ch2-1温室建筑与结构

第二章温室建筑与结构*温室建筑类型*温室建筑尺寸*日光温室的结构*温室平面布置何为“温室”&“温室效应”•温室，即是以采光覆盖材料作为全部或部分维护结构材料，可供冬季或其他不适宜露地植物生长的季节栽培植物的建筑。•温室效应，即是以短波辐射为主的太阳辐射通过温室采光材料进入温室后使室内地温和气温升高而转化为长波辐射，长波辐射又被温室覆盖材料阻隔在室内，从而形成室内热量的积聚，使室内温度提高，这一过程，称之为“温室效应”。空气和地表吸收太阳辐射，地温和气温升高，并形成长波辐射部分长波辐射穿透采光材料散失到室外大部分长波辐射被采光材料阻隔在室内，形成热量积聚采光材料温室建筑的特点•温室是具有鲜明使用功能的农业生产性建筑。•温室由基础、主体结构、围护材料等形成相对密闭的温室建筑主体，主要起到承载各种荷载、保温、防雨雪等作用；温室内的配套设施进一步调控温、光、水、气等环境因子，提高完善温室的功能，形成完整的温室设施。•温室主体是建筑工程问题，而温室配套设施是机械产品，因而可以说，温室是一个建筑与机械产品相结合的综合性设施。•鉴于温室的功能性和综合性特点，在温室的设计和建造过程中，要特别重视温室的整体性和配套性。温室主要性能指标•透光性–透光率，是指投进温室内的光照量与室外光照量的百分比。受透光覆盖材料、骨架阴影率、季节变化等影响。一般，玻璃温室的透光率在60-70%，连栋塑料温室在50-60%，日光温室可达70%以上。•保温性–保温比，是指热阻较大的温室围护结构覆盖面积和土地面积之和与热阻较小的温室透光材料覆盖面积之比。一般温室保温比均小于1.0，而日光温室可能会大于1.0。•耐久性–影响耐久性因素：材料耐老化性能，温室主体结构承载能力，温室运行环境等。一般，钢结构温室使用寿命在15年以上，高温高湿环境下，须做表面防腐处理（热浸镀锌150-200μm以上）可保证15年寿命。一、温室的类型塑料温室玻璃温室•按覆盖材料分PVC板温室•根据有无加温设备加温温室（散热器）加温温室（暖风炉）不加温温室（日光温室）土地利用率低土地利用率低•按照使用功能–生产性温室：蔬菜栽培、花卉栽培、动物养殖温室–试验性（教育）温室：人工气候室、温室实验室–商业性温室：各种观赏温室、花卉、蔬菜活体商品零售、批发温室等•按照建筑造型和布局–立面造型：单坡面、双坡面–屋面性状：圆拱型、坡屋面、折线型、锯齿形、哥特式尖顶型、平屋面型等。–平面布局：单栋、双栋、连栋–按主体结构材料：金属结构（钢，铝合金结构等）、非金属结构（竹、混凝土、木、玻璃钢结构等）双屋面单斜屋面单栋温室连栋温室温室建筑尺寸•目前，温室建筑尺寸模数并不完全统一，通常采用100mm进制。一般采用单元尺寸和总体尺寸描述。•单元尺寸–跨度：–开间–檐高–脊高•总体尺寸–长度–宽度–总高温室建筑尺寸•总体尺寸–长度：温室在整体尺寸较大方向的总长–宽度：温室在整体尺寸较小放向的总长–总高：温室柱底到温室最高处之间的距离，最高出可以是温室屋面的最高处，或温室屋面外其他构建（如外遮阳系统）–决定温室的屏幕和空间规模，一般规模越大，室内气候稳定性越好，单位造价越低，但总投资大，管理难。•温室规模（从通风角度）–自然通风温室：通风方向尺寸宜小于40m，单体建筑面积宜在1000-3000m2；–机械通风温室：进、排气口间距离宜小于60m，，单体建筑面积在3000-5000m2。日光温室由后墙、后屋面、前屋面和保温覆盖物四部分组成，其前屋面是白天采光，夜间用保温被覆盖，东、西、北三面为维护墙体。具有良好的采光屋面，能最大限度地透过阳光；保温和蓄热能力强，能最大限度地减少温室散热，温室效应强；目前，是普通日光温室、第一代节能型日光温室、第二代节能型日光温室、第三代节能型日光温室同时存在。其中竹木结构普通型日光温室大约占65%；第一代钢骨架节能型日光温室大约占20%，第二代节能型日光温室大约占15%；第三代节能型日光温室大约占0.01%。