劉建+黃燕

【摘要】海南地處熱帶，具有典型的熱帶島嶼型氣候特征。因此海南地區(qū)的設施農(nóng)業(yè)以防暴雨、降高溫、防蟲等為主要目的，但同時也面臨臺風多發(fā)的惡劣天氣情況，已成為制約本地區(qū)設施農(nóng)業(yè)發(fā)展的主要因素和亟需解決的難題。臺風對溫室大棚的影響具有一定隨機性，特別是溫室大棚的多樣性導致對臺風的抵抗力差別較大，使得對判斷溫室大棚的抗風性存在誤區(qū)。本文通過臺風“莎莉嘉”對海南溫室大棚造成的破壞進行分析，以期為海南溫室大棚的抗臺風研究和設計提供一定的思路和建議。

年第21號臺風“莎莉嘉”（強臺風級）于2016年10月18日上午9：50在海南省萬寧市和樂鎮(zhèn)沿海登陸，登陸時中心附近最大風力達到14級（45 m/s）。途經(jīng)海南島中部的瓊海、瓊中、白沙、儋州等地，由洋浦進入北部灣海面，臺風中心橫穿海南島，歷時14 h，是1970年以來在10月登陸海南島的最強臺風，其具有強度大、影響范圍廣、持續(xù)時間長的特點。“莎莉嘉”登陸后，海南幾乎全島瞬時風力達到7級以上，臺風中心經(jīng)過區(qū)域風力達到9～11級，局部地區(qū)達到12級。臺風對全島均造成了較嚴重的經(jīng)濟損失。根據(jù)相關報道，海南常年冬季瓜菜受災面積達14.2萬畝（9466.7 hm2），2300萬株冬季育苗瓜菜受到影響，大棚及棚內瓜菜保險估損8140.8萬元[1]；?？谑性讫堟?zhèn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)設備設施遭到破壞，其中農(nóng)業(yè)大棚基地235畝（15.7 hm2）全部不同程度受災[2]；萬寧市的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)造成嚴重影響，經(jīng)濟損失合計2757萬元，其中常年蔬菜受災8050畝（536.7 hm2）、溫室大棚損毀32.24畝（2.15 hm2）[3]。

溫室大棚的破壞情況

目前，在海南使用的溫室大棚類型按抗風能力來區(qū)分，可以分為3大類：

連棟溫室

包括用于科研觀光或育苗的玻璃（PC板）覆蓋的文洛型連棟溫室，以及部分薄膜覆蓋的鋸齒形連棟溫室。這類溫室設計的抗風等級一般為11～12級（0.60～0.75 kN/m2），由于其骨架為桁架結構，穩(wěn)定性能好，十分有利于抵抗風荷載的作用。從近年海南最大臺風“威馬遜”的破壞結果看，連棟溫室的抗風能力經(jīng)受住了考驗，骨架基本完好，僅部分覆蓋玻璃或薄膜發(fā)生損壞，少部分骨架變形也能夠快速修復（圖1）。從圖1可以看出，即使遭遇“威馬遜”這樣登陸時中心風力達17級的超強臺風，文洛型玻璃溫室和鋸齒形薄膜溫室的主體結構依舊保持良好，而處于同一地區(qū)的圓拱形溫室的骨架已發(fā)生了較大程度的傾斜，很難再修復使用。

圓拱形大棚

用于周年蔬菜生產(chǎn)的大棚以圓拱形為主，屋頂采用薄膜覆蓋，四周采用防蟲網(wǎng)覆蓋，形成開敞式結構，主要用于夏秋季常年蔬菜的生產(chǎn)。但由于單位面積的投資較低，設計的抗風等級自然會降低，一般要求的設計抗風等級為8～10級（0.2～0.5 kN/m2）。這類大棚能夠在一定程度上抵御臺風，但抵御能力有限，主要取決于臺風的強度等級和必要的防臺風措施。如2014“威馬遜”臺風以后，海南地區(qū)沒有遭遇較大的臺風，即使如“莎莉嘉”這樣正面襲擊、影響全島的臺風，對圓拱形大棚的影響也較?。ㄔ诓扇∫欢ǖ姆琅_風措施前提下），主要為薄膜、防蟲網(wǎng)以及外遮陽系統(tǒng)發(fā)生了不同程度的破壞（圖2）。

