拱柱分离式钢架大棚研发与应用

徐志雄，宾 权，黄纯勇，王月峰

（1.湖南省花垣县农业局，湖南 花垣 416400；2.湘潭市巨丰棚业有限公司，湖南 湘潭 411100；3.湖南省花垣县农机局，湖南 花垣 416400）

拱柱分离式钢架大棚研发与应用

徐志雄1，宾 权2，黄纯勇1，王月峰3

（1.湖南省花垣县农业局，湖南 花垣 416400；2.湘潭市巨丰棚业有限公司，湖南 湘潭 411100；3.湖南省花垣县农机局，湖南 花垣 416400）

拱柱分离式钢架大棚专门针对传统棚型进行改进，在保证基础型号保温性能的同时，强化了骨架结构强度、优化了棚内空间利用水平，使棚内生产更趋便利，并改善了棚内温、光条件；成功在单体大棚中引入内遮阳系统，使单体棚膜—网转换、遮阳调节的操作简化性基本达到联栋温室的水平，现已进入推广阶段。

拱柱分离；钢架大棚；研发；应用

1 研发起因

塑料膜钢架大棚在近二十年来得到迅速推广、应用，已成为各地农业生产中常用的一种工程设施。传统的塑料膜钢架大棚横断面如图1所示。

图1 传统的塑料膜钢架大棚横断面图

从图1可见：由于拱杆自地面至肩部段向棚内方向内倾一个倾角A，所以在棚内的地面上，B1段的高度小于大棚肩高。以GP-832钢架大棚为例，肩高常为1.8m，倾角各厂生产时设定略有不同，主要集中于10°～12°，即B1、B3段宽35cm～40cm，一直以来该部分用于布置生产通道与垄沟，但在实际生产中，身高1.55m以上的人在B1、B3段内无法直立，无论是布置垄沟还是留做通道，均需向B2段扩展方可满足使用需求，据实测，一般需向扩展25cm左右，棚内有效使用面积将进一步减少。基于此，笔者进行了拱柱分离式新型钢架大棚的开发。

2 主要技术方案

改进设计以花垣县为典型建设地进行。根据花垣县气候温度、湿度、日照、海拔、风向、风力等自然因素、建造成本并兼顾作物的生长需要，决定以GP-832单体大棚为基础型号，根据实际气象环境、生产需求进行构件加强和调整细部结构设计：大棚骨架装配式热浸镀锌管材，管材及连接件均经热浸镀锌防腐处理，设计抗风能力≧24.5m/s，抗雪压厚度≧15cm，覆膜透光率≧90%，安装30目白色防虫网，增设内遮阳网，遮阳率≧65%；根据结构特征命名为“拱柱分离式钢架大棚”。

（1）骨架结构。拱柱分离式钢架大棚典型棚脊长30m、跨度8m、脊高3.8m、肩高2m，有效使用面积240m2，卡膜槽4道、纵连杆3道，实际建设时视建设地田块实施做适当缩短、延伸。大棚两侧均设有卷膜通风设备，开窗部位设置防虫网；大棚两头各设棚门1道，棚门不小于2m×1.8m，采用吊轨滚轮平移形式启、闭；典型棚设置加固斜拉撑4根，实际搭建时如棚长超过40m时，加固斜拉撑不少于8根。主要结构特征如图2所示。

图2 棚架三维结构图

从图2可见，本改进方案重点在三处：①将拱组件由“两杆式”改为“两柱一拱、拱柱分离”，每跨由两根立柱与一根拱杆件组成，立柱与地面垂直；②每隔三跨拱安装一组“横拉杆——双V吊杆”进行结构加强。③设置可调整式内遮阳网幕系统。棚架结构如图3所示：

