一種日光溫室結(jié)構(gòu)改造方案

30年來，中國日光溫室技術(shù)迅猛發(fā)展，各地創(chuàng)造了很多規(guī)格的日光溫室結(jié)構(gòu)，性能不斷提升，面積不斷擴(kuò)大，呈現(xiàn)出欣欣向榮的發(fā)展勢頭，不僅從生產(chǎn)功能上解決了中國北方地區(qū)冬季蔬菜的供應(yīng)問題，而且從技術(shù)上也得到了國際學(xué)術(shù)界的認(rèn)可，并吸引了很多外國學(xué)者參與研究中國的日光溫室。

在新技術(shù)不斷更新的背景下，早期建設(shè)的老舊溫室改造和性能提升已成為社會重點(diǎn)關(guān)注的問題。由于老舊溫室存量大，不同時(shí)期、地區(qū)建設(shè)日光溫室的性能差異也較大，如何用最小的投入改造溫室使其獲得更好的性能，這其中不僅有工程界面臨的問題，更有科研領(lǐng)域需要攻克的難題。

在這方面，北京市已經(jīng)開始了探索性的實(shí)踐。2017年5月30日，北京市農(nóng)業(yè)局蔬菜處王藝中處長給我發(fā)來了一組照片，說平谷區(qū)綠都林科技示范園正在施工改造日光溫室，讓我抽空去看看。

6月2日，我約了北京臥龍農(nóng)林科技有限公司的李曉明先生一同前往位于北京市平谷區(qū)山東莊鎮(zhèn)李辛莊村的綠都林科技示范園。園區(qū)董事長任德忠先生熱情接待了我們，并詳細(xì)介紹了溫室改造的方案，還帶我們參觀了正在施工的溫室現(xiàn)場。

改造溫室建設(shè)于2002年，距今正好15年。園區(qū)共建設(shè)日光溫室30棟，溫室長70 m，室內(nèi)凈跨度9.0 m。建設(shè)初期溫室用于種植黃金梨，盛果期梨樹的產(chǎn)量為2000 kg/棟，按照16元/kg的售價(jià)，每棟溫室的毛收入為3.2萬元，扣除成本后種植的效益并不太高。種植7年后，園區(qū)決定改種草莓，現(xiàn)在種植‘紅顏草莓的產(chǎn)量達(dá)到3000 kg/棟，平均銷售價(jià)格為40元/kg，總收入將能達(dá)到12萬元/棟；種植白草莓產(chǎn)量為2000 kg/棟，平均銷售價(jià)格為80元/kg，總收入將能達(dá)到16萬元/棟。由此可見，種植草莓的經(jīng)濟(jì)效益比種植梨樹要高出很多。

由于溫室骨架銹蝕和變形，存在很大的安全隱患，而且由于15年之前建造的溫室，受當(dāng)時(shí)技術(shù)水平限制，總體來講溫室的結(jié)構(gòu)比較低矮、保溫性能也較差（也可能是當(dāng)時(shí)建設(shè)時(shí)以種植黃金梨的生長環(huán)境要求為目標(biāo)，對溫室的保溫性能要求不高，這種設(shè)計(jì)就是合理的，當(dāng)將其用于草莓，甚至果菜，這種保溫性能就不足了）。為了能進(jìn)一步提高溫室的保溫和采光性能，提高溫室結(jié)構(gòu)的安全性和承載能力，適應(yīng)更多品種的種植，園區(qū)決定對全部溫室進(jìn)行整體改造，包括溫室的整體建筑尺寸、溫室墻體、溫室骨架和溫室后屋面。

現(xiàn)就相關(guān)溫室改造的背景和改造方案做一介紹，供溫室改造相關(guān)管理和技術(shù)人員參考和借鑒。

溫室整體建筑尺寸的變化

改造溫室跨度9.0 m（室內(nèi)凈跨，下同），后墻高2.0 m，脊高3.5 m。近年來，日光溫室發(fā)展的趨勢是向著高大化方向發(fā)展，跨度和高度都在不斷增加。改造溫室由于受棟與棟之間固定間距的限制，溫室的高度不可能像新設(shè)計(jì)溫室按照優(yōu)化結(jié)構(gòu)尺寸改造，所以，對溫室跨度和高度的增加都只能在有限范圍內(nèi)進(jìn)行變化。

對溫室的跨度尺寸，由于種植草莓采用沿溫室長度方向的東西壟向種植，壟距85～90 cm，扣除走道寬度60 cm后，原有溫室只能種植9壟，但有點(diǎn)富余；現(xiàn)將跨度增大到9.5 m，則可以種植10壟，從而顯著提高溫室的地面利用率。為此，溫室改造中將跨度增加了50 cm，相應(yīng)溫室的后墻高度和脊高也發(fā)生了變化（表1、圖1）。由圖1c還可以看到，在提高溫室屋脊的過程中，溫室屋脊的脊位也向后移動了50 cm，從而加大了溫室的采光面，更有利于溫室白天的采光和增溫。