簡易拱棚

用于蔬菜或西甜瓜生產(chǎn)的簡易拱棚（以圓拱形單棟或連棟拱棚為主），由于投資或生產(chǎn)季節(jié)性的原因，拱棚結構簡易，造價低，不具有抗臺風能力。因此只要有臺風登陸，都會對簡易拱棚造成不同程度的影響。如在臺風“莎莉嘉”的登陸過程中，發(fā)生結構破壞的主要是簡易拱棚，僅個別采取了一定防護措施的拱棚受災較輕（圖3）。

存在的問題與建議

海南地區(qū)溫室大棚抗風荷載的取值

溫室大棚的使用周期短，結構重要性程度小，導致在建設過程中對風荷載的取值具有一定的隨意性，往往會按照投資額的大小來確定；或在設計之初把一些防護措施作為降低抗風荷載的必要措施，如“破膜保架”。所謂“破膜保架”，即當超過一定大小的風荷載時，一些常年蔬菜生產(chǎn)基地會要求將膜破掉或揭下，來保證骨架的安全。理論上這種方式是可行的。但海南每年平均會遭遇2～3次臺風的登陸，即使海南的中部地區(qū)，每3～4年也會有一次臺風正面襲擊?！捌颇け＜堋背蔀楸匾胧?，則每年可能會經(jīng)歷多次“破膜”的過程。由于臺風登陸后影響的范圍和大小具有一定的隨機性，會導致可能“破膜”后，臺風對大棚的影響并不大，但暴雨將農(nóng)作物損壞的情況，且“破膜”后也需要重新蓋膜，需要一定周期和成本，勢必影響夏秋季節(jié)的生產(chǎn)。久而久之，生產(chǎn)者的心中也會“打鼓”，當預報臺風不是很大或所在地不處于預報登陸路徑上時，是否可以不“破膜”？若有這樣的僥幸心理，就可能會造成大棚生產(chǎn)的重大損失。這在臺風“莎莉嘉”登陸中的表現(xiàn)尤為突出。?？诘貐^(qū)推廣建設的一種單拱拱棚，其造價要求較低，抗風等級不超過7級，超過時則要求“破膜”[5]。在臺風“莎莉嘉”登陸之時，由于海口并不處于預報的登陸路徑上，幾乎所有的種植者都沒有采取“破膜保架”的措施，導致該地區(qū)塑料大棚大部分倒塌，成為主要受損的大棚類型。

鑒于海南地區(qū)具有臺風多發(fā)性的特點，而海南溫室大棚在夏秋臺風季節(jié)的需求性遠遠大于冬季。建議海南地區(qū)溫室大棚的抗風等級可按2個最低標準進行選取，即：

（1）10級風的初始風速25 m/s，即風壓為0.40 kN/m2。對于季節(jié)性強，要求使用周期短（小于3年）的大棚可選用不低于最低標準。

（2）12級風的中間風速34.6 m/s，即風壓為0.75 kN/m2（海口市50年一遇風壓）[6]。對于除第1種情形以外的其他溫室大棚應選用該最低標準，個別沿海岸或重要的溫室可適當提高到0.85 kN/m2（三亞市50年一遇風壓）[6]。通過大量的實踐證明該取值能夠保證溫室大棚在使用期內的安全性。位于?？谑泄鹆盅蟮膯喂按笈铮前?.75 kN/m2風荷載標準設計的，在臺風“莎莉嘉”登陸后大棚和內部蔬菜均未受到損壞，正常生產(chǎn)采收，保障了菜籃子供應。圖4拍攝于臺風后的第3天（2016年10月21日）。