图3 棚架结构图

表1 材料清单表

由于新方案的杆件受力情况较基础型号发生变化，故对骨架杆件进行重新设计，经校核后的材料清单如表1所示。

（2）覆盖物。大棚顶膜采用12丝PEP利得长寿无滴膜，其他部位采用10丝无滴膜。遮阳网采用内遮阳网幕形式，安装后离地高度2m，遮阳网幕采用铝箔遮阳网；托、压幕线采用透明聚脂线，安装位置与加强横梁等高、平行，即托幕线与横梁下端等高、压幕线与横梁上端等高，两端固定于拱组件对应高度的位置；铝箔遮阳网采用遮光率65%的三针铝箔遮阳网，上穿横梁，与托幕线间用卡环固定。防虫网要求采用全新HDPE防虫网，30目，白色。

（3）安装施工。安装时，立柱入土长度平均应达到50cm，无法插入至硬土层时，开挖横断面10cm×10cm以上竖坑，浇注C15砼固定柱杆件；安装后，骨架整体结构紧凑、整齐，棚顶脊线、肩线平整、拱杆间距一致，立柱应与地面垂直；棚门应门框平整、开启方便、关闭严密，拱杆与地面垂直度误差不大于10mm、相对位置误差不大于20mm，纵拉杆安装直线误差不大于50mm。覆膜时，顶膜整块安装并绷紧、拉平，防止膜面积水；压膜线地桩埋入深度足够，压膜线张紧后地锚不得松动。卷帘膜与裙膜有不小于0.3m的重叠段，卷膜器能限位、自锁；防虫网在卡膜时同步卡装。完成覆盖后，每栋单体大棚的薄膜、防虫网允许有不超过1处小于5cm裂（划）痕或1处小于2cm2的孔洞，但应及时用粘补胶带进行修补。内遮阳网安装时应安有压、托幕线，其中托幕线间距1m。

3 实验与应用

3.1 制安区域与使用范围

自2014年12月技术方案完成后，以花垣县为实验区，分4批完成3.1万m2的拱柱分离式新型钢架大棚的建设。从垂直分布上看，位于海拔500m左右中低山区的大棚2.45万m2，位于海拔900m左右中高山区的大棚共0.65万m2；从生产安排上看，蔬菜生产、育苗和花卉种植各占1/3；从棚内生产空间利用上看，以棚内土面种植、棚内架上种植为主，各占45%左右，有少量用于营养钵育苗、营养池漂浮育苗，其中约有5%的大棚在作物采收后用于产品晾晒。

3.2 应用效果

（1）结构强度：2016年12月，随机对部分2014年底建造的棚体进行结构复查，经过两年使用、历经风、雨、雪、冻后均未出现结构变形，骨架结构强度满足设计指标。与传统棚的结构强度对比未专门进行极限强度试验，但通过利用拱杆组件拉二道绳晾晒产品的作业进行初步对比：每拱晾晒物初重共25kg，晾晒初期625棚拱杆有明显形变、832棚与横梁相距较远的拱组件出现形变，本方案全部未发现形变。根据初步对比，本方案骨架强度大于基础型号。晾晒方式如图4所示。

图4 晾晒方式

（2）空间利用：经过两年的使用，在棚内组织了多品种、多茬口、多形式的种植生产，做对比时普遍存在以下现象：种植白菜等矮作物时，本方案与传统棚的地面利用率无差别，但人员在最外侧作业时舒适度明显提升，不需特意弯腰；棚内种植西红柿、黄瓜等需搭支架的作物时，两种棚的垄、沟布置有明显差别，传统棚型垄、沟、支架如图5所示，可见即使对沟进行调整，将最外侧沟的宽度放大到75cm，人员在外侧作业时，肩部宽度也仅在50cm左右，打尖、绑蔓、采果等动作明显受影响。而本方案所建大棚的垄、沟、支架的断面布置如图6所示。在外侧沟宽度压缩15cm后，棚内可调整出3条宽60cm的沟、即生产道，人员的肩部空间拓展到75cm左右，生产操作明显更加便利；同时，4条小沟也各扩宽5cm，各垄间的间距明显扩大，作物的行距扩大，棚内作物光照条件得到明显改善。

