日光温室屋面结构优化及基于BIM建筑表现研究

【摘要】：我国设施农业面积位居世界第一,但与荷兰等设施农业发达国家相比,我国设施农业仍存在很多不足。随着世界经济、科技的快速发展,日光温室作为最重要的农业设施,其智能化、模块化、绿色化的水平越来越高,但我国日光温室研究由于发展慢,随着日光温室的大面积发展,温室结构设计标准不规范的问题开始逐步凸显。本文主要研究结果如下:(1)基于结构力学、园艺学等理论,推导出适用于各纬度带地区日光温室后屋面水平投影宽度的计算公式,通过此公式可计算出温室后屋面水平投影宽度的合理范围值,并根据温室内种植作物的喜温喜凉特性进合理选择,相比以往理论计算公式更加灵活,可为日光温室规范化设计提供参考。(2)从日光温室获得最大采光量的角度,基于日光温室直射光辐射量计算软件对日光温室结构进行优化设计,以杨凌地区常见的日光温室为例(跨度为10m,长度为100m,脊高为3.6m,后屋面角为36°),当优化后的日光温室脊高增加至4.73m,温室后屋面内侧角增加至42°时,温室后墙及后屋面的累积辐射量与优化前相比可增加9.76%,较为显著的改善了温室的保温蓄热性能,有利于温室冬季作物的增产,同时,优化后日光温室的采光曲线屋面也由10.70m减至了10.67m,增加了日光温室建筑的经济性,为杨凌地区日光温室设计提供了科学依据,也为其他地区日光温室结构的优化设计提供了参考和新的思路。(3)在从获得最大采光量的角度对温室结构优化后,根据ANSYS结构分析软件对日光温室桁架结构的稳定性和经济性进行优化设计。以杨凌地区日光温室为例,与传统温室结构相比,优化后的日光温室桁架结构腹杆数量减少1/3,节省3.5%的用钢量,并以铰接的方式代替焊接,既减少了工程量,又避免了因焊点过多造成的质量隐患,为杨凌地区日光温室结构的优化设计提供了科学依据。(4)基于Revit软件对优化后的日光温室进行可视化及参数化设计并得出日光温室工程量明细表。根据Revit日光温室模型,施工方可通过动画漫游的方式对温室内部构造进行参观,并对日光温室内部线路碰撞进行检查,有利于温室规范化推广,为现代日光温室绿色化、智能化、模块化发展提供了新思路。本研究对日光温室的结构优化设计理论及对温室建筑模型的设计方法充分考虑了温室的采光性能和温室结构的安全性及经济性,可以在实际生产中进行一定的推广应用。