墻體改造

改造之前的原溫室，后墻采用600 mm厚紅機(jī)磚空心墻（240 mm厚磚墻+120 mm空心+

240 mm厚磚墻），由于保溫性能差，在后來的運(yùn)行中又在溫室的墻體外側(cè)粘貼了60 mm厚聚苯板（圖2）；山墻采用370 mm厚實(shí)心紅機(jī)磚墻體，外側(cè)沒有粘貼保溫板（圖3）。總體來看，原設(shè)計(jì)溫室的保溫性能較差，本次改造必須加強(qiáng)溫室墻體的保溫性能。

改造之前的溫室基礎(chǔ)埋深0.50 m，基礎(chǔ)墊層厚0.50 m（三七灰土分三層夯實(shí)），從使用15年后的情況看，溫室墻體沒有變形，說明溫室的基礎(chǔ)埋深和基礎(chǔ)強(qiáng)度足夠。本次改造完全保留了溫室的原有墻體（包括后墻和山墻及其基礎(chǔ)）。

后墻改造是在原有后墻頂面打圈梁（截面尺寸為240 mm×240 mm），并在圈梁上每隔1.0 m伸出鋼筋與屋面桁架連接（這種連接方法由于新加800 mm高后墻，如果不考慮墻體的作用，骨架的力很難傳遞到墻頂圈梁上，還不如在墻頂設(shè)梁墊將骨架荷載直接傳遞到墻體即可，沒有必要一定將骨架荷載傳遞到圈梁。另外一種做法也可以直接將圈梁設(shè)置在新增墻體的頂面，這樣骨架可直接焊接在圈梁的預(yù)埋件上，傳力更加簡潔明了）。新增高后墻部分的外側(cè)和墻體改造之前一樣，砌筑完成后外貼60 mm厚保溫板，與原有溫室外表面齊平。

對溫室山墻的改造，一是加厚山墻，提高其保溫性能（圖3），山墻厚度由原來的370 mm增加到500 mm；二是加高和加長山墻，與改造后溫室骨架的尺寸相適應(yīng)（圖1c）。本次對山墻的改造只增加了墻體厚度沒有像后墻一樣外貼保溫板，對溫室的整體保溫而言似乎有點(diǎn)欠缺，如果能在山墻外再粘貼60 mm厚保溫板，其保溫效果將會更好。

由于溫室跨度加大，原來安裝溫室骨架的前部基礎(chǔ)完全失位，為此，改造溫室將現(xiàn)有前墻基礎(chǔ)向南平移500 mm，采用240 mm×240 mm鋼筋混凝土圈梁壓頂，并在基礎(chǔ)圈梁上預(yù)埋鋼筋，與溫室屋面骨架相連（圖4）。

溫室骨架改造

由于溫室的總體尺寸發(fā)生了變化，原有溫室骨架全部廢棄。本次改造在保留原有焊接桁架形式的基礎(chǔ)上，采用了全新的骨架，不僅加大了骨架的總體尺寸，而且骨架材料的截面也相應(yīng)增大，一是增大了上弦管的壁厚，二是加大了腹桿的截面。改造前后桁架桿件截面尺寸的變化如表2。

雖然骨架用材的截面增大了，但骨架的布置間距仍然保留1.0 m不變，因此，這種改造在一定程度上也提高了溫室骨架的承載能力（由于溫室跨度增加、脊高提高，增大骨架截面尺寸也在情理之中，工程改造中每個(gè)桿件截面具體增大多少應(yīng)通過力學(xué)強(qiáng)度分析計(jì)算確定）。endprint

連接排架結(jié)構(gòu)桁架的縱拉桿從前屋面到后屋面共設(shè)置了5道（圖5），縱拉桿采用了直徑12 mm螺紋鋼?？v拉桿與桁架的連接采用了焊接連接，但與傳統(tǒng)的連接方式不同，改造溫室的骨架上在縱拉桿通過的位置單設(shè)了一根垂直桁架上下弦桿的腹桿，該腹桿同樣采用直徑12 mm螺紋鋼。縱拉桿直接焊接在該腹桿的中部（圖5b）。這種做法使縱拉桿避免了與桁架下弦桿的焊接連接，縱拉桿在溫室中的布置高度也有了相應(yīng)提高，可有效提高溫室內(nèi)的操作空間（尤其是最南側(cè)一根縱拉桿），但相應(yīng)也減小了壓膜線的壓膜深度，在塑料薄膜整體繃緊的情況下可獲得雙贏的效果，但如果塑料薄膜安裝比較松弛，則會影響壓膜線的壓深，進(jìn)而影響塑料薄膜的繃緊。

