2020-周博士考察拾零（111）连栋塑料薄膜温室天沟托架的实践与创新_周长吉.pdf

温室园艺 2020 12 40 温室装备 Greenhouse Equipment DOI 10 16815 ki 11 5436 s 2020 34 008 周博士考察拾零 一百一十一 连栋塑料薄膜温室天沟托架的实践与创新 周长吉 农业农村部规划设计研究院 北京 100125 天 沟托架是连接连栋温室天沟 屋面拱杆 立柱以及屋面弦杆的承力构件 是连栋玻 璃温室 PC板温室以及塑料薄膜温室重要的结构 组成部件 不同温室形式 由于天沟 屋面拱杆 立柱和屋面弦杆所用材料种类和规格不同以及这 些构件承力和传力的途径不同 形成了天沟托架 的多样性 甚至有的温室没有专门的天沟托架 采用天沟 立柱 屋面拱杆或弦杆等构件直接连 接的方式 连栋温室屋面拱杆 弦杆 立柱等承力构件 多采用圆管或方管 一般塑料薄膜温室多采用圆 管 而玻璃温室和PC板温室多采用方管 但也 有大量的塑料薄膜温室立柱采用方管 少量屋面 拱杆采用外卷边C形钢 从连接两跨温室的天沟 来看 有承力天沟和非承力天沟之分 其中承力 天沟连接屋面拱杆并将屋面荷载传递到立柱 而 非承力天沟则除了承受自身重量和排水期间屋面 的汇水和积雪荷载外 不承担屋面拱杆传递的任 何风雪荷载 为减少温室室内立柱 有的温室屋 面拱杆和立柱非一一对应 由此出现连接屋面拱 杆处天沟下有的地方有立柱 有的地方无立柱的 情况 非承力天沟温室 一般在 天沟下沿天沟方向要设计一道柱 顶纵梁 一是连接温室开间方向 的立柱 二是承接温室屋面拱杆 在实践中也经常看到有的温室屋 面拱杆直接连接天沟 天沟下横 梁 非承力天沟 屋面弦杆或 立柱 从而简化甚至取消了天沟 托架的情况 文章就笔者调研看到的连栋塑料薄膜温室天 沟 屋面拱杆 立柱 弦杆等各种构件在天沟处 局部交汇节点的连接方法进行梳理和总结 以便 为今后连栋温室天沟托架的设计和开发提供依据 与参考 非承力天沟温室拱杆与立柱的连接 非承力天沟温室 由于天沟不承重 所以也 就不需要专门的天沟托架 温室结构沿天沟方向 的承力构件为设置在天沟下连接温室开间方向的 柱顶纵梁 塑料薄膜温室的柱顶纵梁一般为圆管 方管或槽钢 C形钢 这种结构立柱直接支撑 柱顶纵梁 而屋面拱杆和弦杆有的连接在柱顶纵 梁 有的则连接到立柱 对圆管柱顶纵梁 屋面拱杆与之连接方式 有直接焊接连接 图1 和通过抱箍连接两种方 式 图2 其中通过抱箍连接的方式不破坏构 件表面镀锌层 结构安装速度快 构件防腐能力 强 使用寿命长 应该是今后发展的方向 圆管 立柱与圆管柱顶纵梁之间的连接也有直接焊接 a 柱顶纵梁与屋面拱杆的连接 b 柱顶纵梁与屋面拱杆 弦杆和立柱的连接 图1 非承力天沟温室圆管柱顶纵梁与屋面拱杆 立柱 屋面弦杆采用焊接连接的方式 温室园艺 2020 12 41 农业工程技术 温室园艺 图1b 和通过抱箍连接两种方式 图2b 一般圆管柱顶纵梁只和圆管立柱配套使用 基本 不会和方管立柱配套 屋面弦杆可以直接焊接连 接到柱顶纵梁 图1b 也可以用抱箍连接到圆 管立柱 图2c 需要指出的是 构件采用抱箍 两两相连时 多构件交汇节点处构件的中心线难 