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研究背景
日光温室是我国特有的栽培设施，是我国设施农业发展的主要载体。我国温室设施面积超过205.84万hm2，在保供给、促增收等方面做出巨大贡献。近年来，辽宁设施农业得到了突飞猛进的发展，设施总面积39.94万hm2，居全国前列，尤其是日光温室面积25.84万hm2更是居全国首位，为增加农民收入、农村稳定、促进农民就业起到了积极作用。从20世纪五六十年代到现在，日光温室发展经历了由简易设施到原始节能日光温室，在此基础上出现了以鞍II型为代表的第一代节能日光温室、辽沈I型为代表的第二代节能日光温室，这些温室改进主要集中在对采光曲面的优化、墙体材料及骨架结构的改进等方面。目前采光曲面的优化理论与实践已十分成熟；墙体由土、砖、石的单一材料，向复合异质墙体（如聚苯板夹心墙体）转变，大大改善了墙体的保温、蓄热性能；骨架结构由竹木、有支柱结构逐渐被无支柱的钢桁架结构所代替，承载能力、耐久年限、抵御自然灾害能力明显提高。然而从根本上讲，日光温室并没有实质意义的发展：南坡面采光、永久的围护结构墙体和后坡，依靠南坡面骨架、墙体承重，同时通过围护结构墙体材料保温、蓄热。
从日光温室应用情况来看，目前广泛采用的土筑墙温室对土壤耕作层破坏严重且极难恢复，地面下卧易产生内涝、土墙体易坍塌、稳定性差、承载能力差；砖石结构日光温室建造成本高、一次性投入大，建设过程产生不可再生建筑垃圾等，也存在对土地的破坏问题。同时普遍存在温室施工周期长、劳动强度大，现场施工安装随意性大、标准化程度低等问题。
本研究结合主持单位承担的农业部公益性行业（农业）科研专项经费“适合西北非耕地园艺作物栽培的温室结构与建造技术研究与产业化示范”（201203002）等项目，从日光温室骨架结构入手，完成不同跨度落地装配式全钢骨架的优化设计及标准化设计，解决承载能力问题；采用新型的保温、蓄热结构，摒弃砖石材料，最大可能不破坏土壤层，实现可持续发展；最终达到结构标准化、生产工厂化、建设装配化。
落地装配式全钢骨架结构日光温室
落地装配式全钢骨架结构日光温室设计
日光温室用落地装配式全钢骨架结构，结构构件在工厂预制，现场安装，施工速度快，能拆卸并重新安装，重复利用；承载能力、抵抗变形能力强；在温室高湿环境下不锈蚀，耐久性好。
落地装配式全钢骨架结构包括前坡面骨架、后立柱、连接件及纵向系杆，见图1；前坡面及后立柱骨架采用轧制成型的异型钢管。纵向系杆采用轧制成型的钢管，骨架与系杆通过连接件连接。异型钢管横截面形状为上、下呈弧形，两侧为直线衔接，见图2。异型钢管内外表面热浸镀锌层。骨架与系杆之间的连接件为连接在骨架上的预埋件，通过螺栓或销栓连接骨架与系杆，见图3～5。
设计实例
该温室跨度8.3 m，脊高3.8 m，剖面见图6。各部位材料形状规格见表1。外维护结构采用稻草砖，兼作保温层，温室后部1.0～1.5 m高度范围内可根据需要培土，以加强保温。该示范温室于2011年建成，主要用于草莓生产，见图7。
落地装配式全钢骨架结构日光温室骨架性能试验
通过吊沙袋模拟集中荷载；通过铺草苫模拟均布荷载，测定预期使用荷载作用下前龙骨最大竖向位移、后龙骨顶点最大水平位移及龙骨各节点处局部变形现象。
破坏试验结果：集中荷载25 kg/个×3、均布荷载21.5 kg/m2，骨架间距0.9 m，折合作用在骨架上的荷载为28.73 kg/m，即281.5 N/m。
采用的异型截面设计，其平面内外刚度、强度适宜；优化的温室骨架结构具有良好的受力性能；承载能力达到0.3 kN/m，可以抵御15年一遇的风雪荷载。
经济性分析
以辽沈Ⅳ型10.0 m日光温室为对照，对钢平面桁架、落地装配式全钢骨架，采用费用现值和费用年值对新型日光温室进行经济评价。
辽沈Ⅳ型10.0 m日光温室平面见图8，剖面见图9，细部构造略。
以建筑面积750 m2（净栽培面积667 m2）日光温室为例进行经济性分析。辽沈Ⅳ型10.0 m
