～3.5 m、造價成本0.8萬～1.2萬元，現(xiàn)介紹其設(shè)計與建造安裝技術(shù)。

1 大棚位置選擇

建造安裝大棚應(yīng)選擇符合標準化生產(chǎn)要求、向陽背風、土層深厚、灌排方便、交通便利的地塊。

1.1 符合標準化生產(chǎn)要求

大棚基地必須符合無公害或綠色食品、有機食品生產(chǎn)標準要求，避開土壤、水源、空氣污染區(qū)，遠離公路、工廠，防止汽車尾氣、工業(yè)廢氣、廢液、廢渣、重金屬及粉塵煙塵污染，保障產(chǎn)品質(zhì)量安全。

1.2 向陽背風

地勢開闊，地形空曠，東、南、西三個方向沒有高大樹木、建筑物或山崗遮陽，保證大棚具有充足光照條件。避開風口、風道、河谷、山川，因為這些地方修建大棚，不僅會加大大棚的散熱量，使棚內(nèi)溫度難以維持，而且極易遭受風害，造成棚塌膜損。大棚北部如果沒有山、丘陵作天然風障，最好栽植防風林或修建房屋以屏障北風，減少為害。

1.3 土層深厚

土層要深厚，土質(zhì)要疏松肥沃，無鹽漬化。一般黑色砂壤土吸收光熱的能力強，容易提高地溫，是建造大棚的最好土壤。地下水位要低，如果地下水位高，土壤含水量大，增加棚內(nèi)的相對濕度，容易導致病害的發(fā)生。

1.4 灌排方便

收多收少在于肥，有收無收在于水。新建大棚基地水源要近、水質(zhì)要好、供電要正常、排灌設(shè)施要齊全，以保證全天候能灌能排。

1.5 交通便利

路網(wǎng)發(fā)達，晴雨通車，交通方便，有利于產(chǎn)品運銷和建立產(chǎn)地市場。

新建大棚基地是一種相對固定、使用時間較長的栽培設(shè)施，選好地塊以后必須進行規(guī)劃，尤其是面積較大、集中連片的大型基地，更要根據(jù)自然環(huán)境條件，對大棚的方向和布局，基地內(nèi)的道路、溝渠、水池、電力、住房等設(shè)施進行科學合理統(tǒng)籌規(guī)劃，才能開工建設(shè)，以保證土地的高效利用、生產(chǎn)管理的及時科學，實現(xiàn)高產(chǎn)高效優(yōu)質(zhì)目標。

2 拱形鋼架大棚設(shè)計參數(shù)

2.1 大棚設(shè)計總體要求

①安全性 鋼架大棚結(jié)構(gòu)及其所有構(gòu)件必須能安全承受包括恒載在內(nèi)的可能的全部荷載組合，任何構(gòu)件危險斷面的設(shè)計不得超過鋼管材料的許用應(yīng)力，鋼架大棚及其構(gòu)件必須有足夠的剛度以抵抗縱、橫方向撓曲、振動和變形。

②耐久性 鋼架大棚的金屬結(jié)構(gòu)零部件要采取必要的防腐、防銹措施，覆蓋材料要有足夠的使用壽命。

③穩(wěn)定性 鋼架大棚及其構(gòu)件必須具有穩(wěn)定性，在允許荷載、壓力、推力下不得發(fā)生失穩(wěn)現(xiàn)象。

④完整性 鋼架大棚必須具有總體的完整性。因外力作用局部損壞時，鋼架大棚結(jié)構(gòu)作為一個整體應(yīng)能保持穩(wěn)定，不致于發(fā)生多米諾骨牌效應(yīng)。

⑤總體指標要求 風載>0.25 kN/m2；雪載>0.2 kN/m2；恒載>0.2 kN/m2；作物荷載>0.15 kN/m2；大棚主體結(jié)構(gòu)使用壽命10年以上。

2.2 田間設(shè)計參數(shù)

①大棚朝向 大棚的朝向是指大棚脊的走向。大棚的朝向應(yīng)結(jié)合本地緯度及主風向綜合考慮。在我國大部分緯度范圍內(nèi)，大棚的朝向宜取南北延長走向，使大棚內(nèi)部各部位采光均勻。根據(jù)荊門地區(qū)氣候條件采取南北走向并適當偏西，偏角不得超過5°。若限于條件，必須取東西走向，要考慮大棚骨架遮蔭，對作物的正常生長發(fā)育產(chǎn)生的影響。

