CN100413399C - 悬索式治沙种植充气组合四季棚 - Google Patents

Abstract

悬索式治沙种植充气组合四季棚发明，涉及农用大棚，是环境保护将沙漠改造为良田的四季用大棚，其结构：棚顶支撑主架梁为拱形，由多条钢丝绳悬索，以横向大跨度和纵向小间隔，分段用竖拉筋垂吊∏型导水槽构成，对相邻各拱型支撑主架梁，用相同形式的∏型导水槽，以和配套镶嵌的充气膜块边长相同的间隔，进行懔架式连接使之成为长方格式的网络结构，然后，嵌装有加热电阻丝网的充气薄膜块。大棚建成后，在棚内可实现“改天换地”造福一方的理想：保持了棚内的空气湿度和沙土地质的墒情并于外界风沙隔绝，夏季防晒、冬季防冻，完好植被，无人畜破坏；冬季春秋化，北方南方景，瓜果花菜树，四季可常青，环境受保护，沙漠变绿洲，利用加开发，旅游好去处。

Description

悬索式治沙种植充气组合四季棚

技术领域

本发明涉及农用大棚，是关于环境保护将沙漠改造为良田的悬索式充气组合四季用大棚。

背景技术

农用大棚的作用是在满足日照光合作用的前提下，可保温、保湿、防风、防冻、防沙、防雹，一方面可为社会提供四季新鲜蔬菜瓜果，另方面为农民脱贫致富提供不间断收入的基本条件，因此，在我国北方寒冷地区已普遍使用。其形式大同小异，都是些低微的棚架直接落地的小棚，保温性能差，应用范围狭小，不能做到“改天换地”，只能在小块土地上发挥作用。对于要扩大棚盖范围，也只是停留在结构不变，做些重复性的扩展，更限于条件、力量和技术等方面的考虑，尚没见有人提出并上升到改造环境、将沙漠变成良田的认识高度和具体实践。本发明则是超越现实、将大棚作用升华到“改天换地”的高度，从理论、实践、和具体技术方案上全面考虑，只要作出投入，就能成功并可在不太长的时间内将投资收回。

本发明考虑和遵循的理论基础是，(A)针对土地干旱沙化的基本原因：①由于水气蒸发量大于降雨量，外加地表蒸发水气自然升空无阻或被风带走使地面空气湿度为零形成的只减不增恶性循环；②地下水位下降、沙尘暴流沙侵害以及人畜的逐年破坏；③没有植被保护地下已有水分以及被残有的植物吸收；(B)从技术上采取一定的防范措施：①利用封闭式大棚保全地表水气不要升空和被风带走，即保全地面上的空气湿度使蒸发量小于降水量；②广泛植树造林或种植其它植物以形成稳定的植被；③隔断沙尘暴和流沙的侵害以及人畜对植被的破坏；④利用辅助热源减弱冬季寒冷和冰雪袭击对棚内温度的降低程度；⑤植被形成初期要辅以一定的喷灌补水；(C)对形成的大棚环境开发利用：①可扩展种植热带水果树种、花卉和其它农作物；②可开发为旅游基地；③可作为贫困地区人民的迁徙之地；④可在棚内实现“改天换地”，沙漠变绿洲，一年四季似江南的梦想。

本发明所借鉴的实践依据是：(A)现有农用大棚的实际效应在小块土地范围内已被广为证明；(B)悬索和斜拉索大桥的大跨度提吊已为共享技术，故悬吊大跨度的棚顶尚无任何困难；(C)轻质透明充气高棚顶形成的低温隔离效果和白天的日照温升可使冬季棚内温降减弱，昼夜的温差缩小；(D)国内国际每年在大面积治沙防沙方面的投入不小而收效甚微的软割切，不如采取集中财力作蚕食性治沙再滚动前进的方针实际。

