蔬菜是湖南省种植业的第一大产业，是农业和农村经济的重要支柱产业，2019年蔬菜的播种面积达131.3万h㎡，在全国排名第8，总产量3 939.4万t，居全国第7位。《湖南省“十四五”农业农村现代化规划》提出全链条打造十大千亿产业，蔬菜产业是其中之一，湖南省位于长江流域冬春蔬菜优势生产区，地理环境和气候条件适宜发展蔬菜产业，在长期发展过程中形成了具地域特色的设施蔬菜栽培模式。
塑料大棚是我国最常见的园艺设施类型，能充分利用气候条件，使蔬菜生产减少自然环境条件中不利的影响，实现周年生产，在我国南方地区主要利用塑料大棚搭配遮阳网、防虫网等，应对冬春季的阴雨、低温环境，和夏季、早秋季的烈日、高温、强降水，为蔬菜生产提供适宜的温、光、湿环境条件，用于蔬菜春提早、秋延后栽培，在增加土地利用率、提高蔬菜产品品质与种植生产效益方面有着重要作用，因而受到种植者欢迎并且广泛发展。而当前农业生产中普遍使用的塑料拱棚在夏季的避雨降温效果差，严重影响南方地区伏季蔬菜供应，亟需一种能实现越夏栽培的避雨降温的大跨度塑料拱棚。基于此改良建造出大跨度不等高大棚，以期为蔬菜越夏生产，增产增效提供帮助。
1 术语和定义
单栋塑料大棚的骨架由热浸锌钢管组成，包括立柱、拱杆、纵拉杆、斜撑、门等。
①大棚跨度 跨度又称宽度，指垂直大棚方向，棚内拱架两端之间的水平距离。
②大棚高度 大棚的高度分为脊高（又称顶高）和两侧的肩高，脊高指大棚骨架最高点至地面设计标高的高度。肩高指从内地标高到天沟下沿的垂直距离。
③立柱 大棚主要支柱，用以支撑拱杆和棚面。
④拱杆 又称拱架，用以支撑大棚的覆盖物，将屋面荷载传递至天沟或立柱，并承受风、雪等荷载的拱形构件，还决定大棚的性状和空间。
⑤纵拉杆 又称纵梁，纵向连接拱杆、立柱，使大棚的各单元集合成为一个整体。
⑥斜撑 传递相邻两拱杆间纵向力的承力构件，是保证排架结构纵向稳定性的主要构件。
⑦压膜线 又称压杆，位于两拱杆间，使棚膜绷平压实。压膜线两端用大棚两侧的地锚固定。
⑧地锚 大部分埋于地下，连接大棚压膜线。其抗拉拔能力强弱是决定大棚风荷载大小的重要因素。
⑨荷载 大棚的荷载分为永久荷载（又称恒荷载）和可变荷载（又称活荷载），前者包括大棚构架的质量、覆盖物的质量等，后者包括风荷载、雪荷载、作物荷载等。
2 大棚结构与性能参数
大棚（图1）总跨度16~20 m，单侧跨度8~10 m，脊高为4.5~5.0 m（高拱架单元脊高5.0 m、低拱架单元的脊高4.5 m），肩高不应低于2.0 m，拱架间距为1.0~1.2 m；大棚朝向（屋脊走向）宜按南北布置，大棚群间距在跨度方向为1~2 m，在长度方向不应小于3 m。大棚长度在30 m以上的棚内设立2排立柱，立柱横向间距1 m，纵向间距4 m。
大棚的荷载符合GB/T 51183-2016《农业温室结构荷载规范》的要求，风载＞0.25 kN/㎡，雪载＞0.3 kN/㎡，恒载＞0.55 kN/㎡，作物荷载＞0.15 kN/㎡。
3 建造材料
3.1 拱架材料
拱架材料均为Q235A型热镀锌材料，钢管的锌附着量不低于570 g/㎡，镀层厚度不低于80 μm，并符合《金属覆盖层 钢铁制件热浸镀锌层 技术要求及试验方法》（GB/T 13912-2020）的相关规定。大棚主体钢结构设计使用年限应为10年。立柱为热镀锌方钢管，规格35 mm×35 mm×2.0 mm，符合《结构用冷弯空心型钢》（GB/T 6728-2017）的有关规定；拱架及其伞形撑、门头柱和纵拉杆、斜撑的材料均为φ32 mm×2.0 mm热镀锌圆管，卷膜杆及其卷膜立柱的材料均为φ25 mm×1.8 mm热镀锌圆管。
3.2 覆盖材料
棚膜应满足种植作物的采光要求，透光率不应低于85%。可以选择乙烯-乙酸乙烯酯共聚物薄膜（EVA），厚度0.08 mm以上，质量符合《农业用乙烯-乙酸乙烯酯共聚物（EVA）吹塑棚膜》（GB/T 20202-2019）的有关规定；也可选用聚乙烯（PE）或聚氯乙烯（PVC）膜。