日光温室（含工作间）土建造价为265.44元/m2，合计206513.63元，为消除不同结构日光温室差异，在经济性分析是只考虑骨架部分造价，见表2。辽沈Ⅳ型10.0 m日光温室钢桁架总造价51706.36元，折合每榀骨架646.33元（68.94元/m2）。骨架造价占总造价的25.0%。
落地装配式全钢骨架结构日光温室工程造价109276.00元，其中骨架结构部分（含系杆、地梁等）总造价51276.00元，折合每榀骨架643.20元，见表3。骨架造价占总造价的47.1%。
综合评价。考虑不同结构日光温室骨架的初期投资费用及每年投入的费用主要为骨架结构的维护费，日光温室使用年限按20年计算，年利率按10%计算，费用现值和费用年值分别按总造价、骨架造价计算，落地装配式全钢骨架结构日光温室的费用现值和费用年值比辽沈Ⅳ型10.0 m日光温室低40.5%和33.6%。
落地装配式全钢骨架结构日光温室总用钢量仅为桁架结构的57%，同时节省了墙体材料的投入，总体造价仅为钢桁架、砖墙温室的52.9%。不含工作间其造价仅为钢桁架、砖墙温室的34.5%。
结论
“落地装配式全钢骨架结构日光温室”从日光温室骨架结构入手，解决承载能力问题；采用新型的保温、蓄热结构，摒弃砖石材料，最大可能不破坏土壤层，实现可持续发展；实现了结构标准化、生产工厂化、建设装配化。
前坡面采用两段圆弧设计，提高采光的同时，也很好的解决了骨架结构的制作问题。
异型骨架截面设计、用钢量低。采用的异型截面设计，其平面内外刚度、强度适宜；优化的温室骨架结构具有良好的受力性能；承载能力达到0.3 kN/m，可以抵御15年一遇的风雪荷载。落地装配式全钢骨架结构日光温室总用钢量仅为桁架结构的57%，同时节省了墙体材料的投入，总体造价仅为钢桁架、砖墙温室的34.5%。
安装简易、拆卸方便。结构件在工厂预制，现场安装，施工速度快，能拆卸并重新安装，棚室可根据需要移动位置重建，重复利用；采用骨架整体热镀锌技术，在温室高湿环境下不易锈蚀，耐久性好。
项目支持：公益性行业（农业）科研项目（201203002）。
作者简介：白义奎（1968 -），男，教授，从事设施环境工程研究。
日光温室是我国特有的栽培设施，是我国设施农业发展的主要载体。我国温室设施面积超过205.84万hm2，在保供给、促增收等方面做出巨大贡献。近年来，辽宁设施农业得到了突飞猛进的发展，设施总面积39.94万hm2，居全国前列，尤其是日光温室面积25.84万hm2更是居全国首位，为增加农民收入、农村稳定、促进农民就业起到了积极作用。从20世纪五六十年代到现在，日光温室发展经历了由简易设施到原始节能日光温室，在此基础上出现了以鞍II型为代表的第一代节能日光温室、辽沈I型为代表的第二代节能日光温室，这些温室改进主要集中在对采光曲面的优化、墙体材料及骨架结构的改进等方面。目前采光曲面的优化理论与实践已十分成熟；墙体由土、砖、石的单一材料，向复合异质墙体（如聚苯板夹心墙体）转变，大大改善了墙体的保温、蓄热性能；骨架结构由竹木、有支柱结构逐渐被无支柱的钢桁架结构所代替，承载能力、耐久年限、抵御自然灾害能力明显提高。然而从根本上讲，日光温室并没有实质意义的发展：南坡面采光、永久的围护结构墙体和后坡，依靠南坡面骨架、墙体承重，同时通过围护结构墙体材料保温、蓄热。
从日光温室应用情况来看，目前广泛采用的土筑墙温室对土壤耕作层破坏严重且极难恢复，地面下卧易产生内涝、土墙体易坍塌、稳定性差、承载能力差；砖石结构日光温室建造成本高、一次性投入大，建设过程产生不可再生建筑垃圾等，也存在对土地的破坏问题。同时普遍存在温室施工周期长、劳动强度大，现场施工安装随意性大、标准化程度低等问题。
本研究结合主持单位承担的农业部公益性行业（农业）科研专项经费“适合西北非耕地园艺作物栽培的温室结构与建造技术研究与产业化示范”（201203002）等项目，从日光温室骨架结构入手，完成不同跨度落地装配式全钢骨架的优化设计及标准化设计，解决承载能力问题；采用新型的保温、蓄热结构，摒弃砖石材料，最大可能不破坏土壤层，实现可持续发展；最终达到结构标准化、生产工厂化、建设装配化。
