温室大棚有自己的荷载规范，应用要点在这里！
《农业温室结构荷载规范》应用要点
导读
温室是现代农业的重要标志，中国设施农业各类型温室的发展对丰富中国城乡菜篮子，解决北方地区的淡季蔬菜供应都起到了重要作用；对农民的持续增收、农业现代化水平的持续提升，作出了巨大贡献。温室大棚作为一种轻型结构体系，具有结构自重轻，使用年限短，对风、雪荷载敏感等特点，其结构荷载取值与民用建筑结构荷载存在一定差异。
直接引用民用建筑荷载规范会存在一些不合理的地方，其中民用建筑荷载规范不适合温室结构的方面主要表现在以下几点：①没有涉及温室的作物吊挂荷载（图1）；②没有规定日光温室风雪荷载设计体型系数；③风荷载基本值沿用10m高空10min平均风速，与国外发达国家温室设计的风荷载取值有较大出入；④温室雪荷载按照最大积雪计算，与温室实际运行差异较大，一般连栋温室都有加温系统或化雪装置，且温室覆盖材料的导热系数很小，一般都是边下雪边融化，很少有积雪出现。
现有的温室标准有《温室结构设计荷载》《日光温室结构》《连栋温室结构》等。这些标准在一定程度上提高了温室结构设计和施工的标准化程度，但基本是在工业与民用建筑结构有关规范和标准基础上，附加了一些条款，并未考虑温室大棚结构自重轻，对风、雪荷载相对敏感等特点。为了使温室结构设计的荷载更符合温室的特点，减少温室结构设计由于不合理荷载取值而导致的构件截面过大或过小，造成不必要的浪费，及时编制了《农业温室结构荷载规范》。
农业温室结构荷载规范的特点
设计基准期与设计使用年限
设计基准期是为确定可变荷载的取值而选用的时间参数，换句话说是为确定可变荷载的统计数据的年限，是一个固定值。采用不同的设计基准期，会得到不同的可变荷载代表值，因而也会直接影响结构的安全。设计使用年限是设计中对结构或结构构件规定的目标使用年限。在设计使用年限内，主要构件不需要大修即可按其预定目的实现的使用年限，不是一个固定值，与结构的用途和重要性有关。
随着中国建筑工程建设的突飞猛进，居民的经济水平提高，民用建筑大多层数高或人员流动多，安全等级也要高。中国现行国家标准GB50009《建筑结构荷载规范》规定民用建筑的设计基准期为50年，设计使用年限也为50年。欧洲温室设计与建造规范对温室设计年限明确规定：在计算温室结构的风荷载效应时，风荷载基本风压的重现期应该与温室结构的设计使用年限一致，如5、10或15a等。不同等级的温室在设计时的要求不同，其基本风压重现期的选择是跟温室设计年限一致的。欧洲温室规范的这种分类方式值得我们学习借鉴，规范针对不同类型和要求的温室，对基本风压采取不同的参数或划分不同的等级，使之更为合理。
根据中国的实际情况，农业温室结构荷载规范给出不同温室结构设计使用年限为10~20年，采用气象学上使用的一个标准气候期30年，设计统计数据即设计基准期取为30年。
风速时距的取值
目前温室结构风荷载取值的问题引起了国内外专家学者的研究。大量文献资料和实践证明，对于温室大棚这种轻型结构最为不利的是瞬时风力，往往数秒的瞬时风就有可能将整个结构摧毁（图2）。
风速是随时间波动的，采用不同的时间长度得出的平均风速最大值各不相同。平均风速取时越长，得出的平均风速最大值会越低。世界各国对于基本风压用风速时距的取值都不尽相同，这一方面是历史原因，另一方面也和各国的风气候类型有关。美国、日本等采用的基本风速时距为3s，欧洲和中国采用的基本风速时距为10min，对比中国和欧洲规范基本风压计算方法，中欧风荷载规范中基本风速（风压）采用的是基本相同的测定标准和统计概率，对于平均风速的修正都相似地考虑了地面粗糙度影响和地形的影响。欧洲规范考虑更为全面，计算风瞬时脉动的影响多引入了暴露系数一项，暴露系数与地形系数、湍流强度等有关。而中国规范没有作专门湍流强度说明。比较计算在相应场地上中国规范所计算的湍流强度值要小于欧洲规范，由于欧洲规范考虑的风瞬时脉动效应更大，使得在相同场地上中国规范计算得到的风荷载作用结果偏小。
