Теплицы построечного изготовления для малых форм хозяйствования

Введение. Одним из доступных видов трудовой деятельности на селе является тепличное овощеводство, позволяющее значительно увеличить выход сельскохозяйственной продукции по сравнению с открытым грунтом. Нормами технологического проектирования теплиц НТП10-95 для фермерских хозяйств рекомендуются блочные (многопролётные) и ангарные (однопролётные) теплицы площадью 100, 300,500,1000 и 1500 м².

Заводами-изготовителями («Агрисовгаз» г. Малоярославец Калужской обл., «Атлант» г. Санкт-Петербург, «Промгидропоника» г. Екатеринбург Свердловской обл. и др.) освоен выпуск блочных и ангарных фермерских теплиц круглогодового использования. Однако суммарные затраты на изготовление, поставку и монтаж несущих и ограждающих конструкций теплиц в пересчёте на единицу площади застройки составляют 3-5 тысяч руб./м2 [1-4].Также, заводы по производству теплиц находятся не в каждом регионе, что осложняет приобретение культивационных сооружений фермерами других областей. Указанные факторы могут обусловить нецелесообразность строительства теплицы с точки зрения её окупаемости.

В связи с этим экономически приемлемым решением является возведение теплиц в построечных условиях, предусматривающее приобретение стальных профилей, их разметку, резку, сварку элементов каркаса и монтаж светопрозрачного ограждения. Строительство теплиц хозяйственным способом не требует сложного специального оборудования и позволит значительно сократить единовременные затраты.

Цель работы предусматривала подготовку предложений по конструктивным решениям теплиц построечного изготовления для малых форм хозяйствования.

Объектами исследования являлись ангарные (однопролётные) и блочные (многопролётные) теплицы со стальным каркасом круглогодичного использования.

Методика исследования предусматривала обоснование рациональных строительных параметров теплиц аналитическим методом.

Результаты и обсуждение. Сравнение двух типов теплиц (блочных и ангарных) показало следующее. Как свидетельствует отечественный и зарубежный (Финляндии, Англии,Австрии, ФРГ) опыт, к преимуществам ангарных теплиц по отношению к блочным можно отнести лучший световой режим и более равномерное распределение температуры в объёме сооружения, увеличивающие выход продукции. Для ангарных теплиц можно также отметить возможность применения в покрытии энергоэкономичных сотовых поликарбонатных панелей; самоудаление снега со скатов теплицы при его подтаивании в теплицах круглогодового использования; в неотапливаемых теплицах возможно ручное удаление снега с кровли сооружения. Строительные решения блочных теплиц характеризуются меньшим расходом стали на каркас и меньшими затратами на отопление. Так как Нормами технологического проектирования теплиц НТП 10-95 в фермерских хозяйствах рекомендуется строительство как ангарных, так и блочных теплиц, то окончательный выбор типа сооружения зависит от конкретных условий строительства.

Рекомендуемые для построечного изготовления ангарные теплицы рамного типа приведены на рис. 1, 2. Для ангарной равноскатной теплицы коэффициент ограждения (отношение площади светопрозрачного ограждения к площади теплицы)

равен

2 h    1    2 h L

k =--1---1---1-- tga ,

L cosa A  2 A где h – высота продольного вертикального ограждения;

L и A – соответственно ширина (пролёт) и длина теплицы;

α – угол наклона скатов кровли.

Вычисленные на основе формулы (1) пролёты теплиц, обеспечивающие минимальную поверхность светопрозрачного ограждения, равны: при площади теплицы 300м2 – 10м; 500м2 – 12м; 1000м2 –15-16м;1500м2 – 18м. Для теплиц пролётом до 12м рекомендуется однопролётная конструктивная схема каркаса (рис. 1), при пролётах 15–18м каркас предпочтительнее компоновать из трёхпролётных поперечных рам (рис.2). Несущие конструкции в приведенных конструктивных схемах выполняются из гнутых или прокатных швеллеров с высотой стенки в основном 80-100мм. Так, для теплицы площадью 500м2 и пролётом 12м шаг рам каркаса, соответствующий минимуму расхода стали при применении прокатных профилей, для центральных регионов равен 5м. Расход стали на каркас теплицы при этом составляет 12кг/м2. Рациональное расстояние между трёхпролётными рамами (рис.2) в теплицах шириной 15-18м равно 6м. Фундаменты под стойки рам в обоих вариантах каркаса выполняются буронабивными.

Рисунок 1 – Конструктивная схема каркаса ангарной теплицы:

1- рама каркаса; 2 – прогоны; 3 – затяжка; 4 – цоколь

Рисунок 2 – Конструктивная схема поперечной рамы ангарной теплицы: 1-стойка; 2 – прогон

Преимуществом ангарных теплиц перед блочными является самоудаление (сползание) снега с покрытия теплицы, которое происходит при его подтаивании на границе «покрытие – снег», то есть когда температура этого слоя достигает 0оС. Теплотехнические расчёты показали, что подтаивание снега на покрытии теплицы начнётся при толщине слоя снега около 5 см. Так как плотность свежевыпавшего сухого снега не превышает 150 кг/м3,то нагрузка на покрытие составит примерно 7 кгс/м2. Установленное значение снеговой нагрузки позволяет при проектировании значительно снизить расход металла на каркас теплицы.

