温室玻璃侧开窗毕业设计论文Word下载.docx
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1.9按照温室的屋面形式分类
（1）“人”字屋面温室
（2）拱圆顶温室
（3）锯齿形温室
（4）平屋顶温室
（5）造型屋面温室
2温室的结构形式
2.1塑料大棚的结构形式
此类大棚的结构分为：
竹木结构、钢结构和钢筋混凝土结构。
竹木结构多用在农村，在此不做详细分析，重点分析后两类。
可分为：
2.1.1焊接桁架结构（钢结构）
优点：
解决了竹木结构塑料大棚内部多柱、操作不方便的问题、便于适应各种场合。
缺点：
此结构多为现场作业，工厂化水平差;
结构表面防腐处理技术基本为刷银粉或刷油漆，防腐能力差。
2.1.2钢筋混凝土结构
抗压能力克服了钢结构防腐能力差的问题，较强。
抗拉能力差；
由于构件的长细比比较大，运输和安装过程中很容易扭曲或开裂，限制了产品的供应半径和使用安全度；
此外结构构件的截面面积较大，室内阴影面积过大，不流利于温室作物的采光，因此，这种结构逐步被淘汰。
2.1.3装配式镀锌钢管结构
克服焊接桁架结构表面防腐能力差和钢筋混凝土结构强度低、产品运输半径小的缺点。
2.2玻璃温室结构形式
2.2.1门式钢架结构
特点：
屋面梁和立柱以及屋面在屋脊处的连接为固结形式；
这种结构形式结构内部的弯矩较大，结构用材较多，单位面积用钢量在12--14kg/m2，甚至更高。
2.2.2桁架结构屋面梁结构
采用这种结构，构件的截面尺寸可以大大减小，温室的跨度可以扩大到10m以上，甚至更大，大大增大了温室的内部空间。
2.2.3屋面组合梁结构形式
此类结构采用了桁架，拉杆和腹杆采用简单的钢管或型钢，使温室的承载力大大加强，温室同样可以做成大跨度形式。
2.2.4Venlo型结构
此类结构是比较流行的一种结构形式。
这种结构主要用水平桁架做主要承力构件，与立柱形成稳定结构。
水平桁架与立柱之间为固结，立柱与举柱之间的连接采用铰接。
水平桁架上承担3个销屋面。
传统的Venlo型结构每跨水平桁架上支撑2--4个3.2m的小屋面，形成表尊的6.4、9.6、12.8m跨温室。
这种结构的屋面承力材料选用铝合金材料，即当屋面结构材料，由做玻璃镶嵌材料。
结构计算中，由于铝合金和刚材的强度差异很大，所以，屋面铝合金材料按三角拱结构单独计算，下部水平桁架和立柱组成新的受力体系，再进行单独计算。
宗上所述的各种温室中，Venlo型温室用材量少，屋面结构简单且小，故对温室内遮阴比较小，室内采光度比较好！
2.3料温室结构形式
2.3.1拱圆顶结构
这种温室结构简洁，受力明确，用材量少，在风载荷较大的地区应用较多。
为了增强温室结构的承载能力，在大风或多雪地区，温室的屋面结构常做成整体桁架结构。
2.3.2锯齿型结构
塑料温室屋面做成锯齿形的结构方式大致与拱圆形屋面结构相同，常见的有屋面桁架结构和屋面梁桁架结构两种。
但在育苗温室上，为追求室内光照的均匀性，便于悬挂自行走式喷灌车和安装室内遮阳保温幕，也将Venlo型温室结构应用到锯齿形屋面上。
3温室设计载荷
温室结构载荷，是指施加在温室结构上等各种作用，分为永久载荷和可变载荷两类。
永久载荷指使用过程中其值不随时间变化或其变化与均值相比可以忽略不计的载荷，主要包括温室结构、透光覆盖材料及永久设备（如加热、降温、遮阳、灌溉、通风、补光等永久性装备）自重。
