日光温室的荷载分析及结构优化计算
温室结构的优化与新材料
序言日光温室是我国重要的作物栽培设施，其建造和运行成本低，合乎我国国情，适合中国经济发展的需要，而且伴随着能源的短缺，日光温室将成为今后我国大面积温室园艺产业发展的必然选择。
但由于对日光温室光温性能和结构强度设计等方面的研究还不成熟，大量农民建造日光温室缺乏科学的理论指导，导致日光温室在生产应用中达不到节能、高效、高产的理想效果,甚至事故频发。
另外随着我国设施园艺现代化进程的推进与发展，其他行业的各种新技术、新材料也越来越广泛的应用于这一领域。
所以，优化结构设计与新材料的开发的与应用，已经成为了继续推进日光温室发展的时代所迫。
一.日光温室结构优化日光温室结构优化首先应该满足可靠性准则，即安全性、适用性和耐久性。
日光温室结构优化的内容是确定合理的几何尺寸，使其在特定建设条件下能满足种植作物生长的温光要求，同时在满足结构安全性准则的基础上达到结构用材最省。
过去20多年，我国在日光温室结构优化的研究中取得了很大成绩，但就目前日光温室的应用现状和研究水平看，要进一步规范日光温室建设，提高其经济性能，下列问题有待研究解决。
(1)科学合理的设计荷载温室结构设计荷载规范中针对日光温室很多参数的取值方法不太明确，缺少针对性，如风荷载体型系数、坡屋面积雪分布系数等没有具体明确的规定。
此外，日光温室的保温被荷载取值及其在卷放保温被过程中荷载的变化、日光温室内保温材料的设计荷载等在设计规范中都没有具体规定。
所以在温室结构设荷载规范的基础上，研究针对日光温室的荷载取值和不利荷载组合是日光温室结构优化首要解决的问题。
(2)日光温室桁架结构的优化目前日光温室普遍采用桁架结构，但很少有基于日光温室的采光条件和室内作物生长模型对日光温室的桁架结构进行优化。
对这种结构现有的设计方法还停留在根据经验首先确定桁架的结构参数(如桁架的高度，腹杆的分布)，然后再对结构进行受力校核。
(3)大型日光温室的合理几何尺寸目前很多地区都出现了大型日光温室，但都处于探索阶段，如何确定大型日光温室的合理尺寸，使之达到光热环境合理，又节约土地的目的，是目前大型日光温室需要急迫研究的问题。
日光温室设计受力载荷分析
１ 日光 温 室 受 力的 类型
我 国的建筑物所 承 受的 载荷基本 分三 大类 ：恒 载 、活 载 和偶然载 荷 。对 于 日光温室 而言 ，在结 构 方案 确定 之后 ，恒 载 即一定 ．而偶然 载荷 由于其 环
我 国北 方 主要 城 市 １ ６ ９ １年 ～ １ ９ ９ ０年 ３ ０年 内
遇 到 的新 雪 的 最 大 深 度 ，按 新 雪 密 度 １ Ｏ ｇ ｍ ０ｋ ／ 考
虑 ，换 算 出的雪压要 比基 本雪 压低 。
屋 面积雪 分 布系数 ．可按 照 图 １的坐标 参 数 求 出 ，主要取 决 于棚面 的坡度 。
综上 分析 ， 日光温室雪 载计 算 中的基 本雪 压宜 采用 经积雪 深度 换 算 出 的折 算 基 本 雪 压 （ 表 ２ 见 ） 而 值 可根据 温度 、棚脊 至前脚 连 线与水 平构 成的 夹 角为变 量 ，对应 的 值 。
表 ２ 我 国北 方 部 分 城 市 基 本 ■压 、最 大 职 ■ 深 度
境 、对 象及 其使用 场合 与 民用 建筑有 较大 不同 ，则 可 以不考 虑 。 日光 温室所 承受 的活载 除风 、雪载 荷
外 ，还有 温室 内部 的植物 吊重 （ 据栽 培 品种而定 ） ． 前屋 面保 温材 料 自重及其 施工 载荷 和操 作 载荷等 。
一 一
般 新 雪 和 陈 雪 的 密 度 相 差 从 １０ｋ ／ 到 ０ ｇ ｍ３
注 ：表 中数 据 来 源 ： 中 国 气 象 中 心 资 料 室 缩 （ ９ １ １ ６ １９ ９０中 国地 表 气 候 资料 ）
５ ０ｋ ／ ０ ｇ Ｉ 。主 要取 决 于 积雪 时 间和 气 候 条 件 ，对 ｎ
《2024年日光温室的热环境数学模拟及其结构优化》范文
