SPG-12-5.2型寬跨度宜機化蔬菜單棟大棚的設計與建造

楊福強 甘茂萌 趙文忠 張海斌 常勝剛 顏軍

導讀：綜合考慮蔬菜農藝措施和生產機械化發展的需要，從空間結構、通風散熱性能、抵抗自然災害能力等角度出發，設計和建造一款滿足長沙地區蔬菜栽培需要和宜機化程度高的蔬菜單棟大棚，以提高蔬菜生產的機械化水平。

湖南省是農業大省，蔬菜產業是湖南省政府提出的十大千億產業之一，其栽培面積和產量穩步增加[1]。2019年，全省蔬菜播種面積131.3萬hm2，蔬菜產量3 669.44萬t，蔬菜總產值1 301.11億元，占農業總產值的42.63%[2]，占比份額持續增加，是湖南省種植業第一大產業，成為湖南省農民增收和農業經濟穩定發展的重要支撐。設施蔬菜是湖南蔬菜產業的重要組成部分，其能夠充分利用氣候條件，提高土壤利用效率，提升蔬菜栽培的產量和品質，對于保障農產品有效供給，促進農業發展具有重要意義[3]。湖南設施蔬菜栽培處于冬春季低溫、陰雨、寡日照，夏季高溫、暴雨、強日照不利條件，以溫室、塑料大棚、小拱棚等抗低溫冷害為主的保溫、避雨設施和以遮陽網、防蟲網為主的遮陽降溫、防暴雨避蟲設施為主[4]，主要分布在常德、懷化、長沙等地，栽培設施結構性能差，抵抗自然災害的能力不足，機械化程度低。

目前，由于很多蔬菜單棟大棚因太低、太狹窄、門不夠寬大，因此農業機械無法進出，與機械化生產不匹配，而農業機械化是轉變農業發展方式、提高農村生產力的重要基礎，是實施鄉村振興戰略的重要支撐。SPG-12-5.2型寬跨度宜機化蔬菜單棟大棚是綜合考慮長沙地區蔬菜栽培農藝需求和機械化生產需要，從保溫散熱性能、宜機化程度、抵抗自然災害能力等角度出發，而設計建設的適合長沙地區蔬菜栽培需要的單棟鋼架大棚。

1 單棟大棚設計的總體要求

1.1 通風散熱性能良好

長沙地區夏季高溫炎熱，蔬菜在散熱性能差的大棚中栽培其蒸騰作用明顯，中午易出現萎蔫現象，影響蔬菜的產量和品質，造成部分病害易發高發，不利于蔬菜生產。

1.2 宜機化性能突出

隨著蔬菜生產菜農老齡化嚴重、生產成本投入增加，提高蔬菜生產的機械化水平對降低勞動成本，提高生產效率和效益具有重要作用，也適應農業現代化的發展方向。

1.3 抵抗自然災害能力強

單棟大棚設計能夠抵抗20年一遇的風雪自然災害，防止極端氣候造成的大棚損毀和作物受災。

1.4 結構經久耐用

在設計允許荷載下，單棟大棚能保證結構安全穩定，金屬構件防腐防銹性能突出，使用年限≥10年。

2 單棟大棚結構性能參數

2.1 結構參數

參考GB/T 19165-2003《日光溫室和塑料大棚結構與性能要求》對塑料大棚的結構要求，綜合考慮蔬菜栽培農藝措施和機械化生產的需要，單棟大棚外形尺寸（長×寬×高）：32 m×12 m×5.2 m，為滿足農機進出和機械化作業需求，大棚門采用推拉門設計，尺寸（寬×高）2.5 m×3.0 m，大棚中間無立柱，肩高≥2 m（圖1）。拱間距1 m，每組拱桿配置水平梁及隅撐，共計11道連桿，10道卡槽。

圖1 大棚橫截面設計

2.2 性能指標

大棚能夠抵御風、雨、雪等自然災害，永久荷載和可變荷載（作物荷載、風荷載、雪荷載等）符合現行GB/T 51183-2016《農業溫室結構荷載規范》，荷載量大小主要依據湖南長沙20年一遇的雪壓值和風壓值[5]，大棚承載力雪壓值0.36 kN/m2，風壓值0.46 kN/m2。外棚覆蓋層透光率：早春或晚秋季節≥70%，冬季晴天中午≥65%。

3 大棚的選材和建造

3.1 建造選址

大棚應盡量選擇生態環境良好，土層肥沃深厚，排灌條件良好，周圍無遮陽物，交通便利的地塊建造。

3.2 大棚基礎

參考GB 50010-2010《混凝土結構設計規范》規定，大棚基礎采用C25點式基，采用水平儀確?；A在一個水平面上?；A深度0.6 m，直徑0.4 m，預埋40 mm×60 mm×2 mm×750 mm熱鍍鋅管地腳連接件，基礎地腳連接件與拱桿采用M 10 mm×60 mm螺母固定。