日光温室日光温室的类型根据温室前屋面的形状半拱形一斜一立式长后坡矮后墙日光温室短后坡高后墙日光温室无后墙日光温室长后坡无后墙日光温室传统的一斜一立式日光温室初始的一斜一立式塑料日光温室改进后的一斜一立日光温室•1）半拱形日光温室依据后坡长度分为：–长后坡温室：长后坡，矮后墙，土地利用率低–短后坡温室：短后坡，高后墙，加大采光面积，提高透光率和土地利用率•2）一斜一立式日光温室–矮后墙，长后坡，跨度多位5~5.5m，但采光角度偏小，立柱多–改进型一斜一立式日光温室：长后坡矮后墙日光温室•这是一种早期的日光温室，后墙较矮，只有1m左右，后坡面较长，可达2m以上，保温效果较好，栽培面积少，现较少使用。•图3－6长后坡矮后墙日光温室(单位：m)•1防寒沟2粘土层3竹拱杆4前柱5横梁6吊柱7腰柱8中柱9草苫10纸被11柁12檩13箔14扬脚泥15碎草16草17整捆秫秸或稻草18后柱19后墙20防寒土短后坡高后墙日光温室•这种温室跨度5～7m，后坡面长1～1.5m，后墙高1.5～1.7m左右，作业方便，光照充足。•短后坡高后墙日光温室（单位：m）•1防寒沟2粘土层3拱杆4前柱5横梁6吊柱7腰柱8中柱9纸被10草苫11柁12檩13箔14扬脚泥15细碎草16粗碎草17秫秸或整捆稻草18后墙19防寒土第一代节能型日光温室（20世纪90年代初期）瓦房店琴弦式日光温室鞍Ⅱ型日光温室温室脊高2.8～3m，跨度约6～7m，采光、增温和保温性能都比第一代日光温室有显著提高,内外温差可达20～25℃。琴弦式日光温室结构示意图琴弦式日光温室•该温室又称一坡一立式温室•特点：前屋面为斜面，下部为小立窗，窗高为0.6～0.8m，立窗角度为70度，前屋面每隔3m设一钢管衍架，纵向每隔0.4m拉1道8号铁丝，两端固定在山墙外基础上，盖膜后，膜上压细竹竿与膜内竹竿成对绑扎牢固。•这种温室的后屋面短，土地利用率高，空间大，有利作物生长和人工作业，但其采光性能不如半拱圆形。第二代节能型日光温室（20世纪90年代中期至21世纪初期）温室脊高3.3～3.5m，跨度6.5～8m，在北纬42°及其以南地区，正常年份冬季基本不加温（连阴天和极冷天少量加温）可越冬生产蔬菜的目标。最冷日室内外温差达到30℃～35℃，平均温度比普通温室高3℃～5℃，节能特别显著。辽沈Ⅰ型辽沈II型辽沈III型第二代日光温室•辽沈型日光温室•温室结构：跨度为7.5m，脊高3.5m，后屋面仰角30.5度，后墙高度2.5m，后坡水平投影长度1.5m，墙体内外侧为37cm砖墙，中间夹9～12cm厚聚苯板，后屋面也采用聚苯板等复合材料保温，拱架采用镀锌钢管，配套有卷帘机、卷膜器、地下热交换设备。•温室的性能：在北纬42°以南地区，冬季基本不加温可进行育苗和生产喜温蔬菜。辽沈1型日光温室结构示意图改进冀优型节能日光温室•结构：跨度为8m，脊高3.65m，后墙高度2.0m，墙体为37cm厚砖墙，内填12cm厚珍珠岩，骨架为钢筋衍架结构。•性能：该温室在华北地区的正常年份，温室内最低温在10℃以上，土壤10cm深处低温可维持在11℃以上，基本满足喜温果菜类的冬季生产。改进冀优2型节能日光温室结构示意图第三代节能型日光温室—辽沈Ⅳ型日光温室（现在）温室脊高5.5m，跨度12m，大幅度增加了温室空间，并首次设计制造了缀铝箔夹心聚苯板空心墙体，提高了大型日光温室的墙体保温能力。山东新型日光温室建造技术规范型号脊高m前跨m后跨m前屋面角0C后墙高m后屋面仰角0CSD-I3.1-3.26.01.027.3-28.12.0-2.145SD-II3.3-3.46.81.225.9-26.62.1-2.245SD-III3.6-3.77.71.325.1-25.72.3-2.445-47SD-IV3.8-4.08.61.423.8-24.92.4-2.545-47•山东Ⅲ型日光温室剖面图•山东Ⅳ型日光温室剖面图•山东Ⅳ型(寿光型)日光温室剖面图西北型日光温室跨度7~8m，高度3.2-3.6m，前屋面角28~36°，长50-100m，墙体厚度：砖墙44~55cm，土墙110~140cm。