荷蘭Venlo型溫室結(jié)構(gòu)抗震性能分析

李一哲，駢　超

荷蘭Venlo型溫室結(jié)構(gòu)抗震性能分析

李一哲，駢超※

（中國建材國際工程集團有限公司，上海 200063）

為了研究地震作用對依據(jù)荷蘭規(guī)范設(shè)計的Venlo溫室結(jié)構(gòu)安全性的影響，該研究以荷蘭公司設(shè)計的山東某Venlo型溫室為例，利用有限元軟件MIDAS Gen，采用振型分解反應(yīng)譜法對設(shè)防烈度分別為7度（0.10）、7度（0.15）、8度（0.20）和8度（0.30）的溫室整體結(jié)構(gòu)進行模擬計算，對結(jié)構(gòu)的周期、振型、應(yīng)力和位移進行了分析探討。結(jié)果顯示，溫室整體的最長自振周期為1.75 s，表現(xiàn)為較柔性的結(jié)構(gòu)體系，前2階振型分別為、向的平動，在2個主軸方向上具有相近的抗震性能。不同設(shè)防烈度下，結(jié)構(gòu)的承載力最大值均為216.96 MPa，由風(fēng)荷載控制，最大應(yīng)力小于構(gòu)件屈服強度。當(dāng)設(shè)防烈度為8度（0.30）時，向地震作用對構(gòu)件的拉、壓應(yīng)力最大，分別為211.95和196.02 MPa。無地震參與的荷載組合中向風(fēng)荷載產(chǎn)生的位移最大，達到31.80 mm。在地震參與的荷載組合中，柱頂最大位移為61.84 mm，結(jié)構(gòu)變形主要受地震荷載的影響，向地震作用超過同工況下向地震作用約11.6%。結(jié)論表明，引進的荷蘭溫室在地震設(shè)防烈度不高于8度（0.30）時，構(gòu)件始終處于彈性范圍內(nèi)，滿足規(guī)范要求，但最大變形超過了中國建筑抗震設(shè)計對彈性層間位移角1/250的要求。最后，該文對中國農(nóng)業(yè)溫室結(jié)構(gòu)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)的編制提出了一些建議。

溫室；結(jié)構(gòu)；地震；設(shè)防烈度；有限元；Venlo

0 引 言

隨著中國農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化規(guī)模的不斷擴大，中國正廣泛引進和建設(shè)以荷蘭為代表的Venlo型現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)溫室。荷蘭的Venlo型溫室已經(jīng)成為使用面積最大、數(shù)量最多、應(yīng)用最廣的玻璃溫室，擁有大型溫室先進的裝備技術(shù)和設(shè)計體系[1-3]。中國對于現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)溫室結(jié)構(gòu)的研究已經(jīng)起步，已頒布的標(biāo)準(zhǔn)大多為行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)或團體標(biāo)準(zhǔn)，有關(guān)溫室結(jié)構(gòu)設(shè)計的國家標(biāo)準(zhǔn)較少，引進的荷蘭溫室結(jié)構(gòu)的安全性和適用性已經(jīng)引起業(yè)內(nèi)的關(guān)注[4-6]。

