连栋温室钢结构框架稳定设计研究

芮娟

摘要：作为我国连栋温室结构设计的要点，我国的工业和民用建筑钢结构十分注重稳定性。传统的钢结构稳定设计存在一些问题，如无法真实反馈出温室中薄壁小界面的力学反应，进而会增加钢材的用量。本文针对连栋温室结构设计要点进行分析，设计出一种可考虑柱间断作用，可提升生产稳定性的设计方式，希望能够为温室钢结构的框架设计有所参考借鉴。

关键词：连栋温室;钢结构;框架稳定设计

目前，我国国内生产的连栋溫室都采用轻型钢结构，其内部的梁采用桁架或者是钢管结构。立柱采用的是薄壁钢管。在实际的生产中也可以采用单元组合的方式形成多跨径的综合连跨结构。若采用传统的方式来计算轻型钢结构的稳定性，可能因为材料用料过多，无法反馈结构的正式受力情况。通过分析钢结构的稳定设计理论和实际的实践成果，可结合钢结构的失稳特点进行分析，结合其整体的性质特点，对等高，多跨度的生产型温室钢结构进行设计，希望能够真实反馈结构的力学特点，保证结构安全的前提下降低钢材用量。

1.温室结构的类型和构造特点

山形屋面温室结构采用的是门式钢架结构，跨度大于8m时候需要在门架梁中间安插一个拉杆，而温室的柱脚可以采用铰链或者是刚连接。一般跨度为开间的两倍。如开间为3m时候，跨度为6m。

Venlo温室结构采用的是屋面轻钢梁联合桁架结构。其中温室的内部柱脚有杆连接和铰链连接两种形式。常见的跨度为9.6m、12.0m、12.8m;常见的开间一般为4m、5m。

三铰拱屋架温室结构采用了吊杆和小桁架结构连接的方式。屋架的上弦为小桁架、屋架的下弦为吊杆和轻钢拉杆。其中屋面采用的是有檩体系，柱脚为铰连接和刚连接两种形式。跨度可为9.6m、15m;开间多为3m、5m。

拱形屋面温室结构也十分常见，这种结构的柱脚采用的是刚接和铰接，柱和梁都采用的是钢结构，其中的跨度为8m、10m左右;开间可为3m、4m。

锯齿形屋面温室结构剖面呈锯齿形，柱脚采用的是是铰接和刚连接，梁和柱子仅采用刚接，屋面设置了檩条。

2.相关设计研究分析

2.1相关计算长度系数分析

实际上，框架柱脚的平面内部的稳定考虑因素较多，需要考虑长细比和压杆稳定系数等内容。计算系数确定时候要考虑框架是否发生侧移弯曲。对比可知，温室屋盖若采用的是三角形桁架结构，而桁架顶端和柱子采用钢架连接，梁的线刚度需要取端部上下弦界面惯性矩之间和端部节间水平长度的距离（2倍）。但是系数计算时候也存在一些失稳的问题。如实际的情况中柱子侧移产生屈曲的影响因素较多，一个柱子不能够发生单独侧移，侧移是多项因素整体影响产生的结果;而计算长度系数考虑的环境为理想的轴压框架模型结构，整个结构中没有弯矩和初始侧移，实际的框架上面有荷载，初始的弯矩和弯曲综合影响因素;而计算系数确定对象是弹性，实际的生产环境中是弹塑性结构。

2.2对框架侧移失稳问题分析

框架的抗侧刚度值K和结构稳定性有直接关联，因此可以从分析线性结构来确定K值。设计显示，在没有侧移失稳的水平作用力影响下，框架会产生较大的水平侧移，指的是框架此时无法正常抵抗水平的作用力，即使结构抗侧刚度消失也无法解决这一问题。现代的研究结果显示，框架的抗侧刚度K值会因为竖向荷载的影响让K从大于0变成0，这一结果的原因是竖向荷载是一种负刚度的荷载，会和框架正刚度发生抵消。而计算框架的临界荷载后，可通过反算的方式得到荷载的等效负刚度。经过计算，临界荷载值和现实的最大误差一般在10%以内，验算时候可以先设定一个虚拟的荷载工况环境，并逐一在每一个柱子顶端增加水平力，进而计算出每一个柱顶端的位移。

2.3同层中各个柱子之间的相互作用力

可借鉴传统的长度计算系数进行多框架算例验算。如可以联合结构力学的矩阵位移法得到层抗侧刚度。曲屈时候，柱子的失稳的倾向较大，而受到轴力的影响来计算长度系数，对比传统的处理方式这种方式更加精准，而且同层各柱子的相互作用力需要结合《钢结构设计规范》、《冷弯薄壁型钢技术规范》等来确定稳定设计的系数。但是这种计算系数方式也存在一些问题。

对于受力较大的柱子会受到周围的受力小柱子提供的支撑作用影响，若支撑作用的力度足够大，按照计算和规范的长度就会小于框架无侧移失稳的长度，因此需要考虑无侧移失稳的环境来计算长度。第二，在风荷载的作用下，一些轴力较小，若按照层稳定系数公式来计算长度，可能会为影响其他的柱子的长细比，因此建议验算集合长细比。第三，在轴向力小或者接近于零的状态下，柱子的受力影响因素较多，不光长细比，稳定系数查表存在问题，若按照常规的方式进行计算结果可能有较大问题，因此需要寻求其他的改进方法。

2.4整层失稳模式的稳定性设计研究

结合整层失稳的框架稳定性计算分析，层稳定系数也反可能反应框架有侧移失稳的运动情况，具体设计时候不需要确定柱子的侧移失稳的相关系数，同时也简化了稳定计算的内容。层稳定系数的计算公式运用了《钢结构设计规范》相关内容，其中长细比也采用的是层长细比来计算。按照整层的失稳情况来分析，柱子的稳定性需要单独计算，而且在完全弹性的框架结构中，弯矩对框架的结构性没有影响的，但是材料若是弹塑性的实际框架结构，会影响整个儿框架的稳定性。因此每一个柱的稳定性系数确定都要分析线性环境。

3.结语

综上所述，本文总结分析了当前常见的生产温室结构类型，结合稳定性理论和工程实际的施工进行了论述。并结合计算长度和层稳定内容进行了探讨，希望能够为优化现代温室结构设计有所参考借鉴。

参考文献：

[1]齐飞，童根树.连栋温室钢结构框架稳定设计方法[J].农业工程学报，2009，25（09）：202-209.

[2]李凯.连栋温室钢结构框架稳定设计研究[J].科技与创新，2016（23）：114-115.

[3]梁志文.连栋温室钢结构框架稳定设计的探讨[J].低碳世界，2016（36）：183-185.

[4]陈斌.桁架拱塑料大棚骨架受力性能与灌浆加固研究[D].黑龙江八一农垦大学，2016.

[5]包立辉，张翔.农用塑料薄膜大棚结构稳定性国内发展研究[J].机电技术，2012，35（06）：186-188.