可变载荷则指温室使用过程中其值随时间变化，且其变化与均值相比不能忽略的载荷。
主要包括风载荷、雪载荷、作物载荷、竖向集中载荷（工作人员维修载荷）、可变设备载荷（室内吊车、屋面清洗设备等）。
3.1永久载荷
（1）永久载荷
建筑结构自重根据用材种类和选取的构件截面面积乘以截面面积计算。
可查温室工程设计手册[1]表1-25
（2）透光覆盖材料自重
根据覆盖材料种类及其相应的自重计算。
可查温室工程设计手册[1]表1-26
（3）永久设备载荷
1 加热系统和灌溉系统中主供回水管的自载标准值取水管装满水的自重。
2 遮阳保温系统的载荷按材料自重计算数值载荷，并按压/托幕线或驱动线数量计算水平拉力。
3 喷灌系统采用水平钢丝绳悬挂时，每根钢丝水平方向最小作用力按2500N计算，当采用自行走式喷灌车灌溉时每台车按2KN的运动载荷计算。
4 补光系统自重由供货商提供，400W农用钠灯（含镇流器和灯罩）的重量按0.1kN计。
5 通风及降温系统自重由供货商提供，湿帘安装在温室骨架上时，按全部湿帘打湿考虑。
6 温室内永久设备载荷难以确定时，可以按照70N/m2的竖向均布采用。
3.2可变载荷
（1）竖向集中载荷
竖向集中载荷指工作人员维护和检修时产生的临时性载荷。
温室主要受力构件（梁、柱、天沟等）要考虑1kN的竖向集中载荷，并按照最不利作用位置验算。
（2）作物载荷
作物载荷指由结构悬挂的作物所产生的载荷。
可查温室工程设计手册[1]表1-27
（3）移动设备载荷
移动设备载荷根据供货商提供的有关数据确定，包括遮阳保温幕、自走式喷灌车、吊挂式运输设备等。
（4）风载荷
垂直于建筑表面的风载荷标准值，按下述共识计算：
当计算主要承重结构时：
（1—1）
当计算维护结构时：
（1—2）
式中Wk——风载荷标准值，kN/m2
——风压高度变化系数；
——风载荷体形系数;
——高度z处的阵风系数；
W0——基本风压，kN/m2
1 基本风压基本风压按下式计算
（1—3）
式中I——结构重要性系数；
V——基本设计风速，m/s。
查GB50009—2001得到郑州市的W0=300KN/m2
2 风压高度变化系数
风压高度变化系数根据温室建者地区的地形条件和距离地面或海平面的位置确定。
具体问题可查温室工程设计手册[1]。
郑州地区取值为1.00
3 风载荷体形系数
温室主题结构强度和稳定性计算时，风载荷体形系数，根据温室的外形，可查温室工程设计手册[1]图1—23采用。
郑州地区取值为-0.5
4 阵风系数
计算维护结构风载荷时的阵风系数根据温室高度和地面粗糙度，可查温室工程设计手册[1]表1—23确定。
郑州地区取值为1.88
因此此次设计在郑州地区的Venlo型温室按公式1—1计算可得：
（5）雪载（SK）
雪载荷就时作用在温室屋面水平投影面上的雪压。
其标注之计算的表达式：
（1—6）
式中S0——基本雪压标准值（kN/m2）
——加热影响系数；
——屋面积雪分布系数
1 基本雪压
GB50009—2001给出了全国各气象台站测定的10年、50年和100年一遇的基本雪压。
温室设计中根据温室的使用年限（表1—29）按公式（1—4）换算可得到相应的设计用基本雪压值。
郑州地区取S0=450kN/m2。
但在进行这种代替时还要考虑积雪的密度，因为新雪与陈雪的密度相差可从100kg/m3以下到500kg/m3以上，主要取决于积雪时间和气候条件。