②排列方式 大棚之間呈東西向?qū)ΨQ式排列，相鄰大棚間距1～1.5 m。每排大棚之間修機耕道，棚頭間距不少于4～5 m。這種排列方式通風速度快，相互遮光少，保溫效果佳，機械作業(yè)便利。

2.3 四角定位

首先確定大棚的一條邊線，在邊線上定位2個角點，然后用勾股定理定位第三個角點，最后根據(jù)兩條邊線的長度定位第4個角點。4個角點的高度要用水平儀測量保持一致，大棚對邊長度必須一樣，保證4個大棚角是直角。一個標準拱形鋼架大棚跨度8～8.5 m，長度40 m，棚內(nèi)面積320～340 m2。

2.3 結(jié)構(gòu)設(shè)計參數(shù)

①長度 建造長度依地塊而定，40～60 m為宜。

②跨度 2根6 m長的標準鋼管剛好可以連接建造成一副拱架，跨度以8～8.5 m為宜。如加大跨度，需另加立柱或做桁架結(jié)構(gòu)。

③肩高 用于蔬菜花卉育苗的可設(shè)計肩高為1～1.3 m；用于黃瓜、豇豆、果樹等較高作物種植的大棚，肩高可以提高至1.6～1.9 m，同時需加裝斜撐桿，以提高大棚的承載能力。

④脊高 脊高以3.1～3.5 m為宜。8～8.5 m跨度大棚脊、肩垂直高差以1.9 m為宜。此種設(shè)計，形成的拱面對太陽光反射角小、透光率高，能充分使用鋼管的力學性能，最大化的利用拱架的抗拉、承壓性能，同時能解決棚面過平導致“滴水”造成“打傷作物”誘發(fā)病害的問題。

⑤拱架間距 指相鄰兩道拱架之間的水平距離，以80～100 cm為宜。避風或風力不超過6級的地區(qū)，拱架間距應(yīng)不大于100 cm。在風力較大的地區(qū)拱架間距應(yīng)不大于80 cm。

3 拱形鋼架大棚材料

3.1 主要材料

①拱架 拱架主要起支撐棚面覆蓋物，承受風、雪、吊蔓載荷的作用，提供足夠的內(nèi)部空間。拱架多為碳素結(jié)構(gòu)圓鋼管、熱鍍鋅、可直接焊接或裝配，外徑不得小于22 mm，壁厚不得小于1.2 mm。荊門地區(qū)鋼管拱架多選用直徑26 mm，壁厚2.5 mm的鍍鋅鋼管。拱架基座可以用C20混凝土固定。

②拉桿 拉桿起連接拱架與立柱的作用，能將拱架所受的力傳到立柱上，保證大棚骨架穩(wěn)定性。拉桿安裝在拱架下，不少于3道。拉桿為直徑25 mm，壁厚2.5 mm的熱鍍鋅鋼管。

③立柱 大棚立柱是大棚骨架中最終受力部分，它可以將拱架頂部承受的力，如雪壓、風壓等傳到立柱上來，起主要支撐作用。立柱采用熱鍍鋅處理，具有防腐蝕的作用。立柱為圓鋼管，長度不同，有2 m、3 m、4 m三種規(guī)格，外徑26 mm，壁厚2.6～3.0 mm，兩根立柱間距1.1～1.2 m。

④斜撐桿 斜撐桿長4 m，外徑和壁厚與立柱相同，一個鋼架大棚至少需要4根斜撐桿。大棚長度超過50 m需要增加斜撐桿。

3.2 配件材料

拱形鋼架大棚配件材料主要有拱架連接彎頭、拉桿壓頂簧、拉桿管頭護套、U型卡、夾褓、固膜卡槽、卡槽連接片、卡簧、卡槽固定器、門座、門鎖、門包角、壓膜卡、卷膜器、雙梁卡、引線簧及專用螺栓和標準螺栓等。所有配件材料的設(shè)計和選用須滿足強度要求，不應(yīng)有明顯的毛刺、壓痕和劃痕。固膜卡槽選用熱鍍鋅或鋁合金固膜卡槽，寬度28～30 mm，鋼材厚度0.7 mm，長度4～6 m?？ɑ捎脛傂凿摻z彎曲成型，在卡槽鋪上塑料薄膜后，將它嵌入槽內(nèi)，可固定薄膜。

