河南省鋼骨架塑料大棚拱架結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)研究*

董曉星，杜南山，國志信，張濤，樸鳳植

(河南農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院，鄭州市，450002)

0 引言

鋼骨架結(jié)構(gòu)塑料大棚是我國最常見的園藝設(shè)施類型，應(yīng)用面積達(dá)1 225 khm2，占我國設(shè)施園藝面積的65.4%[1]，具有結(jié)構(gòu)簡單、堅(jiān)固耐用、室內(nèi)空間大、土地利用率高、建造和運(yùn)行成本低等優(yōu)點(diǎn)[2-4]，在我國北方主要進(jìn)行春提前和秋延后栽培，南方地區(qū)則可進(jìn)行春季到秋季的長季節(jié)栽培，即春秋保溫和夏季避雨栽培。

近年來塑料大棚的安全問題頻發(fā)，主要原因是塑料大棚投資小，一般不會委托專門的設(shè)計(jì)單位進(jìn)行設(shè)計(jì)驗(yàn)算[5]，設(shè)計(jì)建造時(shí)無簡明扼要的地方標(biāo)準(zhǔn)可依，往往盲目套用他人經(jīng)驗(yàn)。有關(guān)塑料大棚結(jié)構(gòu)安全性，研究人員做了大量的研究，郄麗娟等[6]設(shè)計(jì)了雙拱雙連雙膜塑料大棚，并對其安全性進(jìn)行了驗(yàn)算；劉云飛[7]對大慶市拱形塑料大棚調(diào)查的基礎(chǔ)上，計(jì)算了不同跨度桁架拱輕鋼塑料大棚的抗風(fēng)性能，并對其骨架材料進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)。解恒燕等[8]對鋼拱架單棟塑料大棚平面內(nèi)極限承載力進(jìn)行了計(jì)算，分析了初始缺陷、矢跨比、長細(xì)比等參數(shù)對該大棚平面內(nèi)極限承載力的影響。劉健等[9-10]對熱區(qū)沿海設(shè)施大棚的結(jié)構(gòu)破壞形式和破壞機(jī)理進(jìn)行了分析，并給出了防臺風(fēng)的措施與修復(fù)方案。影響塑料大棚骨架結(jié)構(gòu)安全性的因素主要有所在地荷載、跨度、脊高、棚面形狀、拱架材料類型、拱架間距等[11-13]，但是前人研究多是針對某一地區(qū)某一特定的結(jié)構(gòu)參數(shù)某一特定的骨架結(jié)構(gòu)類型進(jìn)行的，沒有對不同地區(qū)、不同結(jié)構(gòu)參數(shù)、不同結(jié)構(gòu)類型的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和歸納，研究結(jié)論普遍性不強(qiáng)，實(shí)踐中適用性不佳。

本研究利用Ansys Workbench軟件，建立了跨度為8、10、12、14 m的不同規(guī)格圓鋼管、幾字鋼、橢圓形鋼管和平面桁架結(jié)構(gòu)塑料大棚，首先對河南省不同跨度不同拱架結(jié)構(gòu)類型塑料大棚7種各荷載組合下的最大節(jié)點(diǎn)應(yīng)力值進(jìn)行了分析，篩選出塑料大棚的控制荷載和最不利荷載組合，然后根據(jù)最不利荷載組合下的節(jié)點(diǎn)最大應(yīng)力值，以承載能力極限狀態(tài)對河南省18個(gè)地區(qū)不同跨度不同拱架結(jié)構(gòu)類型塑料大棚進(jìn)行安全性驗(yàn)算，給出河南省塑料大棚拱架材料規(guī)格選型建議，以期為河南省塑料大棚拱架結(jié)構(gòu)的選擇提供簡明且具有廣泛適用性的建議，促進(jìn)其標(biāo)準(zhǔn)化發(fā)展。

1 材料與方法

1.1 大棚結(jié)構(gòu)參數(shù)