图5 传统棚型垄、沟、支架图

图6 大棚垄、沟、支架的断面布置图

（3）光照调节：经实验中，本方案较传统棚型有明显优势：①省力、省时，本方案与传统单体棚采用外覆遮阳网不同，在建设时即安装有内遮阳系统，使用过程中无需另行覆盖、卡装遮阳网、折换棚膜；②内遮阳网幕的遮光效果好于外覆的遮阳网，但由于外覆时网下空气流通性好于本方案网上热空气流动性，虽然铝箔网反光、遮光能力强于黑扁丝网，但实际的降温效果相差不明显；③调节方便，本方案的遮阳系统的操作灵活性远超传统方式，30m长的标准棚在5min内即可一人完成全开、全闭、闭合度调整等操作，而传统棚进行一次拆装即需4人/2h；四是改善作物光照条件，遮阳网幕的反光、折射对棚内作物的光照条件有明显改善，但受限于测试条件，未进行仪表测量，仅为目测结果。

（4）保温调温：经长期对比测试，不打开内遮阳网幕时，根据不同环境温度下对棚内温度的直测，对比GP-832棚，本方案与之无差异，两者结果一致；打开内遮阳网幕时，降温速度明显慢于未有内遮阳网幕的同类棚和GP-832棚，与同型棚对比测温时，太阳落坡前1h左右开启遮阳网幕的棚的棚温，根据当天下午环境温度不同在20点前后高于未开启网幕的棚0.5～4℃。

4 结语

经精心研发和长达两年的实地验证，拱柱分离式钢架大棚在保证基础型号保温性能的同时，对骨架结构强度进行了进一步的强化，优化了棚内空间利用水平、生产操作进一步便利；在单体大棚中成功引入了内遮阳系统，进一步简化膜—网转换操作，并使单体棚的遮阳网幕操作便利性基本达到联栋湿室的水平；同时由于棚体结构、组件的变动，本方案大棚的棚内温、光条件也得一定程度的改善。总体上看拱柱分离式钢架大棚的研发项目达到了预定目标，技术完全可靠、可行。

［1］张勇，邹志荣.温室建造工程工艺学［M］.北京：化学工业出版社，2015.

［2］周长吉.温室工程设计手册［M］.北京：中国农业出版社，2007.

［3］高和林，赵斌，贾建国.塑料温室大棚设计与建设［M］.北京：中国农业出版社，2014.

［4］中华钢结构论坛，机械工业第四设计研究院.轻钢结构设计［M］.北京：人民交通出版社，2014.

［5］GB/T 51057-2015，种植塑料大棚工程技术规范［S］.

［6］GB 50017-2003，钢结构设计规范［S］.

［7］GB 50018-2002，冷弯薄壁型钢结构技术规范［S］.

Development and Application of Separated Steel Frame Greenhouse

XU Zhi-xiong1，BING Quan2，HUANG Chun-yong1，WANG Yue-feng3
（1.Huayuan County Agriculture Bureau，Huayuan，Hunan 416400，China；2.Xiangtan Jufeng Pengye Co.，Ltd.，Xiangtan，Hunan 411100，China；3.Huayuan County Agricultural Bureau，Huayuan，Hunan 416400，China）

Thearch-typesteelframeshedisspeciallydesignedfortheimprovementofthetraditionalshed，andthestrengthofthe skeletonstructureisstrengthenedwhilethebasicmodelinsulationperformanceisensured.Thelevelofspaceutilizationintheshedis optimized，and the production in the shed is more convenient and improved.The success of the introduction of the inner shade in the singlegreenhousesystemmakesitpossibleforthesinglemembrane-netconversion，shadeadjustmentoftheoperationtoachievethe basiclevelofthegreenhouse，whichhasnowenteredthepromotionphase.

counterfortseparation；steelcanopy；researchanddevelopment；application

S625.1

A

2095-980X（2017）02-0069-03

2017-02-13

徐志雄（1979-），男，湖南花垣人，助理工程师，主要研究方向：农业工程规划、设计、施工。