Разработанная конструктивная схема каркаса блочной теплицы из прокатных и гнутых профилей приведена на рис. 3. Несущими элементами каркаса являются стойки из двутавров, лотки из гнутого швеллера для отвода атмосферных осадков и шпросы из спаренных уголков для опирания стекла.

Для принятой площади застройки блочной теплицы соответствующее минимальной площади ограждающих конструкций количество пролётов можно определить по формуле n = 2    hFn     ,                                                           (2)

L \ 4h + Ltga где L – принимаемый пролёт теплицы, м;

h – высота продольного ограждения, м;

α – угол наклона скатов кровли (не менее 25^о);

F П – предусматриваемая площадь теплицы, м².

Рисунок 3 – Предлагаемая конструктивная схема блочной теплицы:

1 – фундамент, 4 – стойка, 5 – лоток, 6 – затяжка,7 – коньковый прогон, 8 – шпросы

Установлен удельный расход стали (в кг/м2 площади сооружения) на несущие элементы каркаса блочной теплицы:

на шпросы

GLn = —+ ²⁰⁹ кг/м^2,                                   (3)

ШП 2913 c где qН – нормативная снеговая нагрузка на шпросы, кгс/м2;

l – пролёт теплицы, м;

с – расстояние между шпросами, м.

на лотки

GT = д_л a + ¹⁵⁷ кг/м² ,                                        (4)

Л 689 l где qН – нормативная нагрузки на лотки, кг/м2;

а – шаг стоек каркаса, м.

на стойки каркаса

Gen = — -кМ(5)

aa где а – шаг стоек, м.

Расход стали на 1м2 пола теплицы равен сумме зависимостей (3), (4), (5)

G = ql + 2,09 + 9,45 - 1,191 + qy +157  Кг/М2

2913 c      a     a689

Из курса математики известно, что необходимым условием существования минимума функции нескольких переменных является равенство нулю её частных производных. В нашем случае переменными являются пролёт теплицы l, шаг стоек а и расстояние между шпросами С.

Для определения строительных параметров теплицы, соответствующих минимуму расхода стали на каркас, продифференцируем (6) по каждому переменному:

dG = - 2,09 = ₀                                              (7)

dC    C ²

dG dl	- 0,001 q H l 2 -1,57 - 1^ = 0 l 2       a	(8)
dG	= 0,0044 q H a 2 - 9^ + 1,19 l = 0 a 2      a 2	(9)
da

Функция (7) убывающая, величина С стремится к бесконечности. Следовательно, с увеличением расстояния между шпросами расход стали на них будет уменьшаться и их шаг необходимо принимать максимально возможным для данных значений снеговой нагрузки и толщины стекла.

Рациональные значения пролёта теплицы и шага стоек определялись графическим решением уравнений (8) и (9). Установленные значения параметров, соответствующие минимуму расхода стали на каркас блочной теплицы, приведены в табл. 1 применительно к снеговым нагрузкам, установленным в СП «Теплицы и парники».

Для приведенных в табл. 1 значений пролёта и шага стоек теоретический расход стали на каркас сооружения составляет около 8 кг/м2. Фактически этот расход будет несколько большим, например, из-за отсутствия расчётных профилей. При сложившихся рыночных ценах на стальные профили 80-90 тыс. руб/т удельная стоимость каркаса равна примерно 700 руб/м2, что существенно ниже стоимости металлоконструкций заводской поставки. Так, удельная стоимость каркаса теплицы Агросфера Фермер равна 1750 руб/м2 [1].

Таблица 1 – Рациональные значения шага стоек и пролёта блочной теплицы с каркасом из прокатных профилей

Нормативная нагрузка на лотки, Па	Строительные параметры теплицы	Рациональные значения строительных параметров, м
200	Пролёт Шаг стоек	4,60 2,60
300	Пролёт Шаг стоек	4,00 2,45
400	Пролёт Шаг стоек	3,60 2,35
500	Пролёт Шаг стоек	3,30 2,25

Cветопрозрачное ограждение блочных и ангарных теплиц может выполняться из сотовых поликарбонатных панелей или листового стекла [5-9]. Толщину кровельных поликарбонатных панелей в ангарных теплицах рекомендуется принимать 16 мм, расстояние между прогонами покрытия (рис. 1, 2) – 1 м, толщину панелей для вертикального ограждения – 10 мм. При устройстве стеклянного ограждения для опирания листов в блочных и в ангарных теплицах необходимо предусматривать шпросы таврового сечения, например, из двух спаренных уголков (рис. 3). На скатах ангарной теплицы шпросы укладываются по прогонам. Так, при шаге поперечных рам каркаса 5-6м расстояние между прогонами равно 2 м. Толщину стекла следует назначать по расчёту, но не более 4мм. Листы стекла должны укладываться на шпросы по слою герметика.

Выводы. Полученные результаты исследования позволяют рационально проектировать строительные решения блочных и ангарных теплиц построечного изготовления для малых форм хозяйствования.

Стоимость строительства таких теплиц снижается не менее чем в два раза по сравнению со стоимостью заводской поставки и монтажа.