塑料大棚常見的跨度L分別有8、10、12和14 m[14]。為適應(yīng)農(nóng)機(jī)化應(yīng)用的需要，塑料大棚距棚邊0.5 m處的高度設(shè)計(jì)為1.5 m，即肩高f′，見圖1。肩高以上的棚面對應(yīng)的高跨比均為0.2，即可得出相應(yīng)脊高f，棚面形狀按照合理拱軸線進(jìn)行設(shè)計(jì)。不同跨度塑料大棚結(jié)構(gòu)參數(shù)見表1。

圖1 塑料大棚斷面示意圖Fig. 1 Cross section of plastic greenhouse

表1 塑料大棚結(jié)構(gòu)參數(shù)Tab. 1 Structural parameters of plastic greenhouse

1.2 大棚結(jié)構(gòu)材料

塑料大棚拱架材料類型主要有鍍鋅圓鋼管、幾字鋼、橢圓管和平面桁架[15-16]，經(jīng)調(diào)查，常用的材料規(guī)格如表2所示。

表2 塑料大棚拱架結(jié)構(gòu)常用材料規(guī)格Tab. 2 Common material specifications for arched beams used in plastic greenhouses mm

1.3 建模方法

本研究利用Ansys Workbench軟件建立大棚拱架結(jié)構(gòu)模型，進(jìn)行非線性靜力學(xué)分析[17]。溫室骨架采用Beam188單元，網(wǎng)格尺寸0.1 m，拱架與地面采用固定端約束進(jìn)行連接[18]。模型采用結(jié)構(gòu)鋼Q235模擬鍍鋅鋼材的材料特性，彈性模量為2 000 MPa，泊松比為0.3，屈服強(qiáng)度235 MPa[19]，密度7.85 t/m3。將永久荷載、雪荷載和風(fēng)荷載分別輸入建好的模型中，可計(jì)算得出各荷載單獨(dú)作用下結(jié)構(gòu)的應(yīng)力值，然后按照不同荷載組合將應(yīng)力進(jìn)行疊加，即得到各大棚結(jié)構(gòu)的不同荷載組合效應(yīng)設(shè)計(jì)值。

1.4 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

分別建立不同跨度不同拱架材料規(guī)格的塑料大棚模型，跨度共設(shè)置8、10、12、14 m共4個(gè)水平，拱架材料規(guī)格按表2并結(jié)合驗(yàn)算結(jié)果進(jìn)行設(shè)置，設(shè)計(jì)有32 mm×2 mm圓鋼管、30 mm×50 mm×2 mm幾字鋼、25 mm×50 mm×2 mm橢圓管、40 mm×70 mm×2 mm幾字鋼、30 mm×75 mm×2 mm橢圓管和20 mm×2 mm圓鋼管組成的平面桁架6個(gè)水平，分別用A、B、C、D、E、F表示，不同處理組合如表3所示，共24個(gè)處理。

表3 不同跨度不同拱架材料塑料大棚處理Tab. 3 Treatment of plastic greenhouses with different span and different arch materials

2 荷載計(jì)算、統(tǒng)計(jì)與組合

2.1 荷載計(jì)算

本研究主要考慮永久荷載、風(fēng)荷載和雪荷載3種主要荷載對塑料大棚的影響。永久荷載主要考慮骨架自重，由軟件自動計(jì)算。根據(jù)實(shí)際應(yīng)用情況，塑料大棚使用壽命按15年按計(jì)算，對應(yīng)可在《溫室結(jié)構(gòu)荷載設(shè)計(jì)規(guī)范》[20](以下簡稱《荷載規(guī)范》)中查出河南省18個(gè)地區(qū)15年荷載重現(xiàn)期對應(yīng)的基本風(fēng)壓和基本雪壓，如表4所示。其中洛陽市的基本風(fēng)壓在《荷載規(guī)范》中未明確給出，按其下轄區(qū)縣孟津縣取值。

表4 河南省各地基本風(fēng)壓和基本雪壓Tab. 4 Basic wind pressure and basic snow pressure in different regions of Henan Province kPa

2.2 荷載統(tǒng)計(jì)