以交汇到一点 交汇点处柱顶纵梁或立柱可能会 承受局部弯矩引起的次应力 设计中应给予高度 重视 如果柱顶纵梁为矩形钢管 则与之配套的 立柱可以是圆管或矩形管 图3b 图3c 屋 面拱杆与之的连接可以采用直接焊接连接 图 3a 也可以采用柱顶焊接角钢等过渡构件间接 焊接连接 图3b 柱顶纵梁与立柱的连接 根 据立柱的截面形式不同而有区别 圆管立柱多采 用焊接连接 而方管立柱可采用焊接或用角铁连 接件通过螺栓连接 图3c 弦杆与柱顶纵梁之 间的连接 因屋面拱杆占据了柱顶纵梁的两个侧 面 在无立柱的节点可采用底面连接的直板连接 件通过螺栓连接 图3a 在有立柱的地方可焊 接连接到立柱 图3c 如果柱顶纵梁为镀锌钢带辊压而成的卷边C 形钢 一是为避免连接节点焊接破坏表面镀锌 二 是由于卷边C形钢壁厚薄也不适合焊接作业 所 以上述圆管和方管柱顶纵梁与屋面拱杆 立柱和 弦杆之间的焊接连接基本被淘汰 取而代之的是 用镀锌钢板折压而成的专用连接板来连接 图4 其中圆管拱杆和弦杆可直接插入连接板后用螺栓 连接 图4a 图4b 而C形钢拱杆则用连接 承台支托C形钢卷边并用螺栓连接 图4c 立 a 梁与拱杆的连接 b 梁 柱 拱杆连接 c 梁 柱 拱杆 弦杆连接 图2 非承力天沟温室圆管柱顶纵梁与屋面拱杆 立柱 屋面弦杆采用抱箍连接的方式 a 与圆管拱杆 弦杆的连接 b 与圆管拱杆 弦杆和方管立柱的连接 c 与C形钢拱杆和方管立柱的连接 图3 非承力天沟温室方管柱顶纵梁与屋面拱杆 立柱 屋面弦杆连接的方式 a 与拱杆和弦杆的连接 b 与拱杆 立柱的连接 c 与拱杆 立柱 弦杆的连接 图4 非承力天沟温室C形钢柱顶纵梁与屋面拱杆 立柱 屋面弦杆连接的方式 温室园艺 2020 12 42 温室装备 Greenhouse Equipment 柱与柱顶纵梁的连接则是将立柱直接插入C形钢 内腔 并在内腔内安装折板角钢固定立柱后与C 形钢外壁的连接板形成连接 从而实现立柱与柱 顶纵梁的无焊接组装连接 图4b 图4c 从现代温室轻简化 组装式发展的趋势看 焊接连接因施工安装不规范 现场焊接作业量 大 焊接劳动强度高 焊接破坏镀锌构件表面 防腐保护层而影响结构的使用寿命和承载能力 终将走向消亡 无焊接的组装连接应该是未来发 展的方向 从结构的承重体系来讲 天沟承重一是可以 取消柱顶纵梁 二是便于安装室外遮阳网立柱 所以 从未来发展趋势看 采用天沟承力的温室 将会是今后发展的主流 承力天沟温室天沟 拱杆 弦杆与立 柱的连接 承力天沟温室结构是用天沟替代了非承力天 沟温室结构天沟下柱顶纵梁 省去了柱顶纵梁也 简化了温室结构 但由于天沟成为了承力结构构 件 因此对其壁厚 强度和刚度都提出了更高的 要求 一般钢板天沟的壁厚都要求在2 mm以上 承力天沟温室结构中 天沟 立柱 拱杆和弦杆 各构件之间的连接有各构件之间两两相连的单点 连接法和两个 组 以上构件通过连接件集中连 接的组合连接法之分 构件两两相连的连接方法 两两相连的构件包括天沟与拱杆 天沟与立 柱 拱杆与立柱 拱杆与弦杆以及立柱与弦杆 构件两两相连 连接件简单 但多构件交汇时各 构件的中心线不易交汇到一点 尤其是开口天沟 局部受力后更容易变形 