3.3 棚膜材料

棚膜首選乙烯-醋酸乙烯（E-VA） 農(nóng)用塑料薄膜，也可選用聚乙烯（PE）或聚氯乙烯（PVC）膜，寬度12 m，厚度0.08 mm以上，透光率90%以上，使用壽命1年以上。棚膜于無風晴天覆蓋，用卡槽固定。裙膜選用厚度0.04 mm，寬度0.6～1 m的中膜。一個標準單棟拱形鋼架大棚需要棚膜48 kg，中膜5 kg。

棚體兩側(cè)每間隔3～5 m用壓膜線連接預埋掛鉤固定棚膜。壓膜線采用內(nèi)部添加高彈尼龍絲、聚丙絲線或鋼絲的高強度壓膜線，其抗拉性好，抗老化能力強，對棚膜的壓力均勻。

3.4 灌溉材料

采用節(jié)水灌溉系統(tǒng)，由泵房設(shè)備（電動潛水泵、過濾器、施肥器及附屬設(shè)備）、棚外管網(wǎng)（主支、毛管）及棚內(nèi)管帶（微型噴頭、滴灌管帶、滲灌管帶、噴灌管帶、灌水器滴頭）三部分組成，溶解于水的化肥和農(nóng)藥可通過灌溉管網(wǎng)施用。荊門地區(qū)棚內(nèi)管帶材料多選用直徑32 mm的噴灌帶。

3.5 防蟲網(wǎng)材料

防蟲網(wǎng)安裝在大棚兩側(cè)的通風口上，用卡簧固定在卡槽中，防止通風時害蟲進入。防蟲網(wǎng)的材料類型主要有：不銹鋼網(wǎng)和黃銅網(wǎng)、聚乙烯單線網(wǎng)、聚丙烯多股網(wǎng)、尼龍網(wǎng)等。荊門地區(qū)防蟲網(wǎng)一般選擇幅寬1 m的40目尼龍防蟲網(wǎng)。防蟲網(wǎng)的顏色以白色和無色透明為主，也可以是黑色或銀灰色的。白色和無色防蟲網(wǎng)的透光性好，黑色防蟲網(wǎng)的遮光效果好，銀灰色防蟲網(wǎng)則避蚜效果好，依據(jù)現(xiàn)場環(huán)境和需要而定。

4 拱形鋼架大棚建造安裝技術(shù)

4.1 拱架安裝

拱架即鍍鋅半圓拱鋼管，8～8.5 m寬大棚，單根拱架長6 m，直徑22～26 mm，壁厚1.2 mm以上。為便于運輸，拱架多采用現(xiàn)場加工，加工設(shè)備，可根據(jù)所需弧形和肩高，通過角鐵焊接而成。安裝時先在拱架一頭30 cm處，統(tǒng)一標記插入泥土的深度，然后沿大棚兩側(cè)拉線，間隔60～90 cm用直徑28～32 mm的鋼釬或電鉆打一深30 cm的洞孔，洞孔外斜5°，最后將拱架插入洞孔內(nèi)，用眉形彎頭連接拱架頂端即可。安裝拱架要求插入深度一致，左右間距和內(nèi)空間距一致，以保證大棚頂斜面和左右側(cè)面平整。

4.2 拉桿安裝

拉桿亦稱縱向拉桿、橫拉桿，俗稱梁。一個大棚1道頂梁2道側(cè)梁，風口等特殊位置需要加裝2道，共安裝5道拉桿。拉桿單根長5 m，40 m長的大棚，3道梁需要拉桿24根。連接拉桿時先將縮頭插入大頭，然后用螺桿插入孔眼并鉚緊，以防止拉桿脫離或旋轉(zhuǎn)。上梁時，先安裝頂梁，并進行第一次調(diào)整，使頂部和腰部達到平直；再安裝側(cè)梁，并進行第二次、第三次調(diào)整，使腰部和頂部更加平直。如果整體平整度有變形，局部變形較大應(yīng)重新拆裝，直到達到安裝要求。安裝拉桿時，用壓頂彈簧卡住拉桿壓著拱架，使拉桿與拱架成垂直連接，相互牽牢。梁的始末兩端用塑料管頭護套，防止拉桿連接脫落和端頭戳破棚膜。拉桿安裝要求每道梁平順筆直，兩側(cè)梁間距一致，拱架上下間距一致，拉桿與拱架的幾個連接點形成的一個平面應(yīng)與地面垂直。