对室内温度长期保持在40C以上的加温温室，屋面积雪可按新雪考虑，积雪深度与积雪密度之间的关系按温室工程设计手册[1]表1—33换算。
2 加热影响系数Ctg
加热影响系数是为了考虑温室加温方式和屋面采光材料的热阻对雪载的影响。
对加温温室，其加热影响系数可查温室工程设计手册[1]表1—34选取；
对于不加温温室或接些加温温室，加温影响系数均按1考虑。
郑州地区取值为0.6
3 积雪分布系数
积雪分布系数根据温室的屋面形状可查温室工程设计手册[1]图1—25选取。
郑州地区取值为0.8
因此此次设计在郑州地区的Venlo型温室按公式1—6计算可得：
4玻璃覆盖的强度校核
作为传统的透光材料，玻璃在大多数地处寒冷气候的国家仍然是温室常用的覆盖材料。
荷兰90%的温室采用玻璃覆盖。
建造玻璃温室采用的普通玻璃一般为浮法平板玻璃，通常选用4mm、5mm厚两种规格，欧美等地区常选用4mm厚玻璃，仅在多雹地区选用5mm厚的规格。
因为在郑州地区选用4mm厚玻璃即可。
温室玻璃覆盖材料除了承受本身的自重外，作为温室维护结构的玻璃主要承受风载荷。
屋顶斜面安装的比例除了承受风载荷外，还承受雪载荷等落物载荷，如果是上人屋面，还需要承受检修载荷。
此外，现代建筑中，玻璃覆盖一般还要考虑其承受热应力的能力以及抗人为冲击破坏的能力。
建筑比例由于外部约束使玻璃升温所产生的膨胀不能自由发生，或由于玻璃板面内接受光照的情况不同，或是由于玻璃板面内的散热情况不同，而使玻璃内部形成热应力当热应力积聚超过玻璃边部的抗拉强度时，热炸裂发生。
热炸裂是一个多因素问题，受到玻璃自身性能、质量和外部条件的复杂影响。
在温室生产建筑中，通常采用浮法玻璃，基本上不采用吸热玻璃，在保证选用的浮法玻璃质量符合国家产品标准以及玻璃淡妆固定符合规范程序的基础上，温室上的玻璃覆盖基本可以不考虑热应力破坏。
对于人为冲击破坏，由于温室功能的特殊性，大部分并不是人流很大的场所，用安全玻璃（夹层玻璃或钢化玻璃）成本台高，大规模采用是不现实的，只能在人流量大的温室内局部采用，最好通过其他措施（如加强管理、加装保护栏杆和花盆等装饰物、贴醒目标志、玻璃底边与地面保持一定距离等）来避免玻璃破裂对人体伤害的发生。
4.1玻璃的强度特征
玻璃是最具有代表性的脆性材料。
其破坏特征是由于拉应力产生表面裂缝而破裂，且到破坏为止，其应力、应变都几乎成线性关系（图2-1），弹性模量约为7.0
107kpa；
破裂时载荷的大小不一，同一批、同一尺寸规格的玻璃受弯试件侧的的弯曲抗拉强度范围为70—160kN/mm2，破坏强度是离散的；
玻璃强度值与玻璃的热处理和化学处理方式、测试条件如加载方式、加载速度、加载持续时间等都有关系。
玻璃强度如此分散的原因在于玻璃表面存在着无数用肉眼无法看到的微小裂纹。
在拉应力作用下，微裂纹产生应力集中，使裂纹尖端处的应力远远超出平均应力，当达到并超过临界应力时，引发裂纹迅速扩展，最终导致玻璃破损。
玻璃的强度设计值（允许的载荷值）与玻璃类型、玻璃面积、玻璃的厚度、边长比、失效概率或安全因子等因素有关。
根据建筑物的重要性和玻璃的使用数量，选定比例强度的失效概率，并进一步确定安全因子。
我国建筑标准中规定安全因子取值为2.5。
安全因子与失效概率的关系可查温室工程设计手册[1]表2—1。
4.2玻璃抗风压设计
1.风载荷标准值
风载荷作用是所有玻璃覆盖设计时必须考虑的，通常也是玻璃承受的最主要载荷。
玻璃维护结构的风载荷标准值为：
（4—1）
式中