從表4可知，河南省18個(gè)地區(qū)的基本風(fēng)壓和基本雪壓呈現(xiàn)明顯的區(qū)間性，為方便對溫室結(jié)構(gòu)進(jìn)行安全性驗(yàn)算，減少驗(yàn)算工作量，將上述地區(qū)的基本雪壓和基本風(fēng)壓進(jìn)行了分級，并計(jì)算了跨度8、10、12和14 m塑料大棚對應(yīng)的均勻雪荷載標(biāo)準(zhǔn)值、不均勻雪荷載標(biāo)準(zhǔn)值，風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值，分別如表5和表6所示。

表5 河南省18個(gè)地區(qū)不同跨度塑料大棚雪荷載分級和標(biāo)準(zhǔn)值Tab. 5 Classification and characteristic value of snow load on plastic greenhouse with different spans in 18 regions of Henan Province

表6 河南省18個(gè)地區(qū)不同跨度塑料大棚風(fēng)荷載分級和標(biāo)準(zhǔn)值Tab. 6 Classification and characteristic value of wind load on plastic greenhouse with different spans in 18 regions of Henan Province

其中雪荷載是豎直向下的，均為正值，考慮均勻分布和不均勻分布兩種情況；風(fēng)荷載是垂直于作用面的，正值為壓力，負(fù)值為拉力。

2.3 承載能力極限狀態(tài)

按照《荷載規(guī)范》的相關(guān)規(guī)定，塑料大棚拱架結(jié)構(gòu)安全性按照承載能力極限狀態(tài)進(jìn)行驗(yàn)算，應(yīng)滿足式(1)。

γ0Sd≤Rd

(1)

式中：γ0——結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)，取0.9；

Sd——荷載效應(yīng)設(shè)計(jì)值，按照式(2)進(jìn)行計(jì)算；

Rd——結(jié)構(gòu)抗力設(shè)計(jì)值，本研究中取碳素結(jié)構(gòu)鋼Q235的屈服強(qiáng)度，為235 MPa。

(2)

式中：SGk——永久荷載的荷載效應(yīng)；

SQ1k——主導(dǎo)可變荷載的荷載效應(yīng)；

SQik——可變荷載的荷載效應(yīng)，分別利用Ansys Workbench軟件計(jì)算得到；

γG——永久荷載的分項(xiàng)系數(shù)，取1.0；

γQi——可變荷載的分項(xiàng)系數(shù)，本研究主要考慮風(fēng)荷載和雪荷載，分別取1.0和1.2；

ψci——可變荷載的組合值系數(shù)，風(fēng)荷載和雪荷載分別取0.6和0.7。

2.4 荷載組合

塑料大棚結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在考慮永久荷載、風(fēng)荷載和雪荷載情況下，按照承載能力極限狀態(tài)的要求，其荷載組合如下所示。

組合1：1.0×永久荷載+1.2×均勻雪荷載

組合2：1.0×永久荷載+1.2×不均勻雪荷載

組合3：1.0×永久荷載+1.0×風(fēng)荷載

組合4：1.0×永久荷載+1.2×均勻雪荷載+1.0×0.6×風(fēng)荷載

組合5：1.0×永久荷載+1.2×不均勻雪荷載+1.0×0.6×風(fēng)荷載

組合6：1.0×永久荷載+1.0×風(fēng)荷載+1.2×0.7×均勻雪荷載

組合7：1.0×永久荷載+1.0×風(fēng)荷載+1.2×0.7×不均勻雪荷載

3 結(jié)果與分析

3.1 河南省塑料大棚最不利荷載組合篩選

圖2～圖5載明了河南省8、10、12和14 m跨度的平面桁架、幾字鋼、橢圓管結(jié)構(gòu)塑料大棚模型的最大節(jié)點(diǎn)應(yīng)力值。

在河南省18個(gè)地區(qū)中，除欒川、南陽、商丘和固始4個(gè)地區(qū)外，其他的14個(gè)地區(qū)各跨度各拱架結(jié)構(gòu)類型的塑料大棚在荷載組合3作用下，拱架的應(yīng)力最大，其次是組合2，這些地區(qū)塑料大棚設(shè)計(jì)時(shí)的最不利荷載組合為組合3，即1.0×永久荷載+1.0×風(fēng)荷載。