《日光温室的热环境数学模拟及其结构优化》篇一一、引言随着现代农业技术的快速发展，日光温室作为一种重要的农业设施，其环境控制技术日益受到关注。
对日光温室内的热环境进行精确的数学模拟以及进行结构优化，对于提高作物的生长环境、减少能源消耗和提高产量具有极其重要的意义。
本文将深入探讨日光温室的热环境数学模拟方法及如何进行结构优化。
二、日光温室的热环境数学模拟2.1 模拟基本原理日光温室热环境的数学模拟主要是通过数学模型对温室内的温度、湿度等环境因素进行模拟。
其基本原理基于能量守恒定律，考虑到温室内部的热量传递过程，包括太阳辐射、温室内部热源的热量传递、温室与外界环境的热交换等。
2.2 模拟方法目前，常用的模拟方法包括计算流体动力学（CFD）模拟和有限元法等。
CFD模拟可以详细地描述温室内的气流场、温度场等，而有限元法则更适用于对温室的热传导过程进行模拟。
这些方法的应用，使得我们能够更准确地预测和模拟日光温室的热环境。
三、结构优化的考虑因素3.1 温室材料的选择温室材料的选择对于其热环境有着重要影响。
应选择具有良好保温性能、透光性能和耐候性能的材料。
同时，材料的成本和易获取性也是考虑的重要因素。
3.2 温室结构的设计温室的结构设计应考虑到其稳定性、透光性和通风性。
合理的结构设计能够有效地调节温室内的温度和湿度，提高作物的生长环境。
3.3 覆盖材料的选用覆盖材料对于温室的保温和透光性能有着重要影响。
应选择具有良好透光性、保温性和耐候性的覆盖材料，如聚乙烯膜、玻璃等。
四、结构优化的实施步骤4.1 建立数学模型首先，根据温室的实际情况，建立数学模型，包括温室的几何尺寸、材料属性、环境因素等。
4.2 模拟分析然后，利用数学模型进行模拟分析，预测不同结构参数对温室热环境的影响。
通过对比分析，找出影响温室热环境的关键因素。
4.3 结构优化设计根据模拟分析的结果，对温室的结构进行优化设计。
优化目标应包括提高温室的保温性能、透光性能和通风性能，同时考虑到成本和易获取性等因素。
日光温室的热环境数学模拟及其结构优化
日光温室的热环境数学模拟及其结构优化日光温室的热环境数学模拟及其结构优化日光温室在现代农业中扮演着重要角色，能够为植物提供良好的生长环境，提高农作物的产量和质量。
然而，日光温室内的热环境对农作物的生长有着重要的影响。
因此，通过数学模拟和结构优化的手段，对日光温室的热环境进行研究具有重要意义。
日光温室的热环境主要包括日照、温度和湿度三个方面。
其中，日照是指温室内外的光照强度差异，对于植物的光合作用和生长发育至关重要。
研究中发现，日光温室内光照强度的分布受到温室结构和材料的影响。
为了确保植物能够充分接受阳光照射，可以通过数学模拟来预测不同结构和材料的温室内日照分布情况，进而进行结构优化，提高日照利用率。
温度是日光温室热环境的另一个重要指标，直接影响着植物的生理生化过程。
过高或过低的温度都会对植物生长产生不利影响。
温室内的温度受到多种因素的共同作用，包括外界气温、日照强度、辐射传热、温室结构和通风等。
通过建立数学模型，可以模拟不同因素对温室内温度分布的影响，进而通过结构优化和通风设计来调节温室内的温度，提供适宜的生长环境。
湿度是日光温室热环境的另一个重要参数，直接影响植物的蒸腾作用和水分平衡。
适宜的湿度对植物的生长发育至关重要。
温室内的湿度受到多种因素的影响，包括空气中的水分含量、植物的蒸腾作用、通风和排湿等。
通过数学模拟，可以研究不同因素对温室内湿度分布的影响，进而通过结构优化和湿度控制技术来调节温室内的湿度，为植物的生长提供良好的湿润环境。
针对日光温室的热环境数学模拟和结构优化，可以采用多种数值计算方法和优化算法。
其中，有限元法是一种常用的数值分析方法，可用于建立温室结构的数学模型，分析温室内的温度和湿度场分布。
同时，遗传算法等优化算法可用于寻找最优的温室结构设计方案。
通过数学模拟和结构优化，可以为日光温室提供更好的热环境，提高农作物的产量和质量。