——高度z处的阵风系数
——风载荷体型系数
——风压高度变化系数
——基本风压，kpa
1 基本风压
查GB50009——2001可得郑州地区的基本风压值为300kpa/m2
2 阵风系数
由于作用在建筑物表面的风力是随时间变动的载荷，具有阵风性质，对于这种脉动性的外力，具体系数可查《建筑结构载荷规范》得知。
3 风载荷体型系数
该值与屋面外形有关，具体可查温室工程设计手册[1]图2—2。
4 风压高度变化系数
其值与建筑物所在的地面粗糙度有关。
在郑州地区，温室建筑高度小于10m，因此，取
=1
由第三章中的计算得知郑州地区的设计风载荷为150kpa，我国规定最小风载荷标准值取0.75kpa。
当玻璃受到小于0.75kpa的风载荷作用时，为安全起见，也应按0.75kpa进行计算。
2.玻璃抗风压强度校核计算
此次设计的温室中的玻璃为两对边支撑的玻璃。
两对边支撑玻璃的强度校核按式（4—5）进行：
（4—5）
式中
——风载荷标准值，kpa
L——玻璃的跨度，m
T——玻璃的厚度，mm
——抗风压调整系数，间表2—2
F——安全因子，一般取2.50。
选取4mm厚的普通玻璃，查设计手册得到玻璃的标准，取抗风调整系数
为1.0；
选取1125mm
1000mm的玻璃，故其跨度L为1.125m；
将以上数值带入公式4—5得：
设计结果为0.256kpa，而前面设计中已说明在郑州地区所取的设计风载荷为0.75kpa，故经校核合理。
3.玻璃抗风挠度校核
（1）挠度限制
玻璃受风载作用会产生变形，变形过大会对周边约束结构产生一系列不利作用，造成玻璃边部脱落等现象或引起结构破坏，因此，对玻璃的变形量应有做限制。
在温室设计中，对于玻璃支座最大位移，通常采用不超过跨度的1/180进行设计；
对于玻璃板面的最大挠度，一般采用不超过跨度的1/70进行设计。
（2）挠度校核计算
对于两对边支撑挠度计算，可采取公式（4—6）计算。
（4—6）
——玻璃板中心的挠度，mm；
L——支撑边的跨度，mm；
t——玻璃的厚度，mm；
——风载荷标准值，kpa；
E——玻璃的弹性模量，取7.0x107kpa；
——系数，见表2—3。
在此设计中，L=1m，t=4mm，根据前面的计算得知
=0.256kpa，查温室工程设计手册[1]表2—3得知
=1.63，分别将它们带入公式得：
由玻璃的挠度限制得知：
对于玻璃板面的最大挠度，一般采用不超过跨度的1/70进行计算，
1125/70=16.0714（mm）>
8.742（mm）,
故，合理。
4.3倾斜玻璃屋面的强度计算
温室屋面的玻璃覆盖除了像四周垂直安装的维护玻璃墙面那样承受风载荷外，还要承受雪载荷、冰雹等落物载荷。
因袭，温室玻璃屋面应根据实际情况，选择适当的设计载荷，并进行刚度核算。
1.温室玻璃屋面的设计载荷
根据《建筑玻璃应用技术规范》（JGJ113）的规定，温室玻璃屋面的设计载荷取值如下：
（1）上人屋面玻璃的设计载荷设计载荷按集中活载荷和均布活载荷两种情况给出，设计计算时，需要同时考虑两种情况的结果，并取结果较为保守的数值。
1 中央集中活载荷在玻璃板中心直径150mm区域内，应能够承受垂直于玻璃表面的活载荷1.8kN；
2 均布活载荷按非居住建筑考虑，温室玻璃屋面应能承受3kpa的均布活载荷
（2）不上人屋面玻璃的设计载荷
由于温室屋面的倾角一般小于300，此时，屋面玻璃版中心点直径150mm的区域内应能承受垂直与玻璃表面的几种活载荷1.1kN。