目前關(guān)于溫室結(jié)構(gòu)安全性的研究主要集中在風(fēng)、雪荷載[5-7]，對其抗震性能的研究較少。這是由于溫室結(jié)構(gòu)較輕，覆蓋材料又為輕質(zhì)材料，通常認(rèn)為結(jié)構(gòu)受地震的影響小于風(fēng)荷載[8-10]，風(fēng)荷載在結(jié)構(gòu)設(shè)計中起主要控制作用，因此在多數(shù)研究中[9-12]不考慮地震荷載的組合。少量有關(guān)溫室抗震的研究，如韓宏昌[13]對銀川市某Venlo型溫室進行多遇地震下的動力時程分析，結(jié)果顯示在實際地震作用下柱腳和縱向桁架底部應(yīng)力較大，在橫向地震波下桁架產(chǎn)生較大變形，但未發(fā)生結(jié)構(gòu)破壞。戴素娟等[1]提出將加腋異型節(jié)點應(yīng)用于溫室結(jié)構(gòu)中，并針對該節(jié)點抗震性能利用有限元軟件進行研究，結(jié)果表明加腋異型節(jié)點能更有效提高節(jié)點的屈服荷載和抗震性能；李曉潤等[2]提出了一種溫室結(jié)構(gòu)楔形箱型矩管柱與H型鋼梁連接節(jié)點構(gòu)造型式，并針對該節(jié)點抗震性能利用有限元軟件進行研究，結(jié)果表明新型節(jié)點的耗能能力明顯優(yōu)于傳統(tǒng)外聯(lián)板式節(jié)點，具有良好的抗震性能；李叢權(quán)等[3]設(shè)計了一種玻璃溫室防震結(jié)構(gòu)，并通過縮尺模型試驗驗證了該防震結(jié)構(gòu)可以顯著提高溫室的抗震性能；Dova等[14]對從法國直接引進到希臘的Venlo型溫室進行地震作用分析，結(jié)果表明結(jié)構(gòu)柱過早橫向扭轉(zhuǎn)屈曲，格構(gòu)梁中間與天溝垂直支撐連接處的構(gòu)件發(fā)生屈服，并指出在地震高烈度區(qū)進行溫室結(jié)構(gòu)設(shè)計時應(yīng)當(dāng)考慮地震的影響。這些研究主要以溫室的單榀結(jié)構(gòu)或局部節(jié)點作為研究對象，并未對整體溫室結(jié)構(gòu)的抗震性能進行研究。此外，將空間結(jié)構(gòu)體系簡化為平面單榀框架后，忽略了空間效應(yīng)的相互作用和覆蓋材料對整體結(jié)構(gòu)剛度的有利影響。金健等[15]通過建立Venlo型溫室結(jié)構(gòu)的平面簡化模型、空間框架模型和空間蒙皮模型，分析了在水平荷載和豎直荷載方向的空間作用與蒙皮作用對結(jié)構(gòu)的影響，結(jié)果表明覆蓋材料為玻璃的溫室具有較高的蒙皮作用，可有效提高抗側(cè)剛度，并減小結(jié)構(gòu)形變。該結(jié)果與丁敏等[16-17]對Venlo型溫室結(jié)構(gòu)的單榀骨架、整體骨架、整體骨架覆蓋材料在風(fēng)雪荷載工況下的分析結(jié)果基本相同。

中國地域遼闊，近一半的國土面積處于高烈度區(qū)（7度以上），若直接引進荷蘭設(shè)計的溫室或采用荷蘭的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，存在地震作用破壞主體結(jié)構(gòu)的安全隱患，并且國內(nèi)已有地震造成溫室倒塌的案例和報道，例如汶川地震造成5萬個溫室大棚倒塌[18]。因此，本文采用有限元軟件MIDAS Gen對荷蘭公司設(shè)計的山東某Venlo型溫室的整體結(jié)構(gòu)進行抗震計算，考慮覆蓋材料的蒙皮效應(yīng)對結(jié)構(gòu)剛度的影響，對溫室的壽命周期、振型以及在不同地震設(shè)防烈度下結(jié)構(gòu)的最大應(yīng)力和最大位移進行分析，并將位移結(jié)果與歐洲、中國規(guī)范規(guī)定的限值進行比較，為中國農(nóng)業(yè)溫室結(jié)構(gòu)設(shè)計和相應(yīng)規(guī)范的編制提供參考。

1 Venlo型溫室結(jié)構(gòu)

Venlo型溫室結(jié)構(gòu)輕、剛度小，受風(fēng)、雪荷載影響較大[5,19]。目前從荷蘭引進國內(nèi)的Venlo型溫室主要為A15類加熱溫室[20-21]，設(shè)計使用年限為15 a，跨長8.0 m，開間5.0 m，桁架高0.5 m，檐口高6.0 m，屋脊高6.8 m。該研究采用有限元計算軟件MIDAS Gen，以山東某設(shè)施農(nóng)業(yè)溫室為例建立結(jié)構(gòu)模型，溫室總長265 m，寬240 m，以種植番茄為主。溫室種植區(qū)的、方向分別為格構(gòu)梁和鋁合金天溝的布置方向，中間道路兩旁的鋼立柱每開間地基下降10 mm埋設(shè)，便于天溝導(dǎo)流雨水，順高差匯集向溫室兩側(cè)。斜拉筋主要沿著溫室迎風(fēng)面、背風(fēng)面和中間道路兩側(cè)的第二、第三開間布置，以保證溫室的側(cè)向穩(wěn)定性。溫室的空間結(jié)構(gòu)模型如圖1所示。

1.鋼立柱 2.桁架 3.天溝 4.檁條 5.玻璃

1.Steel column 2.Truss 3.Gutter 4.Purlin 5.Glass

注：、分別表示桁架和天溝布置方向。

Note:andrepresent the arrangement direction of truss and gutter respectively.