落地装配式全钢骨架结构日光温室
落地装配式全钢骨架结构日光温室设计
日光温室用落地装配式全钢骨架结构，结构构件在工厂预制，现场安装，施工速度快，能拆卸并重新安装，重复利用；承载能力、抵抗变形能力强；在温室高湿环境下不锈蚀，耐久性好。
落地装配式全钢骨架结构包括前坡面骨架、后立柱、连接件及纵向系杆，见图1；前坡面及后立柱骨架采用轧制成型的异型钢管。纵向系杆采用轧制成型的钢管，骨架与系杆通过连接件连接。异型钢管横截面形状为上、下呈弧形，两侧为直线衔接，见图2。异型钢管内外表面热浸镀锌层。骨架与系杆之间的连接件为连接在骨架上的预埋件，通过螺栓或销栓连接骨架与系杆，见图3～5。
设计实例
该温室跨度8.3 m，脊高3.8 m，剖面见图6。各部位材料形状规格见表1。外维护结构采用稻草砖，兼作保温层，温室后部1.0～1.5 m高度范围内可根据需要培土，以加强保温。该示范温室于2011年建成，主要用于草莓生产，见图7。
落地装配式全钢骨架结构日光温室骨架性能试验
通过吊沙袋模拟集中荷载；通过铺草苫模拟均布荷载，测定预期使用荷载作用下前龙骨最大竖向位移、后龙骨顶点最大水平位移及龙骨各节点处局部变形现象。
破坏试验结果：集中荷载25 kg/个×3、均布荷载21.5 kg/m2，骨架间距0.9 m，折合作用在骨架上的荷载为28.73 kg/m，即281.5 N/m。
采用的异型截面设计，其平面内外刚度、强度适宜；优化的温室骨架结构具有良好的受力性能；承载能力达到0.3 kN/m，可以抵御15年一遇的风雪荷载。
经济性分析
以辽沈Ⅳ型10.0 m日光温室为对照，对钢平面桁架、落地装配式全钢骨架，采用费用现值和费用年值对新型日光温室进行经济评价。
辽沈Ⅳ型10.0 m日光温室平面见图8，剖面见图9，细部构造略。
以建筑面积750 m2（净栽培面积667 m2）日光温室为例进行经济性分析。辽沈Ⅳ型10.0 m
日光温室（含工作间）土建造价为265.44元/m2，合计206513.63元，为消除不同结构日光温室差异，在经济性分析是只考虑骨架部分造价，见表2。辽沈Ⅳ型10.0 m日光温室钢桁架总造价51706.36元，折合每榀骨架646.33元（68.94元/m2）。骨架造价占总造价的25.0%。
落地装配式全钢骨架结构日光温室工程造价109276.00元，其中骨架结构部分（含系杆、地梁等）总造价51276.00元，折合每榀骨架643.20元，见表3。骨架造价占总造价的47.1%。
综合评价。考虑不同结构日光温室骨架的初期投资费用及每年投入的费用主要为骨架结构的维护费，日光温室使用年限按20年计算，年利率按10%计算，费用现值和费用年值分别按总造价、骨架造价计算，落地装配式全钢骨架结构日光温室的费用现值和费用年值比辽沈Ⅳ型10.0 m日光温室低40.5%和33.6%。
落地装配式全钢骨架结构日光温室总用钢量仅为桁架结构的57%，同时节省了墙体材料的投入，总体造价仅为钢桁架、砖墙温室的52.9%。不含工作间其造价仅为钢桁架、砖墙温室的34.5%。
结论
“落地装配式全钢骨架结构日光温室”从日光温室骨架结构入手，解决承载能力问题；采用新型的保温、蓄热结构，摒弃砖石材料，最大可能不破坏土壤层，实现可持续发展；实现了结构标准化、生产工厂化、建设装配化。
前坡面采用两段圆弧设计，提高采光的同时，也很好的解决了骨架结构的制作问题。
异型骨架截面设计、用钢量低。采用的异型截面设计，其平面内外刚度、强度适宜；优化的温室骨架结构具有良好的受力性能；承载能力达到0.3 kN/m，可以抵御15年一遇的风雪荷载。落地装配式全钢骨架结构日光温室总用钢量仅为桁架结构的57%，同时节省了墙体材料的投入，总体造价仅为钢桁架、砖墙温室的34.5%。
安装简易、拆卸方便。结构件在工厂预制，现场安装，施工速度快，能拆卸并重新安装，棚室可根据需要移动位置重建，重复利用；采用骨架整体热镀锌技术，在温室高湿环境下不易锈蚀，耐久性好。
项目支持：公益性行业（农业）科研项目（201203002）。
作者简介：白义奎（1968 -），男，教授，从事设施环境工程研究。