2.玻璃的设计允许应力
目前，可用于温室屋面的玻璃种类很多，玻璃的强度各不相同。
设计时，为了避免无谓的浪费，可参照温室工程设计手册[1]表2—5给出的几种玻璃设计允许应力和表2—6给出的不同玻璃板厚对应的圆柱刚度进行计算校核。
查表分别得到普通玻璃的设计允许应力15.2Mpa；
4mm厚的普通玻璃的圆柱刚度为172n.m
3.设计计算
倾斜玻璃屋面的设计校核一般对其应力和刚度进行验算，应求玻璃的最大应力不超过其设计应力，最大挠度不超过跨度的1/70。
根据玻璃的设计载荷、玻璃支撑情况及玻璃的种类，应在设计玻璃的板面尺寸和钢度的情况下，验算玻璃最大应力是否超过其设计应力要求。
如果超过，则应重新设计进行验算。
由于该设计中玻璃板的最大挠度和最大应力在板下中心产生，分别按公式（4—9）和
（4—10）计算。
（4—9）
（4—10）
——最大挠度，m；
——最大应力，Mpa；
、
——计算参数，其数值与玻璃的长度比有关，见表2—7和表2—8；
q——均布载荷，pa；
a——玻璃短边长，m；
t——玻璃厚度，mm；
D——圆柱刚度，n.m见表2—6。
在上述中的数据中各参数的取值经查表后得：
=5.06x10-3
=0.333q=366paa=1mt=4mmD=172N.m，将查到的数据分别带入公式4—9和4—10得到：
经校核后，玻璃的最大挠度和最大应力均在安全范围内。
4.4玻璃的安装
1.玻璃的安装结构
玻璃的安装结构分为两种：
有框架安装结构和无框架安装结构。
有框架安装结构是指玻璃周边都有框架支撑，并且要求玻璃边缘全部被框架槽口或凹槽口包围封闭，周围框架具有足够的承载强度和刚度，不满足这一要求则被视为不框架安装结构。
温室基本都采用有康佳安装结构。
（1）玻璃安装的原则
为了保证整个安装结构的安全性、可靠性和耐久性，安装时遵循以下原则：
1 玻璃的板面，厚度尺寸应根据玻璃承受的有效载荷强度确定，玻璃受载荷作用最大弯曲形挠度一般不应大于跨度的1/70。
2 固定玻璃的框架应有足够强度，防止因框架变形使玻璃破碎。
框架变形一般采用不超过跨度的1/180进行设计。
3 玻璃周边应与框架留有合适的间隙，局部用弹性材料填充，应避免安装应力。
（2）覆盖玻璃的选择
作为温室覆盖材料，大部分选用4mm、5mm两种规格的浮法平板玻璃，其技术要求应符合我国国家标号尊GB11614中的有关规定。
为减少安装时玻璃的损耗和现场加工量，玻璃采购时应认真分时温室用材特点，选用适宜的规格，且规格不宜过多。
因此在此设计中采用了4mm厚的玻璃。
（3）玻璃安装材料
玻璃安装材料包括安装块和密封材料两类。
安装块的目的是为了与框架的直接接触，保护玻璃周边不受损坏。
包括支撑块、定位块、兼具片三种。
密封材料用于玻璃与框架结合部位的连接，它在玻璃安装结构中其密封和辅助固定作用，温室上的大部分密封胶条看直接起到密封和固定玻璃的双重作用。
密封材料应有足够的承载和抗拉强度，同时具有良好的弹性、耐久性、黏合强度和相容性等，以保证在恶劣的环境气候条件下玻璃安装结构对建筑物的水密性和气密性等功能作用。
2.玻璃的维护和保养
为了建房地破损率，保证玻璃的使用寿命和在使用其面争抢发挥其功用，在整个施工过程中和安装完成后，应对玻璃进行适当的维护与保养。
1 施工前的储存和维护玻璃应储放在干燥、隐蔽的场所，远离水和阳光照射。
尽量采用立放，放在木制或橡胶垫的架子上。
