一种日光温室抗风指标确定方法

摘要

本发明公开了一种日光温室抗风指标确定方法，属于农业信息处理的技术领域。本发明通过在不同风向角的情况下，对在日光温室模型上分布的测压点做压力分布试验，测得各个测压点在不同风向角时的风压系数；再根据日光温室模型易受损的程度划分日光温室表面区域，进而计算出日光温室表面各个区域在不同风向角的情况下的临界风速。利用本发明所述的抗风指标确定方法，不需要考虑日光温室类型以及覆盖材料的影响；通过在划分区域内分别计算临界风速，先确定划分区域的临界风速，在确定整个日光温室的抗风指标，细化了抗风指标。

说明书

技术领域

本发明公开了一种日光温室抗风指标确定方法，属于农业信息处理的技术领域。

背景技术

设施农业是一项高投入、高技术、高效益、高附加值的现代农业生产。它与传统农作物栽培相比较具有技术性强，效益高等特点。改革开放以来，我国设施农业得到快速发展，90年代后，设施温室大棚为主的设施农业以超时令、反季节蔬菜栽培为主迅猛发展，为城市反季节蔬菜供应提供了最基本的坚实保障。随着设施农业的兴起，设施农业相关研究已成为人们关注的焦点。设施农业气象灾害风险研究更是其中的热点，其中，大风灾害是设施温室大棚生产中的常发性严重灾害，对设施温室大棚的毁灭性较大，可造成巨大的经济损失，因此，研究设施大棚大风灾害，提高设施农业气象服务水平、提升设施农业减灾防灾能力、保障设施农业安全生产已经成为是我国气象事业当今的迫切任务。

目前研究建筑结构表面风压的最重要且行之有效的研究手段是风洞试验。早期的风洞试验主要涉及航空航天工程，但随着现代科学技术的发展，空气功力学特别是低速空气动力学已跨出航空航天领域，向国民经济的各个领域渗透，广泛的应用于解决汽车、船舶、桥梁、建筑物等的设计问题。国内外关于房屋建筑的研究大多针对高耸大跨度或低层民用建筑结构，有学者分析比较了全尺度测量、风洞试验和CFD数值模拟三种方法对塔结构建筑的风压研究，或者通过风压试验获得了平面挑蓬结构的平均风压及最佳的建模条件。通过研究新的国家网球中心的可伸缩屋盖在展开和收缩的情况下风压分布规律，得知风压分布取决于表面形状和屋盖的开启状态。通过以风洞试验结果作为模糊神经网络的训练集，预测大平台屋面的风压分布。这些研究大多为指定建筑风压分布研究，为结构设计提供依据，可推广性不强。而设施大棚是用于农业生产的特殊结构，目前研究报道较为少见。现有的方法中，通过研究不同风向在角下屋檐、天窗等外伸部分以及是否安装遮阳幕的情况下对华东型单栋塑料温室风荷载分布的影响来制定温室大棚的抗风指标；通过分析互插式连栋塑料温室风压分布来制定温室大棚的抗风指标。这些研究也都从结构设计方面入手，确定的抗风指标比较粗，在不同类型温室和不同覆盖材料温室的抗风指标确定上有局限性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述背景技术的不足，提供了一种日光温室抗风指标确定方法。

本发明为实现上述发明目的采用如下技术方案：

一种日光温室抗风指标确定方法，包括如下步骤：

步骤1，选择抗风试验的风洞；

步骤2，根据底层建筑与风洞尺寸的比例，确定日光温室模型的尺寸；

步骤3，在日光温室模型顶部表面设置测压点阵列；

步骤4，对日光温室模型顶部表面在不同风向角情况下做压力分布试验，测得各个测压点在不同风向角时的风压系数；

步骤5，给日光温室模型顶部表面划分区域，由步骤4测得的各测压点在不同风向角时的风压系数以及日光温室模型顶部表面负载计算临界风速；

步骤6，以日光温室顶部表面不同区域临界风速中的最小值为日光温室日抗风指标。

所述一种日光温室抗风指标确定方法：步骤1中抗风试验的风洞选用NH-2低速风洞的小试验段。

所述一种日光温室抗风指标确定方法：步骤2中所述的底层建筑与风洞尺寸比列优选1:6。

所述的一种日光温室抗风指标确定方法：步骤3中所述的测压点阵列中：相邻两列间距相等；其中：每一列包含有数目相同的测压点，相邻两个测压点间距相等。

本发明采用上述技术方案，具有以下有益效果：利用本发明所述的抗风指标确定方法，不需要考虑日光温室类型以及覆盖材料的影响；通过在划分区域内分别计算临界风速，先确定划分区域的临界风速，在确定整个日光温室的抗风指标，细化了抗风指标。

附图说明

图1为日光温室模型的截面图。

图2为日光温室模型表面测压点的布置图。

图3为日光温室模型根据易损程度划分区域的示意图。

具体实施方式

下面结合附图对发明的技术方案进行详细说明：

一种日光温室抗风指标确定方法，包括如下步骤：

步骤1，选择抗风试验的风洞：测试在NH-2低速风洞进行，该风洞为串置双试验段闭口回流风洞，分大小两个试验段。本发明采用小试验段，即长6m，宽3m、高2.5m的风洞，风速连续可调，最高风速为90m/s。流场性能良好，试验区流场的速度不均匀性小于2％、紊流度小于0.14％、平均气流偏角小于0.5。