圖2 河南省8 m跨度不同拱架結(jié)構(gòu)類型塑料大棚內(nèi)各荷載組合下最大節(jié)點(diǎn)應(yīng)力值Fig. 2 Maximum node stress values of plastic greenhouses with 8 m span and arch structure types in Henan Province under various load combinations

圖3 河南省10 m跨度不同拱架結(jié)構(gòu)類型塑料大棚內(nèi)各荷載組合下最大節(jié)點(diǎn)應(yīng)力值Fig. 3 Maximum node stress values of plastic greenhouses with 10 m span and arch structure types in Henan Province under various load combinations

圖4 河南省12 m跨度不同拱架結(jié)構(gòu)類型塑料大棚內(nèi)各荷載組合下最大節(jié)點(diǎn)應(yīng)力值Fig. 4 Maximum node stress values of plastic greenhouses with 12 m span and arch structure types in Henan Province under various load combinations

圖5 河南省14 m跨度不同拱架結(jié)構(gòu)類型塑料大棚內(nèi)各荷載組合下最大節(jié)點(diǎn)應(yīng)力值Fig. 5 Maximum node stress values of plastic greenhouses with 14 m span and arch structure types in Henan Province under various load combinations

欒川、南陽、商丘和固始4個(gè)地區(qū)各跨度各拱架結(jié)構(gòu)類型的塑料大棚在荷載組合2作用下，拱架的應(yīng)力最大，其次是組合3，其最不利荷載組合為組合2，即1.0×永久荷載+1.2×不均勻雪荷載，且組合3和組合2作用下塑料大棚內(nèi)的節(jié)點(diǎn)最大應(yīng)力接近，組合2較組合3大0.1～40 MPa，大約0.1%～21.5%。因此，河南省大多數(shù)地區(qū)，風(fēng)荷載是塑料大棚的首要不利荷載，對塑料大棚的安全性影響最大，其次是雪荷載。

3.2 河南省不同跨度不同拱架結(jié)構(gòu)塑料大棚安全性判斷

3.2.1 河南省14地區(qū)不同跨度不同拱架材料規(guī)格塑料大棚安全性判斷

除欒川、南陽、商丘和固始4個(gè)地區(qū)外，河南省其他的14個(gè)地區(qū)不同跨度不同拱架材料規(guī)格塑料大棚按照最不利荷載組合計(jì)算最大節(jié)點(diǎn)應(yīng)力值，如表7所示。按承載能力極限狀態(tài)，當(dāng)結(jié)構(gòu)中最大節(jié)點(diǎn)應(yīng)力值Rd/0.9 ≤235 MPa時(shí)，則結(jié)構(gòu)滿足安全性要求，否則不安全。從表7中可以看出，14個(gè)地區(qū)中8A處理下塑料大棚的最大節(jié)點(diǎn)應(yīng)力值在282.0～693.0 MPa之間變化，因此以32 mm×2 mm 的圓形鋼管作為拱架材料，8 m跨度塑料大棚在14個(gè)地區(qū)均無法滿足安全性要求，則10、12和14 m跨度圓形鋼管結(jié)構(gòu)的塑料大棚的計(jì)算結(jié)果不再列出。