圖1 荷蘭Venlo型溫室結(jié)構(gòu)模型

Fig.1 The structural model of the Dutch Venlo greenhouse

2 數(shù)值模擬

2.1 單元選取

MIDAS Gen中的梁單元由2個節(jié)點構(gòu)成，具有拉、壓、彎、剪、扭的剛度，考慮剪切變形，適用于等截面或變截面的梁與柱構(gòu)件模擬，用于模擬溫室鋼立柱、天溝、地基梁、桁架弦桿和腹桿等。由于天溝截面為異形截面，如圖2所示，因此天溝的截面形狀通過AutoCAD導(dǎo)入至MIDAS Gen中生成，從而準(zhǔn)確模擬天溝結(jié)構(gòu)構(gòu)件的力學(xué)性能。厚板單元由同一平面上的四節(jié)點或三節(jié)點組成，可以解決平面張拉、平面壓縮、平面剪切、及平板沿厚度方向的彎曲及剪切等結(jié)構(gòu)問題，用于模擬覆蓋溫室的浮法玻璃。

2.2 材料特性

為合理化利用鋼材并滿足設(shè)計的經(jīng)濟性，在荷蘭溫室結(jié)構(gòu)中，鋼材的選型并非統(tǒng)一，鋼結(jié)構(gòu)立柱均采用S235JR，而桁架上下弦桿和支撐鋁合金天溝的短柱采用S275JR。溫室中主要構(gòu)件類型、尺寸和材料特性見表1。

2.3 邊界條件

溫室結(jié)構(gòu)中鋼立柱是豎向荷載的重要傳力構(gòu)件，溫室屋面所受荷載及作物荷載等通過格構(gòu)梁和天溝傳至立柱，再由立柱傳至混凝土基礎(chǔ)。立柱與基礎(chǔ)的連接形式直接影響立柱的內(nèi)力分布[22]。實際建造中，荷蘭Venlo型溫室的四周邊柱底部通過螺栓錨固在地基梁上，工程中可簡化為剛接；其余鋼立柱底部通過柱腳螺栓單向固定在基礎(chǔ)頂面，可簡化為單向鉸接；格構(gòu)梁、鋼立柱、天溝等金屬構(gòu)件之間均采用螺栓固定連接，可簡化為鉸接。因此，在本文的模型中，約束四周邊柱與基礎(chǔ)梁連接節(jié)點的全部自由度，僅釋放中間鋼立柱與基礎(chǔ)連接節(jié)點處繞方向的旋轉(zhuǎn)自由度和各金屬構(gòu)件連接節(jié)點的旋轉(zhuǎn)自由度。此外，溫室的覆蓋玻璃采用鋁合金型材鑲嵌式安裝，且由于玻璃自身提供一定剛度，考慮玻璃的蒙皮作用對整體結(jié)構(gòu)剛度的影響，可簡化為剛接形式，約束覆蓋玻璃與相鄰構(gòu)件之間的全部自由度[15]。

表1 溫室結(jié)構(gòu)主要構(gòu)件類型、尺寸及材料特性

注：“-”代表未知或無此項。

Note: “-” means unknown or no item.

2.4 荷載工況

2.4.1 荷載類型

溫室結(jié)構(gòu)所承受的荷載主要來自永久荷載（k）、風(fēng)荷載（k1）、雪荷載（k2）、作物荷載（k3）、施工檢修集中荷載（k4）、移動設(shè)備荷載（k5）和地震作用（kE）。

溫室所施加的荷載大小參考?xì)W洲溫室標(biāo)準(zhǔn)[20]和荷蘭溫室標(biāo)準(zhǔn)[21]的計算方法。該溫室工程所處Ⅱ類場地類型，基本風(fēng)壓、雪壓均按重現(xiàn)期為50 a的值采用[23]，永久荷載取構(gòu)件自重，風(fēng)荷載取0.2～1.6 kN/m2，雪荷載取0.26 kN/m2，作物荷載取0.15 kN/m2，施工檢修集中荷載取1.5 kN，移動設(shè)備荷載取6.0 kN。

為了比較荷蘭溫室結(jié)構(gòu)在中國不同設(shè)防烈度下的抗震性能，按照中國建筑抗震設(shè)計規(guī)范[24]中的多遇地震考慮，選擇地震分組第二組，場地類別Ⅱ類，設(shè)防烈度分別為7度（0.10）、7度（0.15）、8度（0.20）和8度（0.30），采用振型分解反應(yīng)譜法進行不同設(shè)防烈度下的抗震分析，地震反應(yīng)譜見圖3。