在实际应用中，除了数学模拟和结构优化，还需要考虑温室内外的气象条件、作物种类及品种的特点等因素。
温室结构设计的基本方法_三_典型温室结构计算
日光温室结构计算
〖例题2〗8m跨日光温室结构计算
跨度8m（外皮尺寸），脊高3.5m。骨架采用桁架式。上弦为
圆管φ26.8×2.75，下弦为圆管φ20×1.5，腹杆为φ8钢筋。试
进行校核。 基本雪压：0.4KN/m2 基本风压：0.35KN/m2
荷载计算：
★ 恒载 q1，q2 日光温室钢骨
架自重q1可由结 构计算软件自动计算。
荷载组合②
轴力 kN 弯矩 kNm
杆件编号
荷载组合①
轴力 kN 弯矩 kNm
荷载组合②
轴力 kN 弯矩 kNm
杆件编号
荷载组合①
轴力 kN 弯矩 kNm
荷载组合②
轴力 kN 弯矩 kNm
101 -5.41
-4.48 0.01 111 -3.17 0.02 -1.90 0.02 202 -3.60 0.01 -1.62
φAn 0.511×87.18
满足强度稳定性要求。
★ 腹杆
由表10可以看出，杆件325在荷载组合① 工况下的内力对杆
件最不利，以杆件325为代表分析腹杆。
横梁截面特性如下：
A=50.26mm2，ix=iy=2mm λx=0.3/（2×10-3）=150，查轴心受压构件稳定性系数 φ=0.308。
N
σ=
温室结构与设备
温室结构设计的基本方法（三）
——典型温室结构计算 ■ 程勤阳
塑料大棚结构计算
塑料大棚一般可按两铰
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
拱建立数学模型，见图8。
〖例题1〗8m跨圆弧塑
料大棚计算 大棚跨度8m，矢高
图 8 塑料大棚计算简图
3m。均匀布置三根纵向拉杆。拱间距0.5m，拱杆截面采用φ25×
日光温室钢架结构分析及优化
! ! 温 室 的 结 构 类 型 受 到 地 域 *环 境 和 气 候 条 件 等 因素的影响 ) ’1( 目前%我国常用的温室类型有塑 料 温室*玻璃温室和日光 温 室 等 ) ’/!5( 其 中 日 光 温 室 具 有 节 能 环 保 *投 资 低 *受 环 境 因 素 制 约 小 等 优 点 % 已逐渐成为了当代温室的主流 ) ’6(
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日光温室的结构设计与建造
角度
前屋面角： α= φ + lδl - 40º+ c 方位角：偏东或偏西5° ～ 10°
后屋面仰角：30°~45°
五
长度： 适合长度为50 ～60m
度
跨度： 适宜跨度为6～9m
高度
脊高：2.7 ～3.6m 后墙高：1.6 ～2.4m
厚度
墙厚 后屋顶厚
2024年2月2日星期五
第二章 温室设计与建造
15
第二章 温室设计与建造
4
日光温室前屋面角度计算
B 日光 温室 A
α
C
N 地轴
1、理想前屋面角的计算： ①理想状态是指太阳光线垂直照射到 前屋面，透光率最大。 ②以正午太阳高度角进行计算
由黄色三角形可知： ΔABC是直角三角形
纬度φ
∠ABC+α=90º
赤纬δ
Sun
D
O地心
赤道
由蓝色三角形可知：
ΔOBD是直角三角形
指的是什么？
2024年2月2日星期五
第二章 温室设计与建造
24
2024年2月2日星期五
第二章 温室设计与建造
20
Two-span solar greenhouse with south and north section
2024年2月2日星期五
第二章 温室设计与建造
21
本课要点：
一、温室的建造特点
1、整体性： 2、作物适应性： 3、地域性： 4、功能性：
二、温室建造的要求
2024年2月2日星期五
第二章 温室设计与建造
12
日光温室建造实例
2024年2月2日星期五
第二章 温室设计与建造
13
日光温室结构参数的优化设计_以北方农村能源生态模式为例