8B、10B、12B和14B處理下塑料大棚的最大節(jié)點(diǎn)應(yīng)力值分別在92.8～247.0 MPa、131.0～349.0 MPa、195.0～508.0 MPa和266.0～677.0 MPa之間變化。因此，使用30 mm×50 mm×2 mm的幾字鋼作為拱架材料，8 m跨度塑料大棚在14個(gè)地區(qū)均可滿足安全性要求，10 m跨度下除安陽以外其他地區(qū)可滿足安全性要求，12 m跨度下僅在盧氏、三門峽2地能夠滿足安全性要求，14 m跨度下所有地區(qū)均不能滿足安全性要求。8C、10C、12C和14C處理下塑料大棚的最大節(jié)點(diǎn)應(yīng)力值分別在105.0～279.0 MPa、148.0～392.0 MPa、220.0～568.0 MPa和300.0～756.0 MPa之間變化。因此使用25 mm×50 mm×2 mm的橢圓管作為拱架材料，則8 m跨度塑料大棚在14個(gè)地區(qū)均可滿足安全性要求，10 m跨度下在除孟津、洛陽、寶豐和安陽外的地區(qū)可滿足安全性要求，12 m跨度下僅在盧氏地區(qū)可滿足安全性要求，14 m跨度下所有地區(qū)均不能滿足安全性要求?？梢钥闯觯? m跨度下，30 mm×50 mm×2 mm 的幾字鋼和25 mm×50 mm×2 mm的橢圓管已經(jīng)能夠滿足14地區(qū)塑料大棚安全性要求，因此不再對更大規(guī)格的幾字鋼和橢圓管塑料大棚(即8D和8E)進(jìn)行驗(yàn)算。

10D、12D、14D處理下塑料大棚的最大節(jié)點(diǎn)應(yīng)力值分別在78.8～202.0 MPa、110～301.0 MPa、153.0～412.0 MPa之間變化。10E、12E、14E處理下塑料大棚的最大節(jié)點(diǎn)應(yīng)力值分別在84.7～234.0 MPa、106.0～291.0 MPa、146.0～398.0 MPa之間變化。使用40 mm×70 mm×2 mm的幾字鋼和用30 mm×75 mm×2 mm的橢圓管作為拱架材料的塑料大棚，其安全性判斷結(jié)果完全一致，即10m跨度塑料大棚在14個(gè)地區(qū)均可滿足安全性要求，12m跨度塑料大棚下在除安陽以外其他地區(qū)可滿足安全性要求，14 m跨度情況下在除孟津、洛陽、寶豐和安陽外其他地區(qū)可滿足安全性要求。

8F、10F、12F和14F處理下塑料大棚的最大節(jié)點(diǎn)應(yīng)力值分別在18.8～51.3 MPa、26.2～71.9 MPa、40.1～110.0 MPa和56.6～154.0 MPa之間變化。使用20 mm×2 mm圓形鋼管組成的桁架結(jié)構(gòu)作為拱架材料的8、10、12、14 m跨度塑料大棚在14個(gè)地區(qū)均可滿足安全性的要求，且存在較大冗余，因此未對更大規(guī)格的桁架結(jié)構(gòu)進(jìn)行驗(yàn)算。

表7 河南省14地區(qū)不同跨度不同拱架結(jié)構(gòu)塑料大棚最不利荷載組合下的節(jié)點(diǎn)最大應(yīng)力值和安全性判斷結(jié)果Tab. 7 Maximum joint stress and safety of plastic greenhouse with different spans and arch structures under the most dangerous load combination in 14 areas of Henan Province

3.2.2 欒川、南陽、商丘和固始4地區(qū)不同跨度不同拱架材料規(guī)格塑料大棚安全性判斷

欒川、南陽、商丘和固始4地區(qū)不同跨度不同拱架材料規(guī)格塑料大棚按照最不利荷載組合計(jì)算最大節(jié)點(diǎn)應(yīng)力值和安全性判斷結(jié)果，如表8所示。從安全性判斷的結(jié)果來看，欒川、南陽、商丘、固始4地區(qū)的塑料大棚雖然是被永久荷載+不均勻雪荷載控制，但是所有處理下欒川和南陽2地與盧氏、商丘與三門峽、固始與新鄉(xiāng)的安全性判斷結(jié)果是完全一致的，因此可將欒川、南陽、商丘、固始4地區(qū)歸納合并至上述地區(qū)并進(jìn)行相應(yīng)的材料規(guī)格選型。