2.4.2 荷載組合

歐洲溫室標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定[20]，處在地震高烈度區(qū)的國家（如德國、意大利、希臘），必須考慮地震作用下永久荷載和雪荷載的基本組合形式（簡稱d1），以及在d1基礎(chǔ)上增加作物荷載的基本組合形式（簡稱d2），而荷蘭地區(qū)遠離地震帶，標(biāo)準(zhǔn)中的荷載工況不考慮地震的影響[21]。為了統(tǒng)一組合形式，本文增加地震作用參與的荷載組合d1、d2進行計算，基本組合公式如表2所示。

表2 溫室荷載組合

注：代表相關(guān)荷載作用效應(yīng)值。k代表永久荷載，kN；k1代表風(fēng)荷載，（kN·m-2）；k2代表雪荷載（kN·m-2）；k3代表作物荷載（kN·m-2），k4代表施工檢修集中荷載、k5代表移動設(shè)備荷載，kN；kE代表地震作用。、分別表示相應(yīng)荷載對應(yīng)的分項系數(shù)和組合系數(shù)。

Note:represents value of the relevant load effect.kmeans permanent load, kN;k1means wind load, (kN·m-2);k2means snow load, (kN·m-2);k3means crop load, (kN·m-2);k4means concentrated vertical load andk5incidentally-present installation load, kN.andrepresent the partial factor and combination coefficient of the load, respectively.

3 結(jié)果與分析

3.1 周期與振型

鋼結(jié)構(gòu)建筑的第一階基本自振周期可根據(jù)建筑總層數(shù)近似地估計[25]：

1=(0.10～0.15)

式中表示建筑總層數(shù)。

一般建筑層高2.7～3.0 m，本文中溫室的模型總高6.8 m，可按2.5層建筑進行估算，得到第一階自振周期為0.25～0.38 s，遠小于溫室模型的第一階周期1.75 s，說明溫室主體結(jié)構(gòu)周期較長，表現(xiàn)出較為柔性的結(jié)構(gòu)體系。從振型質(zhì)量參與系數(shù)來看，溫室模型前6階振型的質(zhì)量參與系數(shù)為向99.81%，向99.56%。當(dāng)溫室模型的振型參與質(zhì)量超過總質(zhì)量的90%[24]，振型均參與地震作用，因此，本文選擇具有代表性的前6階振型進行分析，如圖4所示。從振型圖來看，第一階振型為向平動，第二階振型為向平動，從第三階振型開始出現(xiàn)扭轉(zhuǎn)，質(zhì)量中心與剛度中心基本重合，第四階至第六階振型表現(xiàn)出平扭對稱性，整體結(jié)構(gòu)具有較規(guī)則的剛度分布和較強的抗扭轉(zhuǎn)能力。

3.2 應(yīng)力比較

表3 不同設(shè)防烈度下的荷載組合應(yīng)力值

注：wx、wy分別代表、方向的風(fēng)荷載參與荷載組合；Rx、Ry分別代表、方向的地震作用參與荷載組合；包絡(luò)代表荷載組合中、、方向的組合最大值，下同。

Note: wx and wy represent the wind load which participate in the load combination inanddirections respectively; Rx and Ry represent the load combination of the seismic action inanddirections respectively. The envelope represents the combined maximum value of the,anddirections in the load combination. The same as follows.

由表3可知，向風(fēng)荷載對溫室結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的拉應(yīng)力起主要控制作用。b1(wx)在所有荷載組合中拉應(yīng)力最大，主要發(fā)生在溫室向迎風(fēng)面靠近邊柱的第一跨中，位于桁架內(nèi)支撐天溝短柱的豎直腹桿與桁架上弦桿相連的節(jié)點處，如圖5a所示。這是由于風(fēng)荷載體形系數(shù)在迎風(fēng)坡的第一跨屋面最大，產(chǎn)生的風(fēng)荷載也較大[27]。對比a1(wx)可知，二者相差3.84 MPa，是由于作物荷載的豎向力抵消了一部分風(fēng)荷載在屋面產(chǎn)生的吸力，減小了構(gòu)件約1.7%的最大拉應(yīng)力。