本发明所采用的技术方案是：(A)大棚以平方公里作为营造的单元单位，采用多条钢丝绳悬索，以横向大跨度和纵向小间隔，分段用竖拉筋垂吊∏型导水槽，使之成为并排的悬索拱型支撑主架梁；(B)对相邻各拱型支撑主架梁，用相同形式的∏型导水槽，以和配套嵌装的充气膜块边长相同的间隔进行懔式连接使之成为长方格式的网络结构；(C)将带有加热电阻丝网的透明充气薄膜块按序布满网格嵌入到懔式∏型槽内；(D)用槽型块间锁闭夹将相邻充气膜块锁定；(E)连通电阻丝网控制线路，封闭四周，则悬索式充气组合四季棚的主体即基本建成。

本发明实施投用后，在棚内可实现“改天换地”造福一方的理想：(A)保持了棚内的空气湿度和沙土地质的墒情并于外界风沙隔绝；(B)夏季防晒、冬季防冻，可完好植被，无人畜破坏；(C)北方南方景，冬季春秋化，瓜果花菜，可四季常青；(D)沙漠变绿洲，环境被保护，利用并开发，旅游好去处。

现对本发明的可行性作简要分析：

(A)对本发明悬索受力的分析。目前尚未见有此种结构的大棚，故无法进行相似性比对，但悬索式大桥却屡见不鲜，其跨度在1000米范围的比比皆是，有的还远远超过这个范围，所以悬索式大棚的建立在技术上是可行的，并且，由于承重小，选钢丝绳的造价可放的很低。以1000米的跨度比较，悬索大桥每平方米重量在4000公斤以上，而本发明大棚的每平方米重量(含充气膜块和槽型懔架)粗略计算却在1.5公斤以下，按悬索跨度1000米和索距20米计算，悬索的总承受力为1000×20×1.5＝30000(公斤)，考虑风压1kg/m²及20％的安全系数，悬索的总承受力约为60吨左右，按此结果选用6×37-31-1700-I-甲-镀-GB1102-74的钢丝绳即可满足承力要求。

(B)对本发明结构稳定性的分析。横向有拉筋将悬索与主梁相连，一方面起到悬挂主梁的作用，另方面可控制风力影响造成上下的震动，在纵向方面，有不可伸缩的工程塑料制槽型连接懔组成了网格结构棚顶，加上立柱顶有串联入地拉线，因此抗平面运动能力强，当再把充气膜块嵌入槽型懔架后，则其稳定性又得以提高。

(C)对本发明抵抗雨、雪和冰雹的分析。由于充器膜块内有一定的充气压力，使其膜面绷紧鼓突，故一般情况下是不积水土的，加上主梁和懔架为槽型结构并在主梁上开有汇水孔，故雨水顺棚顶流到懔梁内导引送到主梁的汇水孔，集中流入到棚内的集水渠中进行灌溉，因此棚顶不会积水，对于冰雹，都是软着陆后滚到低洼的懔梁处，不会对薄膜造成较大压力，若选用稍厚一些抗老化的薄膜，则问题解决，对于积雪，则接通电源，网状电阻丝可随时加热膜块内的空气温度将集雪消融成水，同雨水一样泄排导入棚内的集水渠。该网状电阻丝除去用作消融雪水外，尚可作为对特别寒冷天气下的棚内温升补充。

