基于ANSYS的温室框架结构分析

马文鹏

（东北林业大学，黑龙江 哈尔滨 150040）

近些年，随着我国经济的发展，北方地区温室的应用日益增加。用采光覆盖材料作为全部或部分围护结构材料，可以在寒冷季节满足植物栽培和生长的建筑称为温室。温室作物给北方农民带来了巨大的经济效益。大量农民建造温室缺乏对结构强度的掌握及科学的理论指导，导致温室在应用中事故频发。特别是东北地区冬季的大雪造成温室的坍塌。除此，结构的不合理也造成事故屡次发生，因此通过对温室框架结构的分析，为框架结构的改进提供理论依据和科学指导。

1 温室框架结构的设计依据

（1）温室的荷载。温室荷载是温室设计的基本依据，是保证结构安全的首要因素。温室的荷载主要取决于风荷载和雪荷载。风荷载取决于风荷载体型系数、风压高度变化系数、基本风压。对于基本风压和风压高度变化系数，在荷载规范中有明确的规定；对于风荷载体型系数的取值方法不适合温室。对于雪荷载，分为基本雪压和屋面积雪分布系数。《温室结构设计荷载标准》(GB/T18622-2002)中，确定30年一遇最大积雪量自重为基本雪压，并给出坡屋面积雪分布系数μz的取值方法，其中给出的单跨拱形屋面系数与日光温室结构相似。

（2）温室的采光屋面角、脊高、跨度和后屋面仰角。温室的采光屋面角、脊高、跨度和后屋面仰角彼此相互制约，其中脊高和跨度彼此配合从而对光角与采光面的形状产生了一定的影响。对于跨度已经确定的条件下，采光面的高度直接取决于后屋面和采光面的比例。上述4个因素对温室的操作空间及采光共同作用，产生影响。脊高一定，跨度过大，采光屋面角随之降低，温室难以获得最佳采光效果，跨度过小,温室有效利用面积减少。

2 基于ANSYS的日光型装配式温室的分析

（1）结构尺寸参数的确定。本文以日光型装配式温室为例进行有限元分析，温室为7.5m跨，具体尺寸说明如图1所示。

图1 跨度7.5m日光型装配式温室结构尺寸

（2）模型的建立及网格的划分。参照图1所示的尺寸参数，在Pro/E5.0中建立模型，将模型保存为*.x_t文件。将该文件导入ANSYSWorkbench14.1中，对模型材料进行定义，定义材料为结构钢，并对模型进行网格划分，如图2所示。

（3）模型的加载及分析。设相邻两框架间距为1m，参考雪的密度为0.1g/cm3，则作用在每根模型上的压力为3500Pa。通过对模型的加载，得到模型的应力、应变及总变形量的效果图，分别如图3、4及5所示。通过对效果图分析可知，模型的变形量出现在中间跨度较大的位置以及有急剧变形的位置，变形量较大。中间跨度较大的位置没有足够的支撑，弯度较大的位置是结构内部的应力集中造成的，因此温室结构钢框架在使用中，应避免钢体的弯度过大，产生应力集中。同时对于跨度较大的位置可以增加加强筋或者横向固定梁等来解决这一问题。

图2 模型网格划分

图3 模型应力图

图4 模型应变图

图5 模型总变形量图

3 结语

通过对北方温室框架结构的分析，参考了温室的荷载，即雪载和风载以及温室的采光屋面角、脊高、跨度和后屋面仰角，以7.5m跨的温室框架为例，在Pro/5.0中建立了框架模型，并将该模型导入到ANSYSWorkbench14.1中。通过对模型的加载分析，得到了模型的应力、应变及总变形量效果图。通过对图的分析，得到了框架受载后的变形位置及效果，验证了使用ANSYSWorkbench分析温室框架力学特性的可行性，为框架结构的改进提供理论依据和科学指导。

[1]高伟，郭师虹.温室结构快速建模方法的研究[J].山西建筑，2007，3(36):360~361.

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