3.3 大棚骨架

大棚采用輕鋼結構，所有鋼構件采用熱鍍鋅管材或高鋅層（熱鍍鋅275 g/m2）板料成型，主體拱架采用2個70 mm×45 mm×1.5 mm×8 489 mm“幾”字形熱鍍鋅卷板拼接而成，拱桿間距為1 m，脊部采用40 mm×60 mm×2 mm×260 mm熱鍍鋅管脊部連接件連接，對應拱桿間采用42 mm×1.5 mm×7 890 mm水平梁連接，另采用32 mm×1.5 mm×2 000 mm一頭拍扁的熱鍍鋅管“V”撐和32 mm×1.5 mm×1 200 mm一頭拍扁鍍鋅管吊桿連接固定（圖2）。鋼結構連接部位牢固可靠，采用M 10 mm×60 mm螺母連接。

圖2 大棚主體結構

3.4 頂開窗及通風口

為提高大棚通風散熱性能，滿足夏季蔬菜生產需要，大棚采用雙頂開窗和雙通風口設計，配備電動卷膜開窗機。頂開窗位于棚脊下方1.85 m處，設計規格32 m×1 m。側通風口位于地面上25 cm處，設計規格32.0 m×1.8 m。

3.5 卡槽的安裝

綜合考慮頂開窗和側通風覆蓋材料安裝需求，單棟大棚棚脊兩側1.85、2.85、4.65、6.45、8.25 m處各固定“U”形卡槽1個，卡槽間用卡槽連接片，用M 5.5 mm×19 mm鉆尾絲固定。

3.6 棚門的安裝

棚門采用雙側推拉門設計，寬×高=2.5 m×3.0 m，位于單棟大棚兩頭。棚頭采用8根40 mm×60 mm熱鍍鋅方管固定支撐，與拱架相連，中間2根為門柱，間距2.5 m，離地面3 m處安裝推拉門橫梁，然后將推拉門安裝到橫梁上。

3.7 覆蓋材料

大棚主體結構建好后，選晴天無風天氣扣膜，薄膜大小裁剪時應預留卡槽卡扣尺寸，薄膜采用日本進口希愛10絲（1絲=0.01 mm）PO膜，頂膜1塊，大小為5.7 m×32.5 m，設計2道卡槽固定，下端固定在頂開窗卷膜桿上。中膜2塊，大小為6.5 m×32.5 m，每塊采用3道卡槽固定，下端固定在側通風卷膜桿上。裙膜2塊，大小為1 m×32.5 m，每塊采用1道卡槽固定。頂開窗采用40目、大小1 m×32.5 m的防蟲網，側通風采用40目、大小1.8 m×32.5 m的防蟲網，拱桿之間拉1條壓膜線。

3.8 智能物聯網設備

利用智能物聯網設備實現單棟大棚灌溉的水肥一體化控制，監控單棟大棚蔬菜生長過程中栽培信息（作物種類、光照、土壤溫度、土壤濕度、EC值等），發現適宜蔬菜栽培的相關環境和土壤指標的適宜閾值，并進行智能調控，提高蔬菜生產的智能化水平。

4 結論

SPG-12-5.2型寬跨度宜機化蔬菜單棟大棚在綜合考慮長沙夏季高溫炎熱、便于機械作業和抵抗自然災害能力強的基礎上進行的設計建設，并通過了湖南省農業機械鑒定站的檢驗。大棚采用雙頂開窗和雙側通風設計，散熱性能良好，能有效調節夏季炎熱高溫時棚室氣溫，滿足瓜果類、茄果類、葉菜類等蔬菜生產需求。大棚中間無立柱，肩高較高，空間和進出口設計綜合考慮蔬菜生產機械化的需要，方便農機進出和作業，有效提高了大棚蔬菜宜機性能，降低了勞動強度和生產投入，順應了蔬菜生產機械化的發展方向。結構設計主要依據湖南長沙20年一遇的雪壓值和風壓值，滿足蔬菜栽培作物荷載需求，并且經受住了2021年冬季雪災的考驗（圖3）。由于專門定制構建和鋼材價格的升高，大棚平均造價約160元/m2，需進一步優化單棟大棚的改進方案，降低建造成本，并利用智能物聯網設備對大棚的主要性能指標進行檢測，探索大棚高效使用方式方法和農藝措施。

圖3 大棚抗雪災性能