從表3還可以看出，溫室構(gòu)件的最大壓應(yīng)力始終由向地震荷載工況d2(Rx)控制。7度（0.15）及以上設(shè)防烈度下的最大壓應(yīng)力均出現(xiàn)在向迎風(fēng)坡第一跨中間位置，主要集中在溫室道路兩旁的桁架跨中，支撐天溝短柱的豎直腹桿與桁架上弦桿相連的節(jié)點位置受到擠壓，最大壓應(yīng)力集中在兩相鄰上弦桿連接處。以8度（0.30）為例，最大壓應(yīng)力的位置如圖5b所示。

根據(jù)計算結(jié)果可知，在組合系數(shù)不同的情況下，c1和c2工況下的最大應(yīng)力基本相同，相差不超過1%，在無風(fēng)、雪荷載的參與下，永久荷載產(chǎn)生的最大應(yīng)力基本不受其他活荷載組合的影響。當(dāng)雪荷載、作物荷載與向地震作用共同存在時，產(chǎn)生的拉、壓應(yīng)力均大于與向地震作用組合的工況，最大應(yīng)力的連接節(jié)點處采用的鋼材強度高于其他構(gòu)件。此外，無論在何種工況下，向荷載對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的應(yīng)力均低于向。圖6展示了向風(fēng)荷載與地震荷載參與組合的各工況下的結(jié)構(gòu)最大拉壓應(yīng)力，對比分析可見，在不同抗震設(shè)防烈度下，風(fēng)荷載組合產(chǎn)生的拉應(yīng)力始終高于地震作用，溫室結(jié)構(gòu)的拉應(yīng)力由向風(fēng)荷載控制；而地震荷載參與的組合對結(jié)構(gòu)的壓應(yīng)力起主要控制作用，并隨地震烈度的增加而明顯增大，但均未超過拉應(yīng)力大小。

綜上所述，在不同設(shè)防烈度下，溫室結(jié)構(gòu)的承載力設(shè)計主要受風(fēng)荷載控制，結(jié)構(gòu)的抗壓強度受地震作用的控制較為明顯，構(gòu)件的最大應(yīng)力均小于材料設(shè)計強度，結(jié)構(gòu)始終處于彈性范圍內(nèi)，滿足承載力設(shè)計的要求。

3.3 位移比較

歐洲和荷蘭的溫室標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定，A類溫室應(yīng)同時滿足承載力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)，溫室立柱柱頂水平位移的限值應(yīng)滿足要求：1）小于天溝距地面高度的1/75；2）當(dāng)風(fēng)荷載參與作用時，小于60 mm[21-22]。根據(jù)計算結(jié)果可知，無地震參與的荷載組合中a1(wx)的最大位移為31.80 mm，超過同工況下向風(fēng)荷載作用約30%。在地震參與的荷載組合中，柱頂最大位移為61.84 mm，向地震作用超過同工況下向地震作用約11.6%。全部荷載工況下的柱頂最大水平位移均滿足對應(yīng)規(guī)范的要求，不同設(shè)防烈度下產(chǎn)生的柱頂最大位移見表4。

表4 不同設(shè)防烈度下柱頂?shù)淖畲笪灰?/p>

為了比較風(fēng)荷載與地震作用對結(jié)構(gòu)位移的影響，選擇風(fēng)荷載參與組合產(chǎn)生最大位移的工況與不同烈度下的地震組合工況進行對比。從圖7可以看出，荷載工況d1、d2在向地震作用產(chǎn)生的位移在7度（0.15）開始逐漸高于向地震作用，位移相差逐漸增大，而向地震作用下的位移隨著設(shè)防烈度的提高基本趨于一致。當(dāng)設(shè)防烈度小于7度（0.15）時，結(jié)構(gòu)位移由風(fēng)荷載起主導(dǎo)作用，當(dāng)設(shè)防烈度提高至8度（0.20）及以上時，地震作用成為主要控制因素，柱頂最大位移始終大于風(fēng)荷載作用產(chǎn)生的位移。

通過對比分析，風(fēng)荷載僅在7度（0.10）時起控制作用，但隨著設(shè)防烈度的提高，地震作用產(chǎn)生的位移逐漸增大，結(jié)構(gòu)位移主要由向地震控制。全部荷載工況下的最大位移均滿足歐洲、荷蘭溫室標(biāo)準(zhǔn)的要求，但均超過了中國建筑抗震設(shè)計[24]中規(guī)定的彈性層間位移角1/250的限值，不滿足建筑抗震變形對側(cè)向剛度驗算的要求。