3.3 河南省不同跨度塑料大棚拱架結(jié)構(gòu)選材建議

根據(jù)表7和表8的安全性判斷結(jié)果，以風(fēng)荷載作為控制荷載，河南省18地區(qū)不同荷載等級下8～14 m跨度鋼骨架結(jié)構(gòu)塑料大棚材料規(guī)格選型建議如下。目前常用規(guī)格的圓形鋼管均不適用于8～14 m跨度的塑料大棚。1～6級風(fēng)荷載下8 m跨度塑料大棚、1～5級風(fēng)荷載下10 m跨度塑料大棚和1～2級風(fēng)荷載下 12 m 跨度塑料大棚可采用30 mm×50 mm×2 mm 的幾字鋼。6級風(fēng)荷載下10 m跨度塑料大棚、3～5級風(fēng)荷載下12 m跨度塑料大棚和1～4級風(fēng)荷載下14 m跨度塑料大棚應(yīng)采用40 mm×70 mm×2 mm 的幾字鋼。1～6級風(fēng)荷載下8 m跨度塑料大棚、1～4級風(fēng)荷載下10 m跨度塑料大棚和1級風(fēng)荷載下12 m跨度塑料大棚可采用25 mm×50 mm×2 mm 的橢圓管，5～6級風(fēng)荷載下10 m跨度塑料大棚、2～5級風(fēng)荷載下12 m 跨度塑料大棚和1～4級風(fēng)荷載下14 m跨度塑料大棚應(yīng)采用30 mm×75 mm×2 mm的橢圓形鋼管，40 mm×70 mm×2 mm的幾字鋼和30 mm×75 mm×2 mm 的橢圓管均不能滿足6級風(fēng)荷載下12 m和5～6級風(fēng)載荷下14 m跨度的塑料大棚。20 mm×2 mm的圓鋼管制成的平面桁架可滿足8～14 m跨度塑料大棚的安全性要求。

表8 欒川、南陽、商丘和固始4地區(qū)不同跨度不同拱架結(jié)構(gòu)塑料大棚最不利荷載組合下的節(jié)點(diǎn)最大應(yīng)力值和安全性判斷結(jié)果Tab. 8 Maximum joint stress and safety of plastic greenhouse with different spans and different arch structures under the most dangerous load combination in Luanchuan, Nanyang, Shangqiu, and Gushi

4 討論

本研究建立跨度為8、10、12、14 m，拱架材料為32 mm×2 mm圓鋼管、30 mm×50 mm×2 mm幾字鋼、25 mm×50 mm×2 mm橢圓管、40 mm×70 mm×2 mm幾字鋼、30 mm×75 mm×2 mm橢圓管和20 mm×2 mm圓鋼管組成的平面桁架，共24個(gè)塑料大棚模型，模擬了河南省18個(gè)地區(qū)塑料大棚在7種荷載組合情況下的節(jié)點(diǎn)應(yīng)力情況，篩選了3 024組荷載組合數(shù)據(jù)，得出塑料大棚的控制荷載和最不利的荷載組合；做了432組塑料大棚安全性驗(yàn)算分析，為河南省18地區(qū)不同跨度不同拱架材料的塑料大棚安全性分析和標(biāo)準(zhǔn)化研究提供了數(shù)據(jù)支撐，在此基礎(chǔ)上給出了河南省塑料大棚的材料規(guī)格選型建議，該結(jié)果具有廣泛適應(yīng)性的。

以河南省18個(gè)地區(qū)鋼骨架結(jié)構(gòu)塑料大棚為研究對象，分別建立了6種常用拱架材料、跨度為8 m、10 m、12 m、14 m的塑料大棚模型，篩選出河南省18個(gè)地區(qū)塑料大棚的控制荷載和最不利荷載組合。在河南省18地區(qū)中，除欒川、南陽、商丘和固始4地，其他14地區(qū)塑料大棚的控制荷載為風(fēng)荷載，最不利荷載組合為永久荷載+1.0×風(fēng)荷載。欒川、南陽、商丘和固始4地的控制荷載是雪荷載，最不利荷載組合為永久荷載+1.2×不均勻雪荷載。出現(xiàn)這樣不一致的原因是，這4個(gè)地區(qū)中，欒川和南陽的風(fēng)荷載為0.28 kPa，商丘和固始的風(fēng)荷載為0.35 kPa，但是欒川的雪荷載為0.29 kPa，南陽和商丘的雪荷載為0.34 kPa，固始的雪荷載為0.40 kPa，風(fēng)荷載小于或接近雪荷載，造成不均勻雪荷載的情況下的荷載效應(yīng)較風(fēng)荷載大，最不利荷載組合為永久荷載+1.2×不均勻雪荷載。另外14個(gè)地區(qū)的風(fēng)荷載均大于雪荷載，分別較雪荷載大0.05～0.38 kPa，因此這些地區(qū)的風(fēng)荷載的荷載效應(yīng)大于不均勻雪荷載，最不利荷載組合為永久荷載+1.0×風(fēng)荷載。

