设施温棚的荷载估算

第三节　设施温棚的荷载估算

一、荷载

作用在温棚结构上的外力统称为荷载。荷载有自然荷载（风荷载、雪荷载、地震力等）和人为荷载（堆物、吊重、检修荷载等）。

荷载的大小是进行结构设计的主要依据，若取值过大则结构粗大，不但浪费材料，还增加阴影，影响作物生长发育；若取值过小则结构经不起风雪袭击，而发生倒塌破坏，对生产和人身安全造成严重后果。因此，设计荷载的确定是一项慎重而周密的工作。

由于目前我国尚无保护地建筑设计规范，荷载取值需按现行的《工业与民用建筑结构荷载规范》，结合实际情况和过去设计经验，进行必要的折减后再使用。

二、荷载分类

（一）按荷载作用时间长短划分

1.恒荷载（永久荷载）　指作用在结构上长期不变的荷载。如温棚结构的自重，覆盖材料的自重，内部安装的其他附属设备的自重，悬吊在结构上的作物自重等固定设备重。

2.活荷载（可变荷载）　指作用在结构上可变的荷载。如积雪荷载、风荷载、吊车荷载等。

（二）按荷载的作用方向划分

1.垂直荷载　指垂直作用在结构上的荷载。如恒荷载和雪荷载等。

2.水平荷载　指水平作用在结构上的荷载。如风荷载、地震力等。

（三）按荷载的作用状态划分

1.集中荷载　当荷载在梁上的分布范围远小于梁的长度时，便可简化为作用于一点的集中力。

2.分布荷载　沿梁的全长或部分长度连续分布的荷载。分布荷载的大小和分布方式，以梁单位长度上的荷载值即荷载集度q来表示，按q在其分布长度是否等于常量而分别称为均布荷载和非均布荷载。

三、荷载组合

在结构上往往同时作用着几种不同性质的荷载，应考虑它们总的作用和对结构产生的最不利影响，这就是荷载的组合问题。例如温棚的墙柱，它既承受着屋架、屋面等的自重，又承受雪荷载和风荷载。其中屋架、屋面的自重是长期作用着的恒载，而雪荷载和风荷载则是时有时无东时西时的活载。这几种荷载同时出现是可能的，但同时达到最大值的机会则是很少的。而温棚、塑料大棚设计荷载的组合有以下几种情况，应取其最不利的组合进行设计：一是恒载（G）+雪载（S），二是恒载（G）+风载（W），三是恒载（G）+活载（建筑物施工或维修时的吊重荷载P），四是恒载（G）+作物吊重（V）。

四、恒荷载

（一）固定设备重（G）

指温棚的构架重量以及覆盖物的重量，又称自重。

可按表2和表3进行计算。

表2　温室的构架、覆盖物的单位重量（安全标准）

（二）作物荷载（V）

大致每平方米按150牛顿计算，即床面积1平方米，其作物荷载为150牛顿。

表3　常用材料和构件重量

五、活荷载

（一）雪荷载（s）

雪荷载是作用在屋面上的垂直荷载。积雪的程度不但与降雪量有关，而且与屋面的形状和坡度有关系。屋面坡度、拱度愈大，积雪愈浅，雪压愈小。但是连跨的屋面天沟处容易造成积雪，使局部雪压增大。

屋面水平投影面上的雪载（牛顿/平方米）按下式计算：S＝C-S_V

式中S_V为基本雪压（牛顿/平方米），由“全国基本雪压分布图”中查得（表4）；

表4　我国主要城市积雪、雪压和风压表

注：1.基本雪压S_V是以一般空旷平坦地面上的30年一遇最大积雪重量为标准确定的。

2.基本风压W0是以一般空旷平坦地面上的30年一遇10min平均最大风速V（m/s）为标准而确定的

C为屋面积雪分布系数（表5）。

尽管保护地建筑屋面形式与工业与民用建筑结构是相似的，但是其屋面覆盖材料却与工业与民用建筑有很大差异。为了保证室内作物生长对光照的要求，覆盖采用玻璃、塑料薄膜等，一是薄，二是透光，这样室内热量易通过覆盖材料传给积雪，加上屋面的形状使雪容易融化而滑落。冬季生产用的温棚，室温一般必须保证在12℃以上。这样积雪一般可以自动滑落。塑料大棚冬季很少使用，如果使用需加温，室温也保证不能低于5℃，雪一般可滑落。早春、晚秋使用的大棚不加温时雪不易滑落，但为了光照的需要也必须及时采取清雪措施。根据以上情况上式可写成S＝K_L·C·S_V。

表5　屋面积雪分布系数C

式中K_L为暂时折减系数（取0～0.9）。

例题：求如图所示银川一塑料大棚的雪荷载。

解：由表4查得银川地区S_ν=100牛顿/平方米，拱形屋面f=3米，L=8米，f/L=3/8≈1/3，当f/L=1/3时，由表5查得C=0.4，若取K₁=0.8，则S=K₁·C·S_ν=0.8×0.4×100=32牛顿/平方米。

（二）风荷载

风对建筑物产生的压力大小决定于风速。风速是经常变化的，它可以用两种方法来表示：即在一定时间内的平均风速和瞬时风速。在设计计算中常采用平均风速。风速还与距离地面的高度有关，离地面越高，风速愈大。

“全国基本风压分布图”（表4）中的基本风压Wo是按一般空旷、平坦的地面，在离地10米的高处统计得到的30年一遇10分钟平均最大风速V（米/秒）为标准确定的，并且通过风速与风压的关系式计算：Wo（基本风压）＝10/16V²

式中Wo的单位是牛顿/平方米，一般情况下不得小于250牛顿/平方米。

实际上作用在保护地建筑物表面上的风荷载W（牛顿/平方米）应按下式计算：W=K·K₁·K₂·W₀

式中K为风载体型系数。

风载体型系数即风吹到建筑物表面所引起的压力效果与原始风速算得的理论风压的比值，K值的大小与建筑物的形状有关，且不同位置其数值也不同，保护地建筑物的几种形式的风载体型系数见表6。

K₁为暂时折减系数，在0.8～0.9间取值。

“全国基本风压分布图”中的数值对于保护地建筑偏大。因此，根据近年来的经验，采用K₁数值进行折减为宜。

K₂为风压高度变化系数。

风压随高度不同而变化。我国是以10米高度的风压为标准，取K₂=1.0，K₂取值一般按表7规定选用。

表6　风载体型系数K

表7　风压高度变化系数

注：高度在中间值者按内插法计算。另外地震力＝0.2（固定荷重十作物荷重＋吊车荷重）。