4 結(jié) 論

本文對荷蘭Venlo型溫室結(jié)構(gòu)進行不同設(shè)防烈度下的抗震性能分析，主要研究結(jié)論及建議如下：

1）溫室整體結(jié)構(gòu)自振最長周期為1.75 s，表現(xiàn)出較為柔性的結(jié)構(gòu)體系，振型體現(xiàn)出溫室結(jié)構(gòu)較規(guī)則的剛度分布，兩個主軸方向上的抗震性能相近。

2）在進行溫室結(jié)構(gòu)承載力設(shè)計時，風(fēng)荷載起主要控制作用，最大應(yīng)力216.96 MPa，未超過構(gòu)件屈服強度，可不進行抗震驗算。但對于溫室中細(xì)長桿件來說，在進行結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和變形驗算時，建議考慮地震作用的影響，并適當(dāng)增加基本抗震構(gòu)造措施。

3）在高烈度區(qū)（超過7度（0.10）），地震作用對結(jié)構(gòu)位移起主要控制作用，最大位移61.84 mm不滿足中國建筑抗震設(shè)計中結(jié)構(gòu)側(cè)向位移角1/250的限值要求。建議中國在編制農(nóng)業(yè)溫室結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范時，可參考?xì)W洲、荷蘭的溫室設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，針對溫室特殊的柔性結(jié)構(gòu)體系，適當(dāng)放寬地震作用下結(jié)構(gòu)位移角的限值，以滿足Venlo型溫室結(jié)構(gòu)在中國地震高烈度區(qū)的適應(yīng)性。

本文針對Venlo型溫室的單一類型進行了分析，不同跨度、開間以及所處不同地理環(huán)境對溫室抗震性能的影響還需要更深入的研究。

[1] 戴素娟，侯世謹(jǐn)，趙新偉，等. 多功能觀光溫室結(jié)構(gòu)加腋異型節(jié)點抗震性能研究[J]. 中國農(nóng)機化學(xué)報，2019，40(7)：40-44.

Dai Sujuan, Hou Shijin, Zhao Xinwei, et al. Study on seismic behavior of irregular joints with welded haunchin multi-purpose sightseeing greenhouse structures[J]. Journal of Chinese Agricultural Mechanization, 2019, 40(7): 40-44. (in Chinese with English abstract)

[2] 李曉潤，宋波，陳水榮. 觀光溫室結(jié)構(gòu)楔形箱型矩管柱梁連接節(jié)點抗震性能[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，2017，33(10)：252-257.

Li Xiaorun, Song Bo, Chen Shuirong. Seismic performanceof wedge-shaped box joint of beam and box column in tourism greenhouse structures[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2017, 33(10): 252-257. (in Chinese with English abstract)

[3] 李從權(quán)，王慶惠，馬月虹. 玻璃溫室防震設(shè)計與模型試驗[J]. 湖北農(nóng)業(yè)科學(xué)，2019，58(20)：164-167，189.

[4] 齊飛，周新群，張躍峰，等. 世界現(xiàn)代化溫室裝備技術(shù)發(fā)展及對中國的啟示[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，2008，24(10)：279-285.

Qi Fei, Zhou Xinqun, Zhang Yuefeng, et al. Development of world greenhouse equipment and technology and some implications to China[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2008, 24(10): 279-285. (in Chinese with English abstract)

[5] 童樂為，金健，周鋒. 中歐溫室規(guī)范中風(fēng)荷載取值的對比[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，2013，29(21)：174-181.

Tong Lewei, Jin Jian, Zhou Feng. Comparative study on calculation of wind loads on greenhouse structures between codes of China and Europe[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2013, 29(21): 174-181. (in Chinese with English abstract)

[6] 周長吉. 大型連棟溫室設(shè)計風(fēng)雪荷載分級標(biāo)準(zhǔn)初探[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，2000，16(4)：103-105.

Zhou Changji. Wind and snow load classification for greenhouse structure design[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2000, 16(4): 103-105. (in Chinese with English abstract)

[7] 齊飛，周新群. Venlo溫室的荷載效應(yīng)特征及其在工程中的應(yīng)用[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，2007，23(3)：163-168.

Qi Fei, Zhou Xinqun. Features of load effects and application in designing Venlo greenhouse[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2007, 23(3): 163-168. (in Chinese with English abstract)

[8] 丁小明，魏曉明，李明，等. 世界主要設(shè)施園藝國家發(fā)展現(xiàn)狀[J]. 農(nóng)業(yè)工程技術(shù)，2016，36(1)：22-32.