必要时应对天沟连接点 处进行局部加强 天沟与拱杆的两两相连 天沟与拱杆之间 两两相连的方法 一是采用 抱箍 图5a 图 5b 二是采用U形螺栓 图5c 其中 抱 箍的形式有两种 一种是将长条形钢板的两端裁 切成圆弧后中部起拱的导角抱箍 称为标准 抱箍 图5a 另一种是直接将长条形钢板中 部起拱后制成的非导角抱箍 称为直板 抱箍 图5b 前者增加了一道加工工序 但构件 无尖角 施工安装时不会划伤施工人员 抱箍 根据屋面拱杆的截面大小 分为2孔抱箍和4孔 抱箍 分别用2根螺栓和4根螺栓与天沟相连 拱杆传力较小 拱杆截面较小或温室跨度较小 时可用2孔抱箍 传力较大时应用4孔抱箍 同 样的道理 采用U形螺栓连接屋面拱杆与天沟时 也根据拱杆截面大小采用1根或2根U形螺栓 来连接拱杆和天沟 天沟与立柱的两两相连 立柱与天沟两两相 连的做法有3种形式 一是直接焊接 图6a 这种连接方式不需要连接板 但现场焊接的质量 不容易保证 而且对构件表面的防腐不利 应该 是一种未来会被淘汰的连接方式 二是在立柱的 顶端焊接一块面积大于立柱截面的平板 为满足 镀锌过程中的流锌工艺要求 应在立柱截面范围 内平板上开工艺孔 形成立柱顶端两侧或四周 的 外耳 并在外耳上开孔插穿螺栓与天沟底 部连接 图6b 这种连接方式连接板用材少 加工方便 但其只适合于连接平底天沟 三是在 柱顶焊接一块与天沟底板和侧板相同形状和大小 的托板 图6c 安装时将天沟托嵌在该托板中 a 标准 抱箍直接连接 b 直板 抱箍直接连接 c U形螺栓通过垫板连接 图5 天沟与拱杆两两相连的连接方式 温室园艺 2020 12 43 农业工程技术 温室园艺 并用螺栓与天沟的侧壁连接 这种连接方式 不 仅适用于任何截面形状的天沟 而且在天沟与立 柱的连接处还对天沟进行了局部加强 虽然增加 了连接板的材料用量和加工的程序 而且运输和 储存时立柱占用的空间较大 但节点连接强度高 结构使用更可靠 需要说明的是 不论在柱顶焊 接外耳还是托板 都需要焊接后进行二次镀锌 加工的工序都相对复杂 拱杆与立柱或弦杆的两两相连 在天沟承 力的温室结构中 拱杆与立柱直接连接的案例较 少 需要连接时一般是在柱顶焊接2根截面与拱 杆截面相匹配的钢管 圆管拱杆宜用圆管 方管 或C形钢拱杆宜用方管 在柱顶形成V形接头 圆管接头与圆管拱杆连接时 可将圆管拱杆直接 插入V形接头 图7 用自攻自钻螺钉固定 C形钢拱杆与方管接头连接时可将方管插入C形 钢内腔后用自攻自钻螺钉固定 而当方管拱杆与 方管接头连接时 宜在两个构件的端头焊接平板 外耳 采用对接连接方式用螺栓通过外耳上的螺 栓孔将两个构件栓接 外耳对接连接可采用四边 连接 也可采用对边双边连接 视构件的截面大 小和承载能力确定 拱杆与弦杆直接连接的案例同样也很少 而 且传力方式也不合理 图6b是采用焊接连接的 一个案例 在大规模标准化温室生产中这种连接 方式基本都应被淘汰 立柱与弦杆的两两相连 立柱与弦杆的连 接 根据立柱的截面形式不同而有差别 圆管立 柱大都采用双 抱箍对扣环抱立柱后用其双侧 侧翼分别与两侧弦杆连接 和圆管拱杆与天沟抱 箍连接的方式一样 圆管立柱与圆管弦杆连接的 抱箍也分为标准 抱箍和直板 