溫室后屋面改造

改造前原溫室的后屋面為永久固定的彩鋼板保溫板。由于溫室后墻升高，屋面骨架更新，原來的后屋面必須全部拆除，而且由于溫室屋脊脊位后移，使溫室的后屋面長度變短，原來的后屋面保溫材料尺寸基本也不符合新改造溫室，為此，新改造溫室將溫室后屋面做成了用保溫被覆蓋的可拆裝保溫屋面。保溫被材料為前屋面夜間保溫用針刺氈保溫被，幅寬3 m，沿溫室長度方向鋪設(shè)，一邊固定在溫室的后墻，另一邊繞過溫室屋脊固定在溫室的前屋面屋脊通風(fēng)口邊沿，兩端固定在溫室兩側(cè)山墻。后屋面保溫被采用雙層被覆蓋（單層保溫被為三層針刺氈保溫芯雙側(cè)用不織布封裝），兩邊用∟40 mm×

40 mm×2mm角鐵壓邊后固定在溫室骨架和墻體上，在溫室屋脊位置再用一道─ 40 mm×

2 mm扁鋼通長固定（在骨架上固定保溫被的角鋼和扁鐵實(shí)際上也成為了連接溫室屋面桁架的縱拉桿）。據(jù)任德忠董事長介紹，這種后屋面做法，一可以減輕溫室后屋面結(jié)構(gòu)的荷載，從而減小溫室屋面骨架的截面面積或提高溫室屋面骨架的承載能力；二可以在溫室運(yùn)行中吸收室內(nèi)的水汽，在一定程度上可以降低溫室內(nèi)的空氣濕度（夜間吸收的水分白天光照條件下能夠蒸發(fā)出來，形成會“呼吸”的后屋面）；三是施工安裝方便、快捷，有利于降低施工成本。

但這種做法也存在后屋面材料防水性能差、材料不耐老化，使用壽命短的問題。這種做法接近近年興起的活動后屋面的思路[1-2]。筆者認(rèn)為，從便于通風(fēng)和保溫的角度分析，再增加一套卷簾機(jī)和卷膜通風(fēng)器可以一步到位，直接做成活動后屋面，更能增加未來溫室溫光調(diào)控的靈活性。或者至少要在最外層保溫被的外側(cè)增加一層塑料薄膜或其他防水材料，提高保溫被的防水性能，避免下雨或下雪后雨水浸入保溫被降低后屋面的保溫性能。

溫室改造成本

該園區(qū)改造得到了平谷區(qū)人民政府的資金支持，支持經(jīng)費(fèi)為每棟溫室4萬元。任德忠董事長介紹，這個(gè)費(fèi)用基本能夠滿足改造的支出。但筆者按照北京市的預(yù)算定額并部分地按照市場價(jià)格估算了一下改造成本（表3），發(fā)現(xiàn)4萬元/棟的改造費(fèi)用遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足實(shí)際支出，政府補(bǔ)貼約為總造價(jià)的一半。這是因?yàn)?017年北京市土建工程的預(yù)算價(jià)格進(jìn)行了較大幅度的調(diào)升，可能是推高預(yù)算價(jià)格的主要因素。具體工程中可以使用價(jià)格比較便宜的磚和水泥，施工隊(duì)的人工成本也有可調(diào)控的空間。所以在預(yù)算價(jià)格的控制下，實(shí)際工程造價(jià)可能會比預(yù)算價(jià)稍低。

實(shí)際工程中，在改造溫室的同時(shí)還新建了溫室門斗（圖3a），這部分費(fèi)用還沒有計(jì)算在總體造價(jià)中。

參考文獻(xiàn)

[1] 周長吉.周博士考察拾零（四十五）一種活動保溫被覆蓋透光后屋面的日光溫室[J].農(nóng)業(yè)工程技術(shù)（溫室園藝），2015，35（16）：24-26.

[2] 周長吉.周博士考察拾零（六十九）中以溫室技術(shù)的結(jié)晶——艾森貝克對中國日光溫室的改良與創(chuàng)新[J].農(nóng)業(yè)工程技術(shù)（溫室園藝），2017，37（16）：44-50.

[引用信息]周長吉.周博士考察拾零（七十三）一種日光溫室結(jié)構(gòu)改造方案[J].農(nóng)業(yè)工程技術(shù)，2017，37（28）：54-58.endprint