日光温室结构参数的优化设计_以北方农村能源生态模式为例随着农业发展和人们对食品安全的要求不断提高，温室种植作为一种高效的农业生产方式，在北方农村得到了广泛应用。
其中，日光温室作为一种常见的温室类型，其结构参数的优化设计对提高温室的光热效应具有重要意义。
本文将以北方农村能源生态模式为例，对日光温室结构参数的优化设计进行探讨。
一、日光温室的结构参数1.温室形式：在北方农村能源生态模式中，日光温室通常采用平顶结构，四周带有单层或多层玻璃窗，能够较好地利用太阳光资源。
2.温室长度和宽度：温室的长度和宽度应根据实际种植作物的需求进行确定。
通常情况下，温室的长度应根据作物的生长周期和种植面积来确定，而宽度则应根据光照、通风和作物间距等因素进行适当调整。
3.温室高度：温室的高度对于温室内的温度、湿度和光照等环境参数有重要影响。
一般来说，温室的高度应根据作物品种的生长特点和温室内的种植系统进行选择，以保证作物的正常生长和温室的良好通风。
4.温室材料：日光温室通常采用玻璃作为覆盖材料，其具有良好的透光性和保温性能。
在北方农村能源生态模式中，为了提高温室的保温效果，可以选择使用中空玻璃或夹层玻璃等材料。
二、日光温室结构参数的优化设计1.光照优化设计：在温室的设计中，应合理设置温室的朝向和倾斜角度，为了最大程度地利用太阳光资源，通常将温室的朝向设置为南北向，并根据地理位置和季节来确定温室的倾斜角度。
2.通风优化设计：温室通风是保证温室环境稳定的重要手段。
在温室设计中，应合理设置通风口的位置和数量，以增加温室内外的气流交换，降低温室内的温度和湿度，提高作物生长的舒适度。
3.保温优化设计：在北方农村能源生态模式中，温室保温是一个关键问题。
除了选择合适的温室材料外，还可以通过增加温室的保温层或设置保温设备等方式来实现更好的保温效果。
4.水肥一体优化设计：在温室结构参数的优化设计中，还需要考虑到水肥一体化的问题。
通过合理设置温室内的水源和肥料供给系统，以及温室内的排水装置，可以实现对水肥的精确控制，提高水肥利用率和作物生长的质量。
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２２ 风 荷载 ＿ 风 的强 度 称 为 风 力 ， 用 风级 表示 ， 级 是 根 据 风 对 常 风
自前底 角 向后 至 采 光屋 面 的 ２ 处 为 圆拱 线 ，后 部 １ 部 ／ ３ ／ ３ 分 采用 抛 物线 型 屋 面 。 日光温 室 骨架 选 用斜 拉 花 的钢 平 面
地 面物 体 的影 响程 度 而定 出的等 级 。 了便 于结 构设 计 计 为
西地区 的基本雪压 ，可 由全国基本 雪压分 布图定 为 ０ ． ３
的空气可作 为不可压缩的流体看待。 对于不可压缩流体质
点做稳定运动的伯努力方程 ， 当它在 同一水平线上运动时
的能量 表达 式 为 ：
１。 ＋ ｌｍ Ｃ ＶＶ ｌ ｖ ： ２ （） １
高度为 ０ ５１ 上弦结点间距为 ０ ． ， ２１ １ ．ｍ。 ４
式中：
—静 压 能 ；
的分析 ， 在此基础上 ， 利用 Ａ ＹＳ ． ＮＳ ９０对该温 室骨架结构进 行 了有限元分析。结果表 明， 正常荷载情
况 下 ， 力和 变形 结果 均 满足 结构 强度 要 求 。 应
关键词
日光 温 室
荷载分析
结 构优 化 文献 标 志 码 Ａ
ｄ ｉ ．９ ｗ ． ｓ ． ７ — ８ ｘ２ １ 。２０ ｏ：０３ ６ ｊｓ ｎ１ ３ ８ ７ ．０ ０ ．１ １ ｉ ６ ０ ５
表 １ 构 架 、 盖 物 的 单 位质 量 覆
们在建温室时不能合理选材 ， 造成材料的大量浪费 ， 而 从 使经济效益大打折扣 ， 使温室的推广应用也受到一定程度
的阻碍 ； 第二 ， 在进行温室的设计 中， 经常以空气流 的平均
风速或者瞬时极值风速作为工程设计 的标准 ， 造成有的结