抱箍两种 图8a 图8b 圆管弦杆一般要求两端压平 打孔 安装时将立柱两侧2根弦杆的一侧端头对 接在立柱的两侧 用2片 抱箍环抱立柱后用 a 直接焊接连接 b 柱顶焊外耳与天沟底部栓接 c 柱顶焊托板与天沟侧壁栓接 图6 天沟与立柱两两相连的方式 图7 立柱与拱杆两两相连 图8 圆管立柱与圆管弦杆的两两直接相连 a 标准 抱箍连接 b 直板 抱箍连接 c 双向 抱箍连接 温室园艺 2020 12 44 温室装备 Greenhouse Equipment 两侧侧翼夹住弦杆压平的端头 用螺栓连接抱箍 和弦杆后再在 抱箍的脊背用自攻自钻螺钉将 其与立柱相连 即形成弦杆与立柱的牢固连接 实践中也有将立柱两侧 抱箍双翼先并拢后 再与弦杆贴接连接的方式 但由于这种连接构件 之间的中心线会发生偏移 容易导致立柱的偏心 规范化的温室建设中不建议使用 实践中还有弦杆两端保持原状而不压平的做 法 为了实现对这种弦杆的连接 设计采用了双 向 抱箍 图8c 就是对立柱和弦杆都采用环 抱的方法连接 这种抱箍采用钢板一次冲压成型 构件加工方便 标准化水平高 采用这种抱箍连 接立柱和弦杆完全不影响构件之间的传力 也同 时节省了弦杆端部冲压的工序 方管立柱与弦杆的连接因弦杆的截面形状和 大小不同而有所不同 如果弦杆与立柱均为方管 且在跨度方向两构件的表面齐平 则弦杆与立柱 对接后用2片平直钢板紧贴构件两侧外表面 用 螺栓穿过构件连接两侧直板即可 图9a 如果 弦杆为方管 且截面较立柱小 则可将弦杆的端 头对贴立柱后 在弦杆的上下表面分别安装角钢 连接件与立柱采用螺栓连接 图9b 如果弦杆 为圆管 一般则用抱箍连接 与圆管立柱连接圆 管弦杆的抱箍在结构上基本相同 只是由于立柱 为方管 所以抱箍环抱方管的抱体部分为开口方 形 而非半圆形 图5c 图9c 也有的设计 在立柱上连接弦杆的位置焊接1块或2块钢板 形成 柱耳 并在该柱耳上开螺栓孔 焊接完 成后与立柱进行整体热浸镀锌 柱耳可以是水平 焊接 也可以是竖直焊接 但一般多用水平方式 焊接 安装时 无论弦杆是圆管还是方管 也不 论圆管的端头是否压平 都可以利用该柱耳做支 撑 用螺栓将弦杆栓接在柱耳上 即可实现弦杆 与立柱的有效连接 需要说明的是 由于温室立 柱安装过程中可能存在位置偏差 弦杆和柱耳的 孔位也存在加工偏差 为了保证施工安装的顺利 一般在柱耳上的螺栓孔应加工成键槽孔 以便为 安装留出活动余量 实际上 用柱耳连接弦杆的 方法 从传力方式讲与角钢连接件连接弦杆和立 柱的方法是相同的 只是前者将连接件事先焊接 在了立柱上 使连接件成为了立柱的组成部分 而后者则是在安装过程中将立柱 弦杆和连接件 三者组合连接在一起 前者立柱与连接件连接牢 靠 也节省螺栓 方便安装 而后者则简化了立 柱加工工序 有利于提高构件的加工工效 两个以上构件通过连接件组合连接的方法 两个以上构件的连接组件有两种类型 一 种是将连接板全部焊接在柱头 通过柱头可连接 天沟 拱杆和弦杆 另一种是完全独立的联合 组件 称为联合托架 独立加工 独立安装 使用这种组件的温室构件连接端头可不进行任 何加工 由此大大简化了构件的加工程序和加工 费用 与柱头焊接连接板的构件相比 联合组件 