叠放时，应在玻璃之间垫上一层纸，以防在此搬运时，两块玻璃相互吸附在一起，绝对禁止玻璃之间净水，因为玻璃之间的水膜几乎不会蒸发，会吸收玻璃的碱成分。
应保证搬运道路畅平，高、宽要留有余地。
2 施工过程中的注意事项在搬运玻璃之前，必须查明玻璃边缘没有容易造成破裂的伤痕，没有裂纹。
在施工工程中，不要让玻璃碰上坚硬的物体，不应在玻璃下面垫坚硬的物体，可垫上木块或橡胶垫。
避免焊接火花落在玻璃上，也应防止涂料、砂浆的污染。
3 使用中的清洗和维护大部分温室用于花卉和蔬菜的等植物的生产，玻璃在没有污染的状态下，温室内采光充分，适宜植物的生长和发育。
随着使用时间的退役，玻璃表面将受到烟雾粉尘等的不断污染，一起玻璃透光性能的下降，从而影响温室的使用。
因此在温室生产使用过程中，应根据受污染的程度，适时清洗玻璃覆盖表面保证温室的正常采光和作物的正常生长。
5开窗系统设计
5.1侧开窗系统设计
温室开窗系统是指在温室中使用电力或人工，通过开窗传动机构将温室顶窗或侧窗开启和关闭的设备系统，本章主要讲述现代温室中常用的，依靠电力驱动的推拉开窗系统的设计。
温室开窗系统主要用于温室的自然通风。
自然通风对温室的使用和种植是非常有必要的，它可以有效调控室内气温、温度和CO2浓度，达到满足室内栽培植物正常声场要求的需要，而且自然通风所需的开窗系统设备投资费用不高，运用管理费用也很低，遮阳面积小，不妨碍室内的生产作业。
5.2特点
推拉开窗机构是目前最常见的一种开窗机构，其核心部件为链轮圆钢，附属配件随机构整体的不同而有差异。
推拉侧开窗机构性能稳定、运行可靠安全、承载力强、传动效率高、运转精确、便于实现自动控制，因此是大型连栋温室侧开窗机构的首选形式。
5.3主要部件产品与系统参数选择
1.主要部件产品规格
推拉开窗系统的主要部件包括减速电机。
链轮和链条、圆钢、涡轮减速器等。
减速电机的规格和技术参数可查温室工程设计手册[1]表4—4；
链轮和链条的规格和技术参数见表3—6、3—7及
3—8；
圆钢的规格和技术参数见表3—9；
涡轮减速器的规格和技术参数见表3—10。
查出一系列的结果为
减速电机的规格和技术参数表：
名称
参数
扭矩
（n.m）
转速
（R/min）
功率
（kw）
电压
（V）
减速电机1
30
2.6
0.041
380,3相
减速电机
0.033
380，3相
链轮与链条技术参数表：
型号
长度/行程
（mm）
推力
（n）
速比
单圈行程
重量
（kg）
链轮
THG24S.1
L3200/750
2400
17.36
2.76
40.84
14.5
涡轮减速箱技术参数表：
额定扭矩（n.m）
额定转速
（rpm）
重量（kg）
GWL240涡轮减速箱（R）
240
19.6
35:
1
11
GWL240涡轮减速箱（L）
2.系统参数选则
温室推拉开窗系统参数的选择主要根据开窗材料，窗户的大小和数量其确定，在上述参数确定后，计算载荷，通过查表确定电机和减速器以及链轮规格。
参数选择可参照温室工程设计手册[1]图3—11、表3—15、3—16得到，得到的结果如下表：
参数名称
代号
数值
单位
覆盖材料：
玻璃
4
mm
载荷
115
N/m2
圆钢1
Rf
1.6
m
Rg
2.25
每窗格长度1
ra
每窗格长度2
Rb
窗分格数1
rn
窗分格数2
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