防虫网安装在大棚两侧通风口上和顶部天窗下，选择幅宽2 m的29目尼龙防虫网，质量符合现行《温室防虫网设计安装规范》（GB/T 19791-2005）的有关规定。塑料薄膜、防虫网、遮阳网等覆盖材料的使用寿命不应低于1个种植季节。
3.3 配件材料
配件材料主要包括钢丝夹（φ3.4 mm碳素弹簧钢丝热镀锌）、U形卡（U型螺丝为φ6 mm热镀锌钢筋，压板为厚度2 mm热镀锌钢板）、固定夹箍（厚0.7 mm，热镀锌）、卡槽（厚0.7 mm，高锌层）、卡槽连接片（厚0.8 mm）、卡槽固定器（厚1.5 mm，热镀锌）、卡簧（φ2.5 mm热镀锌）、卡箍（内含钢丝的塑料卡）、拱架连接弯头和丁字连接卡等专用连接件、管头护套、螺钉、卷膜器等。所有配件材料的选用均须满足强度要求，紧固件等配件材料应符合《钢结构工程施工质量验收标准》（GB 50205-2020）的有关规定，热镀锌钢板材料质量应符合《建筑用连续热镀锌钢板及钢带》（YB/T 4457-2015）的有关规定，卡簧材料应符合标准《油淬火-回火弹簧钢丝》（GB/T 18983-2017）的有关规定。卡槽和卡簧使用年限不低于5年，压膜线使用寿命不低于1个种植季节。
4 建造安装
4.1 选址与田间定位
综合交通情况选择地势平坦、灌溉排水方便、土质肥沃、地下水位低、无污染和四周无遮挡物背风向阳地块。建造前清理前茬作物，平整好土地。然后根据道路、当地环境等因素，在建造前进行定位，吴昆等研究表明，大棚走向应垂直于所处地域夏季主导风向。
4.2 拱架安装
高、低拱架单元根据要求现场弯制组装，肩高2.0 m，高拱架单元的脊高5.0 m、低拱架单元的脊高4.5 m，高、低拱架单元的脚部切线与地面成85°角。拱架单元之间以钢丝夹通过纵拉杆相连。高拱架单元弧线段的上端部在水平方向上覆盖低拱架单元弧线段的上端部，屋脊沿竖直方向设置在高拱架单元的弧线段与低拱架单元的上端之间，在竖直方向上，屋脊的长度不低于1.5 m；高拱架单元的顶端比低拱架单元多出0.5 m长度，避免雨水从顶通风口进入棚内。
每隔3个拱架单元，在屋面拱杆上设置拱架弦杆（也称水平拉杆），屋面与水平弦杆间用不对称的倒“M”形吊杆相连，能显著减小屋面拱杆自身内力，增加拱架整体承载力，还能拓展拱架弦杆的作用，将其用于作物种植和设备的吊挂（如藤本作物改搭架为垂线引蔓、棚内遮阳或保温设施的固定等），且将拱架弦杆改传统安装于柱顶，为上移安装至屋面拱杆，能提高大棚的棚内净高。
4.3 立柱与横梁安装
在混凝土基础上架设2排立柱，立柱垂直于地面，埋深0.5 m以上，长细比小于150。立柱上方安设横梁和斜撑，用以增强大棚的整体抗性。立柱上端分别与高拱架单元和低拱架单元连接，下端与地面固定。横梁设置在棚架单元内，其中至少1个横梁沿水平方向的两端分别连接低拱架单元和高拱架单元的上端，作为棚头的棚架单元上至少设置4道横梁。
4.4 拉杆和斜撑安装
纵拉杆设置在棚架单元上，位于棚架单元的两肩处各布置一道，位于屋脊处布置两道，分别是高拱架单元的上端部和低拱架单元的上端部，且该两道纵拉杆在同一垂直面上。纵拉杆通过U形夹与棚架单元连接，4道纵拉杆均设置在棚架单元的内面。
陈铭年等的试验表明，斜撑杆支撑靠外的立柱效果更好，且内撑在保证相同稳定作用情况下，比外撑给压杆的压力值更低。斜撑分2类，第1类斜撑安装在棚架单元内侧，其一端与棚头的横梁连接，中间与靠近棚头的5~7个棚架单元连接，另一端插入与多个棚架单元同一侧的同一直线的入土位置；第2类斜撑固定连接于与低拱架单元水平连接的横梁、高拱架单元下的立柱、顶通风口上端纵拉杆。
4.5 棚头安装
棚的两端棚头各安装4根立柱，入土深不少于0.5 m，上顶端通过固定夹箍与棚头拱架相连接。棚头两端均安装推拉式平移门，双合门页，门洞高2 m，宽2 m，门页与门洞重合0.1 m；门上安装有卡槽，通过卡簧将薄膜固定在门上；门上部安装有承载轨道，配有轴承，下边有防摇摆装置。