大大减小了运输和储藏的空间 而且构件的标准 化水平高 加工成本低 温室建造的成本也将相 应降低 柱头焊接连接板的连接构造 柱头焊接连 接板的做法最早是用在连栋玻璃温室的结构上 后来的连栋塑料薄膜温室结构也继承了这种做 法 这种方法主要用在方管立柱上 但圆管立柱 偶尔也有使用 在方管柱头上连接天沟的方法有 2种 一种是在柱顶焊接外耳 另一种是采用柱 图9 方管立柱与圆管 方管弦杆的两两相连 a 直板连接方管立柱和方管弦杆 b 角钢连接板连接方管立柱和方管弦杆 c 直板抱箍连接方管立柱和圆管弦杆 温室园艺 2020 12 45 农业工程技术 温室园艺 顶焊接天沟托板 图6c 其中柱顶焊接外耳的 方法有3种 一是在柱顶焊接一块平板形成柱顶 外耳 图6b 二是在柱顶两侧焊接两块平板 形成柱顶双侧外耳 三是将立柱柱顶沿温室跨度 方向两侧的侧壁裁切出一个缺口 将缺口两侧的 侧壁沿温室开间方向折弯 使其与立柱表面呈 90 而形成与立柱一体的外耳 图5c 这种外 耳不存在焊接质量缺陷 材料强度与原立柱相同 除了在柱顶表面焊接外耳或托板支撑天沟 外 柱头的侧边还可以焊接钢板用以连接弦杆 图10 或焊接钢管用以连接拱杆 图7 总之 采用柱头焊接连接件的方法比较传统 也 比较灵活 可根据需要连接的杆件位置和大小进 行个性化设计 立柱与连接件焊接后需除去焊渣 并进行热浸镀锌表面防腐处理 联合托架 联合托架就是安装在柱顶 承托 天沟并能连接拱杆和弦杆中至少一种承力构件的 连接构件 由此可见 联合托架应是在连接立柱 和天沟的基础上再至少增加连接一种构件 由此 根据连接拱杆和弦杆的不同 联合托架分为拱杆 托架 弦杆托架以及全功能托架 顾名思义 拱 杆托架就是连接立柱 天沟和拱杆的联合托架 弦杆托架就是连接立柱 天沟和弦杆的联合托架 全功能托架就是连接立柱 天沟 拱杆和弦杆等 全部节点交汇构件的联合托架 根据联合托架的加工工艺不同 可将联合托 架分为通过折板 裁切和焊接等工艺加工成的 折 板成型托架 图11 和通过模具一次冷压成 型或在一次冷压的基础上局部折弯或裁剪成型的 冷压成型托架 图12 需要指出的是联合托架具有连接立柱的功 能 但在没有立柱的位置也可以不连接立柱 图 11a 图12b 近年来国内有多个温室企业开 发了具有自主知识产权的全功能冷压成型联合 托架 1 2 可直接配套不同企业的温室结构 参考文献 1 周长吉 周博士考察拾零 一百 从引进到自主创新 记兴邦 漳州 温室制造有限公司的创新之路 J 农业工程技术 温室 园艺 2020 40 1 54 61 2 周长吉 周博士考察拾零 九十二 面对问题 抓细节 求创 新 图提升 记成都佳佩科技发展有限公司在连栋温室结构 构造和开窗拉幕系统上的技术创新 J 农业工程技术 温室园 艺 2019 39 13 44 50 引用信息 周长吉 周博士考察拾零 一百一十一 连栋塑料薄膜温室天沟托架的实践与 创新 J 农业工程技术 2020 40 34 40 45 图10 柱顶焊板连接 天沟和弦杆 图11 折板成型联合托架 a 拱杆托架 b 弦杆托架 c 全功能托架 a 拱杆托架 b 全功能托架 中部 c 全功能托架 边侧 图12 冷压成型联合托架