步骤2，根据底层建筑与风洞尺寸的比例（一般取1:6），确定日光温室模型的尺寸为：长1155mm，顶高650mm，后墙高500mm，跨度：1210mm，如图1所示。将日光温室模型固定在风洞转盘上，通过转动日光温室模型达到风向角变化，由于模型的对称性，试验风向角从0°到180°，间隔15°，共13个风向角。控制风速的风向管安装在模型正上方，离模型顶部约1m远的地方，因此在数据处理时，对控制风速不加修正。一般认为刚性模型风洞试验中的风压系数的测定与风速关系不大。因此，本发明取一种风速：即风速为20m/s的风。

步骤3，如图2所示在日光温室模型的表面平行设置测压点，由于日光温室左右和后面是土墙，只有表面是塑料薄膜，因此表面容易受到风灾，设置的测压点数量根据精度确定，一般在日光温室模型顶部表面上每隔4-10cm设置一个测压点；本发明在日光温室模型顶部表面共布置185个测压点，其中端面布置5排测压点，每排37个点，排与排间距离276.25mm，两测压点间距为41.86mm。

步骤4，对日光温室模型在不同风向角的情况下做表面压力分布试验，测得第i测压点在不同风向角时的风压系数C_Pi：

$>C_{\mathrm{Pi}}=\frac{P_i-P_{\infty }}{P_0-P_{\infty }}---\left(1\right),$>

其中，P_i为日光温室模型上第i测压点的静压，P_∞为参考点风速管处的静压值，P₀为参考点风速管处的总压值，P_i、P_∞、P₀的单位均为Pa，通过风洞试验测定。

风压系数C_Pi是一个无量纲数，由相似原理知日光温室模型上某点的风压系数即为日光温室对应点的风压系数，因此认为模型上各测点的风压系数即为实物对应点的风压系数，试验中风压系数出现正负之分，其中大于0的值为正压，小于0的值为负压（吸力）。

由步骤4测得的各测压点在不同风向角时的风压系数以及日光温室模型顶部表面负载计算临界风速，只是从某一测压点测得的风压系数来确定临界风速。

步骤5，给日光温室模型顶部表面按照如图3所示划分区域：即日光温室模型顶部表面的上、中、下三个部位里再分出三个区域，于是表面可分9个区域。共9个区域；计算出日光温室模型顶部表面9个区域在不同风向角的情况下的临界风速，临界风速按照温室表面负载和风压系数进行计算。按公式（2）-（4）对各个划分区域内每一测压点在不同风向角时得到的临界风速，以各个测压点在不同风向角时的临界风速均值作为该划分区域的临界风速。

风压系数是一个无量纲定值，不随风速的变化而改变，它实际上是测压点实际压力W_i与来流动压W的比值。即：

$>C_{\mathrm{Pi}}=\frac{W_i}{W}---\left(2\right),$>

其中，测压点实际压力W_i与来流动压W的单位均为N，来流动压W根据贝努力方程，可表示为：

$>W=\frac{1}{2}\rho v^2---\left(3\right),$>

再根据《建筑结构荷载规范》GB50009-2001（2006）中规定日光温室表明的负重为20kg，假设重力加速度取9.8m/s²；空气密度取1.25kg/m³，根据公式（2）和（3）可得：

W＝0.625C_Piv²                        （4），

由公式（4）可知，在风压系数不变的情况下，可以利用设施大棚表面风压与实际风速的关系确定出不同部位临界风速，利用《建筑结构荷载规范》GB50009-2001（2006）中负荷得到设施大棚表面可承受的实际风压为313.6N。

日光温室顶端不同区域的压力系数与临界风速如表1所示，最大吸力出现在Ⅱ区在方向角为60°及Ⅷ区在风向角120°时，风压系数接近于-1.5。当风向角为60°或120°时，Ⅱ区或Ⅷ区所受风吸力达最大值，此处最易受大风损毁。本发明设定设施大棚的负重为20kg，不考虑其他因素，则设施大棚表面可承受的实际风压为313.6N。根据公式（4），可求出设施大棚各区域各风向角下临界风速，各区域最小临界风速见表1。

步骤6，以日光温室顶部表面不同区域临界风速中的最小值为日光温室日抗风指标：抗风指标根据不同区域的临界风速和造成不同危害的概率，本研究中采用不同区域中最小临界风速作为日光温室受灾的指标，由表1可知，日光温室顶部表面均受风吸力破坏，最小临界风速为14.5m/s。日光温室日抗风指标即为最小临界风速为14.5m/s。

表1日光温室顶端不同区域的压力系数与临界风速

风向角压力系数C_Pi临界风速(m/s)最易受损区域0°-0.8918.7Ⅲ区15°-1.3815.1Ⅰ区30°-1.216.2Ⅰ区45°-1.2915.6Ⅱ区60°-1.4914.5Ⅱ区75°-0.9518.1Ⅱ区90°-0.721.1Ⅴ区105°-0.9518.2Ⅷ区120°-1.4614.7Ⅷ区135°-1.2515.9Ⅷ区150°-1.3415.3Ⅶ区165°-1.2415.9Ⅶ区180°-0.819.8Ⅸ区

综上所述，本发明不用考虑日光温室类型、覆盖材料的影响，即可计算出临界抗风指标。鉴于日光温室顶部最易受到大风的损害，具体实施例中仅仅对日光温室顶部做了试验，日光温室其它部位是土墙或者砖墙，抗风灾能力远远高于顶部表面的抗风能力。涉及其它类型、覆盖材料的日光温室，亦可用本发明所述的方法确定抗风指标。