4.6 棚膜安装
覆盖棚膜之前需要安装卡槽，卡槽安装在拱架外面，卡槽单根长4 m，需要通过卡槽连接片连接，每根卡槽末端通过螺钉固定在拱架上，中间部分通过卡槽固定器固定在拱架上；为保证卡槽与拱杆垂直，与大棚方向纵向一致，安装前可以在每根拱架上根据高度做标记。安装棚膜时要求棚膜绷紧无皱褶，压膜线分布在各高、低拱架单元之间。
覆盖棚膜时应选在现场风力不超过3级，上膜前先将大棚同一侧的所有压膜线拴紧在地锚上，上膜时要分清薄膜正反面；上膜时先将薄膜铺展在大棚一侧，保证棚膜平展并平行，用卡簧依次固定至卡槽内；然后拉直绷紧铺展在拱架上，通过压膜线先固定，以防棚膜被大风吹起，最后用卡簧依次将棚膜固定至卡槽内。
裙膜上部卡在卡槽内，下部埋于土中，埋入土中深度不得低于棚外排水沟的深度。塑料薄膜、卡槽卡簧和压膜线的安装应符合《温室覆盖材料安装与验收规范塑料薄膜》（NY/T 1966-2010）有关规定。
4.7 通风口和防虫网安装
侧通风口设置在棚架单元两肩下部，包括薄膜以及用于收卷薄膜的卷膜器；顶通风口设置在屋脊上，由防虫网、薄膜、卷膜杆等组成，设有天窗膜及用于卷收天窗膜的链条式卷膜器，顶通风口宽1.0~1.5 m，顶通风口与立柱通过斜撑连接。通风口的上下两侧均布置有压膜槽，压膜槽通过自攻螺丝固定在拱架单元上，压膜槽中设有卡簧。防虫网通过卡簧固定在侧通风口和顶通风口两侧的压膜槽内。
在侧通风口和顶通风口（天窗）内侧均安装防虫网，防虫网上下两端固定于拱架卡槽内，东西两端固定于棚头两端拱架卡槽内。
5 检测方法
5.1 外观目测
抽样检验规则应符合《温室钢结构安装与验收规范的规定》（NY/T 1832-2009），在日光或人工照明条件（零件表面光强应在200 lx以上）下，用肉眼逐根检查。包括杆件表面是否有明显裂纹、压扁、扭曲变形、漏镀、气泡等缺陷；配件表面是否有漏镀、毛刺等缺陷；覆盖膜是否有划痕及孔洞。
5.2 镀锌层厚度
按《金属覆盖层 钢铁制件热浸镀锌层技术要求及试验方法》（GB/T 13912-2020）规定的镀锌层厚度，用涂层测厚仪检测。每批次随机抽取不少于5%的管件进行检测，每根管件的镀锌层表面至少检测10个点，然后计算平均值。
5.3 热镀锌的镀锌层结合强度
在室温不低于-10℃的条件下，将热镀锌钢管沿弯曲半径为钢管外径（对于异形钢材，为弯曲圆弧的法向尺寸）8倍的弯槽，连续缓慢弯曲，当被弯曲边转过90°时，试件表面任何方向均不允许有锌层起皮、脱落现象。
5.4 覆盖材料透光率
按《透明塑料透光率和雾度的测定方法》（GB/T 2410-2008），用积分球式雾度计测量。
6 结论与展望
本文所述的大跨度不等高大棚，其跨度、脊高、肩高均具有较大尺寸，可实现棚内机械化操作；同时有足够空间可实现棚内的遮阳覆盖或多层内保温覆盖，兼顾有良好的保温效果。此不等高棚架结构形成的垂直方向上的顶通风口，与侧通风口共同作用可以有效调控棚内温度；同时高拱架单元的上顶端比低拱架单元的上顶端超出一部分，可以有效解决雨天棚内漏雨和棚顶兜雨的弊端。塑料拱棚结构稳固，荷载能力强；棚内大空间既可以做到夏季避雨降温，又可以做到冬季保温，能实现棚内作物周年栽培供应，显著提高经济效益（图2）。
结构造价问题限制了钢架塑料大棚的推广和普及，本文所述大棚花费约130元/㎡，存在建造成本优化空间。同时，湖南设施蔬菜生产存在着配套设施、技术不全，标准化程度不高，生产制度不科学等问题，应积极探索塑料大棚的高效利用的种植制度和栽培模式，增加菜农对塑料大棚生产管理技术的相关培训与新技术推广，提高塑料大棚的农用机械使用率，在政策推动、投资拉动、技术引领、需求带动下，设施蔬菜产业一定会蓬勃发展，推动农业农村现代化向前迈进。
信息来自《长江蔬菜》2023年1月上
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