薄膜的老化問題

薄膜的老化問題在海南比較突出。比如同種類型的溫室大棚，其中一個是當年新?lián)Q且厚度相同的薄膜，另外一個是使用了1年的薄膜。在臺風中，新膜保持完好，而使用1年的膜則發(fā)生了損壞。采取適當措施延緩薄膜的老化破壞（特別是局部加速老化和機械損壞），能夠顯著降低溫室大棚的使用成本。如可以將薄膜折疊幾層后再卡入卡槽內，可以降低卡槽處卡簧對薄膜的機械損壞；或在卡槽內側和卡簧與薄膜之間增加橡膠墊層，避免薄膜與卡槽、卡簧的直接接觸，保證薄膜在卡簧處的受力均勻。

薄膜的強度設計問題

薄膜的設計安裝幅寬 一般情況下，在設計溫室PC板或玻璃覆蓋的時候，均要根據(jù)其表面所受的荷載來選取其分塊的大小和支撐邊框的布置位置，但在薄膜覆蓋中往往忽略了該問題。無論幅寬大小，均采用四周固定，這樣最易于施工。但實際上幅寬大的受力面積也大，則固定處所受力也越大，即使卡槽不被拉壞，薄膜也易從卡槽處撕裂（圖2b）。實踐中也發(fā)現(xiàn)在相同地點、相同位置布置相同厚度的薄膜，在相同的使用時間，僅幅寬不一樣，在同一臺風作用下，幅寬大的發(fā)生破壞，而幅寬小的完好無損。因此明確薄膜的抗拉能力和老化程度，設計保證一定使用年限的合理幅寬，也是海南地區(qū)進行薄膜設計應該考慮的一個方面。雖然薄膜的更換成本低，而減小使用幅寬會增加一定的安裝成本，但從使用的穩(wěn)定性，特別是如果能夠抵御臺風，保證農(nóng)作物正常生產(chǎn)，產(chǎn)生的經(jīng)濟意義和社會意義會更大。

薄膜設計強度與骨架適應 一般情況下，要求在臺風作用力達到骨架極限之前，薄膜應率先發(fā)生破壞，否則會影響骨架的使用安全。因此，不能盲目提高薄膜的厚度和設計使用強度，而應與骨架的設計強度相適應。這在簡易的拱棚上面表現(xiàn)尤為突出，往往是薄膜沒損壞，骨架已經(jīng)承擔不了，只能“膜損架亡”。

參考文獻

[1] “莎莉嘉”臺風海南農(nóng)業(yè)保險估損3.08億元，已賠付1.37億元[EB/OL].[2016-11-25].http：//www.circ.gov.cn/web/site0/tab5168/info4051209.html.

[2] 云龍鎮(zhèn)六大舉措降低“莎莉嘉”對農(nóng)業(yè)影響[EB/OL].[2016-10-19].http：//news.0898.net/n2/2016/1019/c231190-29166017.html.

[3] 葉俊一.受“莎莉嘉”影響萬寧農(nóng)業(yè)經(jīng)濟損失2757萬元[EB/OL].[2016-10-19].http：//www.hinews.cn/news/system/2016/10/19/030772537.html.

[4] 楊冠宇.臺風致海南多地受災[EB/OL].[2016-10-20].http：//news.xinhuanet.com/politics/2016-10/20/c_1119753250.htm.

[5] 海南?？谕茝V新型大棚[J].世界熱帶農(nóng)業(yè)信息，2015（04）：25-26.

[6] 中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設部，中華人民共和國國家質量監(jiān)督檢驗檢疫總局.建筑結構荷載規(guī)范：GB 50009-2012[S].2012.

*項目支持：海南省自然科學基金項目資助（20153058）。

作者簡介：劉建（1982-），男，四川綿陽人，副教授，主要研究方向為農(nóng)業(yè)設施結構工程與規(guī)劃、設計。