构 可靠 度 不够 ， 的则 过 于保 守 。 有 因此 ， ｌ 温 室结 构 优 化 Ｅ 光 对 满 足 结 构强 度 和 耐 久 性 ， 现 最 优 环境 性 能 ， 高 温 室 实 提
主要发展类型 ， 将在农业发展 中发挥重要作用。
通过 研 究 和考察 发 现 ， 国 的 Ｅ光温 室 还 面 临着 诸 多 我 ｌ 技 术 上 和经 济上 的 问题 ， 主要 体 现在 以下几 方 面 。 一 ， 第 人
对 于温室结构来说 ，恒载主要是指温室本身 的质量 ， 包括梁 、 、 条等支撑结构 的荷载 、 柱 檩 墙体荷载 、 屋面荷载 和永久性设备荷载等 ， 中： 其 支撑结构荷载（ｇ ２ Ｏ ６ ０ ０ 跨度 （ ， ｋ／ ） ． ＋ ． ９ ｍ ＝０ ０ Ｘ ｍ）其作用 方式为按照屋面投影面积垂直 向下作用 。 屋面荷载可按表 １ 的单位面积质量进行计算。
覆盖 物
塑料薄膜 每 １ ｍｍ厚 １ ． ４ 塑料板 每 １ ｌ厚 １ ｍｉ ｌ ． ５
以北方常见的节能 日光温室结构为研究对象 ， 其跨度
７ 脊 高 ３ 前 屋面 角 ３ 。３， 屋面 仰 角 ３。２， ．ｍ， ５ ．ｍ。 ４ ０２ 后 ５２ 前
屋 面投 影 长度 ５８ｍ， 屋 面投 影长 度 １ ． 后 ． ｍ。前屋 面形状 ： ７
２ １ ．２ ０ ０ Ｂ ０
总｜ １ ４期 ｜８
文章编号 ： ７ — ８ Ｘ（０ ）２ ０ １ — ３ １ ３ ８ ７ ２ １ ０ — ０ ０ ６ ０ ５
日光温室的荷载分析及结构优化计算
山西省 河津 市城 建局 芦 永杰 田慧婧
摘 要 以北方 日光温室为研究对象 ， 结构 分析 的角度对 日光 温室所承 受的静动荷载进行 了详尽 从
算， 常常将风速转换为风压来表明风力 的大小 。低速运动
桁架结构 ，上 弦采用钢管 ４ １ ５× ． ，腹杆采用钢 筋 ）． ２５ ２２ ７ ８下弦采用钢筋 西 ２ 用 Ｅ ３ ， １ ， ４ 型焊条焊接而成。 为增加 防
锈 能 力 ， 用 镀 锌 钢 材 ， 接后 ， 焊垢 ， 点镀 锌 层 破 坏 采 焊 去 节 处 刷 防锈 漆 和银 粉 各 ２ 。骨 架 间距 为 ０ ５ 桁 架 断 面 道 ． ８ ｍ，
中 图分 类号
￥ ２． ６ ５１
日 温 室投 资 少 ， 益 高 ， 以周 年连 续 生 产 ， 高 复 光 效 可 提
２ 荷 载 的确定
２１ 恒 载 ．
种指数 ， 符合我国人多地少 的国情 ， 与我 国当前经济水平
相适 应 ， 预计 日光 温 室 在 相 当长 时 间 内 ， 是 我 国 温 室 的 仍
【 收稿 日期 】 ２ １－ ２ ０ ０ ０ － ４ ０
【 编 】 ０ ３ ０ 邮 ４３ ０
【 作者简介】 芦永杰（９ １ ， ， １ ８ —０ 男 山西河津人 ， 工程 师， 主要 从事建筑设计工作。
ＡＧＲＩ ＣＵＬＴ ＵＲＡＬ ＴＥ ＣＨＮＯＬ ＯＧ Ｙ ＆ ＥＱＵＩ ＭＥＮＴ Ｐ
基本雪 压 的取值 以当地 一般空 旷平坦地 面上统
计 所 得 ３ 一 遇 最 大 积 雪 形 成 的 自重 （ 力 ） 定 。 山 ０年 重 确
口一
ｍ —运动流体质点的质量。
由上式 可 得 ， 自由气 流 的 风速 提供 的单 位 面积 上 的 风 压力 为 ：
ｗ 效 益具 有重 要 的 意义 。
构成部分 木质
荷载
ｋ／２ ｇｍ
备注 跨度 （ ｍ）包括排架 、 檩
１＋ ． Ｏ Ｏ４Ｌ
构架
钢铁 铝合金
１＋ ． Ｌ ００ ４ ５ ０１ ＋．Ｌ
梁、 椽子等全部 ， 是水平投影 面的值
估计面积 的值
１ 分析 模 型 的建 立
— — — — — — —
１ ５
芦永杰 田慧婧 ： 日光温室的荷栽分析及结构优化计算
１ 啪 Ｌ 动能 ； ， ２ Ｃ 常数 ； －
式 中： 一雪荷载标准值（Ｎｍ ） ｋ ／ ；
一
屋面积雪分布系数；
本 雪压 （Ｎｍ ） ｋ ／ 。
． 单位面积上 的静压力；
一
空气质 点 的体积 ； 风速 ；