[9] 李笑天. 基于ANSYS的日光溫室桁架結(jié)構(gòu)優(yōu)化研究[D]. 沈陽：沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)，2020.

Li Xiaotian. Research on Optimization of Solar Greenhouse Truss Structure Based on ANSYS[D]. Shenyang: Shenyang Agricultural University, 2020. (in Chinese with English abstract)

[10] 譚靜芳，趙立新，劉成勛，等. 全玻璃鋼溫室設(shè)計荷載分析[J]. 農(nóng)業(yè)裝備技術(shù)，2004(2)：42-43.

[11] 武燕飛. 風(fēng)壓作用下溫室結(jié)構(gòu)荷載的研究[D]. 南京：南京農(nóng)業(yè)大學(xué)，2007.

Wu Yanfei. Research on Load of Greenhouse Structure Induced by Wind Force[D]. Nanjing: Nanjing Agricultural University, 2007. (in Chinese with English abstract)

[12] 明月. 日光溫室結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計研究[D]. 沈陽：沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)，2007.

Ming Yue. Research on the Design of Optimization for Greenhouse Structure[D]. Shenyang: Shenyang Agricultural University, 2007. (in Chinese with English abstract)

[13] 韓宏昌. 基于ABAQUS的銀川地區(qū)Venlo型溫室結(jié)構(gòu)靜動力分析及優(yōu)化設(shè)計[D]. 寧夏：寧夏大學(xué)，2019.

Han Hongchang. Static and Dynamic Analysis and Optimization Design of Venlo Greenhouse Structure in Yinchuan Area Based on ABAQUS[D]. Ningxia: Ning Xia University, 2019.

[14] Dova E, Sophianopoulos D, Katsoulas N, et al. Additional design requirements of steel commercial greenhouses in high seismic hazard EU countries[C]//Proceedings of the 7th National Conference on Steel Structures, Volos, Greece. 2011, 29.

[15] 金健，童樂為，周鋒. Venlo型溫室結(jié)構(gòu)空間作用的分析與應(yīng)用研究[C]//2014年全國鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計與施工學(xué)術(shù)會議. 北京：中國鋼結(jié)構(gòu)協(xié)會，2014：132-135.

[16] 丁敏，朱丹，許晶，等. 風(fēng)雪荷載作用下Venlo型溫室結(jié)構(gòu)整體性能研究[J]. 中國農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報，2017，22(1)：120-128.

Ding Min, Zhu Dan, Xu Jing, et al. Space robustness of Venlo greenhouse structure under wind and snow load [J]. Journal of China Agricultural University, 2017, 22(1): 120-128. (in Chinese with English abstract)

[17] 丁敏，李密密，施旭棟，等. 考慮覆蓋材料蒙皮效應(yīng)的溫室結(jié)構(gòu)穩(wěn)定承載力計算[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，2016，32(增刊1)：224-232.

Ding Min, Li Mimi, Shi Xudong, et al. Stable bearing capacity calculation of greenhouse structures considering skin effect of covering material[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2016, 32(Supp.1): 224-232. (in Chinese with English abstract)

[18] 中國政府網(wǎng). 地震已造成50多萬畝農(nóng)作物受災(zāi)勞動力損失嚴(yán)重[EB/OL]. (2008-05-17)[2021-07-06] http://www.gov.cn/wszb/zhibo224/ content_979964.htm.

[19] 俞永華，王劍平，應(yīng)義斌. 塑料溫室拱結(jié)構(gòu)雪載工況下極限承載力的非線性有限元分析[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，2007，23(3)：158-162.

Yu Yonghua, Wang Jianping, Ying Yibin. Nonlinear finite element analysis of the bearing capacity of arch structure in plastic greenhouse on snow load working condition[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2007, 23(3): 158-162. (in Chinese with English abstract)

[20] British Standard Institute(BSI), Greenhouses: Design and construction - Part 1: Commercial production greenhouse: BS EN 13031-1: 2019 [S]. Brussels: BSI, 2019.

[21] Netherlands Normalisation Institute(NEN), Greenhouses: Design and construction-Part 1: Commercial production greenhouses : NEN 3859: 2012 [S]. Netherland: NEN, 2012.

[22] 金健，童樂為，周鋒. Venlo型溫室立柱的設(shè)計與優(yōu)化[J]. 鋼結(jié)構(gòu)，2014(增刊)：547-552.