同时欧洲荷载规范相对中国荷载规范在风压高度变化系数的截断高度划分上更为精细，中国荷载规范中A、B、C、D类地貌的截断高度分别为5、10、15、30m；而欧洲风荷载规范中0、Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ类地貌的截断高度分别为1、1、2、5、10m。高度的不同带来的影响：对于高度较为低矮的温室结构，利用欧规计算时仍旧能体现出高度不同带来的风压大小变化，而利用中国规范计算时却无法体现出这种变化。
大量实践证明，对于温室大棚这种轻型结构最为不利的是瞬时风力，往往数秒的瞬时风就有可能将整个结构摧毁，所以对温室大棚，采用10min时距是偏于不安全的。针对温室结构的这种特点，结合国外关于基本风压计算中风速时距的取值方法，对温室大棚结构设计将10min平均风速改为采用3s瞬时风速。
荷载分项系数的确定
◆荷载分项系数的计算方法
根据极限状态设计原则，通过确定的参数数值(目标可靠指标、荷载效应比、荷载变异系数、抗力变异系数、安全等级等)，以恒载和风荷载作用组合为例，计算以标准值为指标对应的分项系数，以确定出恒载和风载的分项系数。
由于恒载、可变荷载等统计资料均为随机变量的平均值，所以荷载分项系数推导先按平均值为指标进行推导，然后再由平均值指标换算为标准值进行推导。采用分项系数的实用表达式，逐次迭代出分项系数的范围。根据分项系数取值范围，通过概率分析方法，以结构构件在不同的荷载效应比值下，最佳地逼近目标可靠指标，利用最小二乘法的原理，经优化计算确定各种分项系数。式中I——累计相对误差；R*k——构件抗力的实际值；Rk——构件抗力的计算值。
荷载分项系数的确定
一般民用建筑结构主要采用砖石、混凝土和钢材等结构构件材料，结构的安全可靠与否，不但影响生产，还关系到人员的生命安危。而农业温室大棚结构多采用钢管等轻型构件，且荷载小、温室内工作人员少，结构设计安全水平要低于民用建筑结构的要求，所以种植类温室安全等级按三级考虑。
以钢结构偏心受压构件在目标可靠指标ß=2.7时，风荷载作用下为例，在可变荷载和永久荷载的荷载效应常用比值ρ为0.5、1、1.5、2、2.5、3的计算条件下，确定恒载、风载的分项系数。表1为最优分项系数计算表。
由表1可知，γg=1.10，γq风=1.00，I值最小。综合考虑各种因素及参考国外温室标准规范，各分项系数取值为：γg=1.00；γq风=1.00；γg活=1.20；γq雪=1.20。对于雪荷载，和风荷载一样，应按统计数据进行分析，由于近30年的数据还没统计齐全，雪荷载仍按GB50009-2012《建筑结构荷载规范》取值，考虑到大棚上雪会及时清扫，不会形成陈雪，对雪荷载分项系数作了适当调整，取γq雪=1.20。
温室作物荷载的应用
温室作物荷载包括吊挂在温室结构上的作物、栽培容器及容器内基质等的重量（表2）。作物荷载的作用方式取决于吊挂方式，吊挂方式并不是均布荷载，而是单点作用的集中荷载，所以，温室设计已确定吊挂方式时，应按规范表中单点吊挂荷载计算，以集中荷载作用于温室骨架上更为合理。
如设计未确定吊挂方式时，可先按规范表中单位面积荷载转化为线荷载进行计算。同时随着种植作物产量的增加，作物吊挂荷载也加大，对于作用在山墙上作物吊线拉力很大，设计人员应加以重视（图3）。
结语
（1）农业温室结构属于轻型结构体系，风、雪荷载是其主要的控制荷载，风荷载取3s瞬时风值更加合理。
（2）通过对风荷载统计分析，计算得到了荷载分项系数。综合考虑各种因素及参考国外温室标准规范，给出荷载分项系数。
（3）对于《农业温室结构荷载规范》与《建筑结构荷载规范》给出的风荷载及荷载分项系数，通过计算比较，一般地区计算出的杆件内力基本相同，计算结果与《建筑结构荷载规范》基本一致。对于近30年有过极端天气的城市和沿海城市，与《建筑结构荷载规范》相比风荷载加大较多，按《农业温室结构荷载规范》取值设计，需要适当加大杆件截面，但是更加符合实际情况。
（4）农业温室结构荷载规范适用于农业种植温室。对于生态餐厅、展示类温室考虑人员密集，结构安全等级高，仍宜按民用荷载规范有关规定取值。
作者：闫俊月（农业农村部规划设计研究院）
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