其前屋面为圆拱型，前屋面骨架为钢管或几字型钢材，墙体为砖墙加保温板。前屋面曲线形状：前部为圆弧，上部为抛物线。A型：热浸镀锌钢管组合拱架结构B型：焊接轻钢桁架结构C型：焊接桁架琴弦式结构D型：几字型钢结构西北型双跨日光温室A型：热浸镀锌钢管组合拱架结构B型：焊接轻钢桁架结构C型：焊接桁架琴弦式结构D型：几字型钢结构西北型双连跨日光温室日光温室的结构1栽培床2后墙3后屋顶4前屋面5腰柱6腰柱7前柱8草苫9人行道10排水沟主要结构参数（一）五度：跨度、高度、角度、厚度、阴影长度（二）四比：前后坡比、高跨比、保温比、遮阳比（三）三材：建筑材料、覆盖材料、保温材料①温室跨度指从温室北墙内侧到南底角间的距离。目前条件下日光温室的跨度以6～8米为宜，其中北纬42°地区不应超过7米。②温室高度•指温室屋脊到地面的高度。•6米跨度的日光温室，高度以2.8～3.0米为宜•7米跨度的日光温室，高度以3.3～3.5米为宜•7米以上跨度的日光温室，高度应是3.5米左右③温室前后屋面角度•前屋面角是指温室前部塑料薄膜采光面与地平面的夹角。•北纬32～43°地区应保证20.5～31.5°的前屋面角。65°40°25°主采光面（圆拱形）1米1米后屋面角—温室后屋面与后墙水平线的夹角应大于当地冬至中午时刻太阳高度角5～8°。在北纬32～43°地区，该角应在30～40°80~100cm④温室墙体和后屋面的厚度温室墙体和后屋面的作用：承重保温蓄热温室墙体厚度•有夹心保温层的石墙、砖墙厚度一般为50-60厘米。•内墙为石头或砖墙，外培防寒土的墙体一般应为当地冻土层厚度再加50厘米。后屋面厚度•40～70厘米。⑤后屋面水平投影长度后屋面过长会造成春夏秋温室北部地面阴影过长；还会减小前屋面采光面积，使白天升温过慢。•后屋面越长，冬天晚间保温越好。1.0～1.4米1．前后坡比•前后坡比：指前坡和后坡垂直投影宽度的比例。•前坡和后坡的功能：温室的后坡由于有较厚的厚度，起到贮热和保温作用；前坡面覆盖透明覆盖物，白天起着采光的作用，但夜间覆盖较薄，散失热量较多，它们的比例直接影响着采光和保温效果。比例大小•目前生产上主要有三种情况：短后坡式，前后坡投影比例为7：1，如瓦房店式温室长后坡式，前后坡投影比为2：1，如永年式温室没有后坡，除了后墙和山墙外，都是采光面。适宜的前后坡比•现建造的日光温室大多用于冬季生产，为了保温必须有后坡，而且后坡长一些能提高保温效果。•后坡过长，前坡短，又影响白天的采光，且栽培面积小。•从保温、采光、方便操作及扩大栽培面积等方面考虑前后坡投影比例以4.5：1左右为宜，即一个跨度为6～7m的温室，前屋面投影占5～5.5m，后屋面投影占1.2～1.5m。2．高跨比•高跨比：指日光温室的高度与跨度的比例•二者比例的大小就决定了屋面角的大小。•适宜高跨比的大小：要达到合理的屋面角，高跨比以1：2.2为宜。跨度为6m的温室，高度应达到2.6m以上；跨度为7m的温室，高度应为3m以上。3．保温比•保温比：指日光温室内的贮热面积与放热面积的比例。•在日光温室中，虽然各围护组织都能向外散热，但由于后墙和后坡较厚，不仅向外散热，而且可以贮热，所以在此不作为散热面和贮热面来考虑•温室内的贮热面为温室内的地面，散热面为前屋面，故保温比就等于土地面积与前屋面面积之比。•日光温室保温比（R）=日光温室内土地面积（S）/日光温室前屋面面积（W）•保温比的大小决定了日光温室保温性能的大小，保温比越大，保温性能越高，所以要提高保温比，就应尽量扩大土地面积，而减少前屋面的面积•但前屋面又起着采光的作用，还应该保持在一定的水平上。•根据近年来日光温室开发的实践及保温原理，以保温比值等于1为宜，即土地面积与散热面积相等较为合理，也就是跨度为7m的温室，前屋面拱杆的长度以7m为宜。4．遮阳比•指在建造多栋温室或在高大建筑物北侧建造时，前面的物体对建造温室的遮阳影响。