4.3 斜撐桿安裝

拉桿安裝完后，在棚頭兩側(cè)用斜撐桿將5個拱架用U型卡連接起來，防止拱架受力后向一側(cè)傾倒。斜撐桿斜著緊靠在拱架里面，呈“八”字形。每個大棚至少安裝4根斜撐桿，棚長超過50 m，每增加長度10 m需要加裝4根。斜撐桿上端在側(cè)梁位置用夾褓與門拱連接，下端在第5根拱管入土位置，用U型卡鎖緊，中部用U型卡鎖在第2、3、4根拱架上。

4.4 卡槽安裝

卡槽又稱固膜卡槽、壓膜槽，安裝在拱架外面，分為上下2行，上行距地面高150 cm，下行距地面高60～80 cm。安裝時校正拱架間距，用卡槽固定器逐根卡在拱架上固定，卡槽頭用夾褓連接在門拱或立柱上?？ú蹎胃L3 m，用卡槽連接片連接。安裝前先在拱架上做出標記或拉上細繩子，這樣安裝的卡槽才會縱向平直，高低一致，不會歪斜。

4.5 棚門安裝

棚門安裝在棚頭，作為出入通道和用于通風，南頭安裝2扇門，豎4根棚頭立柱，2根為門柱，2根為邊柱，起加固作用；北頭安裝1扇門，豎6根棚頭立柱，中間2根為門柱，兩側(cè)各豎2根邊柱。立柱垂直插入泥土，上端抵達門拱，用夾褓固定。大棚門高170～180 cm，門框?qū)?0～100 cm，門上安裝有卡槽。棚門用門座安裝在門柱上，高度不低于棚內(nèi)畦面。門鎖安裝鐵柄在門外，鐵片朝內(nèi)。

4.6 棚膜安裝

覆蓋棚膜前要細心檢查拱架和卡槽的平整度。拱形鋼架大棚塑料薄膜寬12 m，棚膜幅寬不足時需粘合。粘合時可用粘膜機或電熨斗進行，一般PVC膜粘合溫度130℃，EVA及PE膜粘合溫度110℃，接縫寬4 cm。粘合前須分清膜的正反面。粘接要均勻，接縫要牢固而平展。裙膜寬度60～100 cm。覆蓋棚膜要選無風的晴天，并分清棚膜正反面。上膜時將薄膜鋪展在大棚一側(cè)或一頭，然后向另一側(cè)或一頭拉直繃緊，并依次固定于卡槽內(nèi)，兩頭棚膜上部卡在卡槽內(nèi)，下部埋于土中。

4.7 通風口安裝

通風口設(shè)在拱架兩側(cè)底邊處，寬度80～100 cm。選用卷膜器通風時，卷膜器安裝在棚膜的下端，向上搖動卷軸通風。安裝卷軸時，用卡箍將棚膜下端固定于卷軸上，每隔80 cm卡一個卡箍，搖動卷膜器搖把，可直接卷放通風口。大棚兩側(cè)底通風口下卡槽內(nèi)安裝40～60 cm高的擋風膜。

4.8 防蟲網(wǎng)安裝

在通風口及棚門位置安裝防蟲網(wǎng)。安裝防蟲網(wǎng)時，截取與大棚等長的防蟲網(wǎng)，寬度1 m，防蟲網(wǎng)上下兩面固定于卡槽內(nèi)，兩端固定在大棚兩端卡槽上。

4.9 內(nèi)膜安裝

大棚冬春季種植除覆蓋地膜、小拱棚膜和棚膜外，還可加設(shè)一層內(nèi)膜。內(nèi)層膜安裝在外層膜下15～25 cm處，內(nèi)層拱架可選用竹竿，間距3～5 m。棚內(nèi)每畦用竹竿或竹片起拱，高0.8～1.2 m，覆蓋小拱棚膜，畦面覆蓋地膜。

4.10 灌溉設(shè)備安裝

灌溉設(shè)備安裝采用半固定管道式噴灌系統(tǒng)。泵房設(shè)備、棚外主支管網(wǎng)等常年固定不動，棚內(nèi)管帶一季作物罷園后拆除，待土地耕整作畦后再安裝。這種安裝方式投資適中，操作和管理較為方便，是目前使用較為普遍的一種管道式噴灌安裝系統(tǒng)。

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