本研究中采用的塑料大棚拱架材料規(guī)格是根據(jù)實(shí)際調(diào)研得到的，但是幾字鋼和橢圓管是冷彎型材，市場上的規(guī)格存在較大差異，造成研究結(jié)果不可能完全滿足市場上所有的型號和規(guī)格。材料規(guī)格的多樣也限制了塑料大棚的標(biāo)準(zhǔn)化發(fā)展，因此在設(shè)施結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)化的同時(shí)需要在產(chǎn)業(yè)上游規(guī)范大棚的材料規(guī)格型號。

5 結(jié)論

利用Ansys Workbench軟件對河南省18地區(qū)不同跨度(8、10、12、14 m)不同拱架材料的塑料大棚進(jìn)行了模擬計(jì)算，篩選出控制荷載和最不利荷載組合，發(fā)現(xiàn)欒川、南陽、商丘和固始4地塑料大棚的控制荷載是雪荷載，最不利荷載組合為永久荷載+1.2×不均勻雪荷載，其他14地區(qū)塑料大棚的控制荷載為風(fēng)荷載，最不利荷載組合為永久荷載+1.0×風(fēng)荷載。在河南省18地區(qū)中，風(fēng)荷載是塑料大棚的首要不利荷載，對塑料大棚的安全性影響最大，其次是雪荷載。

然后，利用最不利荷載組合下的承載能力極限狀態(tài)驗(yàn)算了其安全性，在432組塑料大棚結(jié)構(gòu)安全性驗(yàn)算分析的基礎(chǔ)上，給出了河南省塑料大棚拱架材料規(guī)格選型建議。發(fā)現(xiàn)常用規(guī)格的圓形鋼管均不能滿足8～14 m跨度的塑料大棚的安全性。采用30 mm×50 mm×2 mm的幾字鋼為拱架材料可滿足1～6級風(fēng)荷載下8 m跨度塑料大棚、1～5級風(fēng)荷載下10 m跨度塑料大棚和1～2級風(fēng)荷載下12 m跨度塑料大棚的安全性要求。采用40 mm×70 mm×2 mm的幾字鋼為拱架材料可滿足6級風(fēng)荷載下10 m跨度塑料大棚、3～5級風(fēng)荷載下12 m跨度塑料大棚和1～4級風(fēng)荷載下14 m跨度塑料大棚的安全性要求。采用25 mm×50 mm×2 mm的橢圓管可滿足1～6級風(fēng)荷載下8 m跨度塑料大棚、1～4級風(fēng)荷載下10 m跨度塑料大棚和1級風(fēng)荷載下12 m跨度塑料大棚的安全性要求，采用30 mm×75 mm×2 mm的橢圓形鋼管可滿足5～6級風(fēng)荷載下10 m跨度塑料大棚、2～5級風(fēng)荷載下12 m跨度塑料大棚和1～4級風(fēng)荷載下14 m跨度塑料大棚的安全性要求，40 mm×70 mm×2 mm的幾字鋼和30 mm×75 mm×2 mm的橢圓管均不能滿足6級風(fēng)荷載下12 m 和5～6級風(fēng)荷載下14 m跨度的塑料大棚的安全性要求。20 mm×2 mm的圓鋼管制成的平面桁架可滿足8～14 m跨度塑料大棚的安全性要求。該建議對河南省塑料大棚的材料規(guī)格選擇具有廣泛的適用性。