Jin Jian, Tong Lewei, Zhou Feng. Design and optimization of Venlo-type greenhouse column[J]. Steel Structure, 2014(Suppl): 547-552. (in Chinese with English abstract)

[23] GBT 51183-2016，中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部，農(nóng)業(yè)溫室結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范[S]. 北京：中國計劃出版社，2016.

[24] GB 50011-2010，中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部，建筑抗震設(shè)計規(guī)范[S]. 北京：中國建筑工業(yè)出版社，2016.

[25] GB 50009-2012，中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部，建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范[S]. 北京：中國建筑工業(yè)出版社，2012.

[26] 施剛，朱希. 不同規(guī)范中鋼材強度設(shè)計指標(biāo)對比分析[J]. 建筑結(jié)構(gòu)，2017，47(13)：1-8.

Shi Gang, Zhu Xi. Comparison study of design strength in steel design codes of different countries[J]. Building Structure, 2017, 47(13): 1-8. (in Chinese with English abstract)

[27] 李一哲，魏曉俊，王川申，等. 中歐荷溫室規(guī)范風(fēng)、雪荷載的對比[J]. 江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，2020，48(24)：232-239.

Seismic performance analysis of Dutch Venlo greenhouse structure

Li Yizhe, Pian Chao※

(.,.,, 200063,)

AVenlo-type greenhouse has widely been introduced from Netherland for modern agriculture in China at present. This type of greenhouse is also the largest, most commonly-used, and state-of-the-art glass structure with advanced equipment and control systems for super greenhouses in the world. However, few national standards are released for the structure design of modern agricultural greenhouse, although most industry or group standards in China. Furthermore, the combination of earthquake load other than wind load cannot be usually considered for the structure design in most studies, due to the light-weight components and covering materials in the greenhouse structure. If the greenhouse that designed by the Netherlands was directly introduced to adopt the Dutch structural standards in China, there is a safety hazard of seismic action for the damage of main structure, particularly for nearly half of land areas in high-level zones of seismic intensity in China, even above 7 degrees. Taking a Venlo-type greenhousedesigned by a Dutch company in Shandong province as an example, this study aims to explore the impact of seismic action on structural safety according to the Dutch code, considering the stress diaphragm of covering material on the structural stiffness. A finite element software MIDAS Gen with the response spectrum modal was also selected to simulate the whole structure of the greenhouse with the seismic precautionary intensity of 7 (0.10), 7 (0.15), 8 (0.20), and 8 degrees (0.30). A systematic analysis was made on the mode periods, vibration patterns, the maximum stresses, and displacements for the structure. The results showed that the longest period of natural vibration was 1.75 s in the greenhouse structure, indicating a relatively flexible performance of the structural system. The first and second vibration patterns were the flat motion inand-direction, especially a similar seismic performance in the 2 principal axes. Additionally, the maximum bearing capacity of the structure was 216.96 MPa for different seismic precautionary intensities under the wind load. The maximum stress was still less than the yield strength of components. When the seismic precautionary intensity exceeded 8 degrees (0.30), the maximum tensile and compressive stresses of components were 211.95 and 196.02 MPa for the-directional seismic action, respectively. In addition, the maximum displacement was 31.80 mm under the-directional wind load without considering seismic action. The structural deformation was also mainly influenced by the seismic load. Specifically, the-directional seismic action was about 11.6% than that in the-direction under the same load combination. Consequently, the greenhouse structure introduced from Netherland can always be expected to fully meet the code requirements within the elastic range of components, when the seismic intensity was lower than 8 degrees (0.30). Nevertheless, the maximum deformation exceeded the standard requirement of 1/250 of the elastic inter-story displacement angle, according to the code for seismic design of buildings in China.

greenhouse; structure; earthquake; seismic precautionary intensity; finite element; Venlo

李一哲，駢超. 荷蘭Venlo型溫室結(jié)構(gòu)抗震性能分析[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，2021，37(19)：243-249.doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2021.19.028 http://www.tcsae.org

Li Yizhe, Pian Chao. Seismic performance analysis of Dutch Venlo greenhouse structure[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2021, 37(19): 243-249. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2021.19.028 http://www.tcsae.org

2021-07-06

2021-09-13

上海市科技興農(nóng)重點攻關(guān)項目（19200730800）

李一哲，研究方向為鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計及有限元分析。Email：liyizhe@ctiec.net

駢超，博士，研究方向為工程結(jié)構(gòu)抗震及減隔震。Email：pianchao@ctiec.net

10.11975/j.issn.1002-6819.2021.19.028

S625.1

A

1002-6819(2021)-19-0243-07