(D)对本发明优势的对比分析。(1)结构方面。除去悬索的立柱和地锚桩外，其余主梁、懔架和充气膜块，都是组装而成，易安装也易拆卸，防冻保温性能好，覆盖面积随意扩大，抗风沙、抗雹灾、尤其抗雪能力强，不会出现被大雪压塌棚顶的情况，在稳定植被形成以后可拆到新的治沙区使用；(2)建造方面。经对棚高15米、跨度1000米、悬索间距20米，立柱用水泥竿，梁懔槽架为工程塑料，钢丝绳选GB1102-74的6×37-31-1700-甲-镀，薄膜为聚丙烯材料，加上电阻丝和其它辅料以及加工安装费等的初步核算，一平方米单位面积造价为9.50元，即每亩造价仅6340元，而普通的农用大棚经了解，每亩造价在15000元以上，若采用高档的意大利技术来建造大棚时则需10万元以上，而该技术也并未脱离繁多的棚内支撑结构，只是运用了自动喷淋保温和温度自动调谐装置，如果将这些技术用在本发明中，只需增加5万元即可办到(因在充气膜块内已有了加热电阻丝)；另外将本发明与昆明世博园或英国的伊甸园相比，其功能不减而费用则是最低；(3)功能方面。农用大棚受其高度、跨度、立柱和整体结构的限制，种植方面只能种些低矮的蔬菜和花卉作物，且保温性能差，而本发明可以种植高大的木本冠生植物.此外，本发明可拆装重组，重组费仅2元/m²左右，这无疑也是一大优点，治沙、绿化，滚动扩展，前述的伊甸园恐是难以做到；(4)开发利用方面。重点用作绿化治沙时，棚顶高度大可放低，待3～5年形成稳定植被后即可拆除向前迁装，另外，总的植被面积可辐射扩大3～5倍，所以其治理速度、绿化质量和投入产出比均是无可比拟的，；若将棚顶加高，棚内土质尚好时可将北方的温寒地带建造成热带式的水果生产基地，诚然，在内发展多种经营以及旅游事业也是可行的；另外，(5)环境保护方面。农用大棚覆膜易老化，更换频繁，带来白色污染，加上燃煤补充热量带来的烟雾灰粉等，对环境保护不利，而本发明则不存在这个问题；(6)节水节能方面。蒸发量大于降水量的恶性循环而并无外来水补充情况下，良田会变成沙漠，已是不容辩驳的事实，本发明反其道而行之，封闭的大棚节制了地表水蒸气的蒸发，又将每年的雨水和雪水进行了疏导到积水渠后集中按计划使用，而无需作远距高引水灌溉，则沙漠就会变成良田，这是多可观的节水；至于节能，主要指烧煤和用电，以内蒙古西部地区的农用大棚为例，需烧煤提温时间在50天左右，而且夜间长于白天，一个冬季下来，一亩大的农用大棚估计耗煤在2吨以上，而本发明则取消了烧煤提温；至于用电，是一种应急性使用，主要用在融雪上，而下雪时间毕竟不太长，所以融雪用电量并不大，要大大在可能的提温上，对于本发明结构的大棚言，保守估计严寒时间长气温特别低时最多需提温也就是20天左右，若按日升温10小时估计，电价按0.70元/千瓦时计算，年平米用电价仅7分钱左右，以此看，耗电也是微弱的。

发明内容

依据前述技术方案，本发明的具体内容如下：

(A)大棚顶采用多条钢丝绳悬索，以横向大跨度和纵向小间隔，分段用竖拉筋垂吊槽口向上的∏型导水槽，使之成为并排的悬索拱型支撑主架梁，其中横向大跨度距离为100～500米，纵向小间隔为6～20米，跨度两端的立柱为钢筋混凝土或角钢焊接件，柱高按棚顶高度确定，一般为15～30米，悬索两端用地锚锁定，柱间端头用钢筋串连入地使之安稳，悬索部分的垂吊竖拉筋按15～20米的间隔分段，所述∏型导水槽为比重1.3吨/立方米的ABS工程塑料制品，依一定间隔或在接头的底部开有疏水孔；

(B)对相邻各拱型支撑主架梁，用相同形式和材质的∏型导水槽，以和配套嵌装的方形充气膜块边长相同的间隔，进行懔架式连接使之成为长方格式的网络结构，其中，所述的方形充气膜块边框长为1.5～2.0米，懔架的间距也为1.5～2.0米，懔架导水槽的槽口也向上；

(C)将带有加热电阻丝网的方形透明充气薄膜块按序布满网格，嵌装到懔架∏型槽口内，所述的方形膜块也为工程塑料制品，薄膜采用聚丙烯高强度透明材料，厚度在0.05～0.50mm，两面敷贴，底面按有充气嘴，在嵌入槽口的两端边框上有向下向内的翻边锁定钩条，而在和相邻膜块对接的两端边框上有向上向里的翻边锁定钩条，所述的加热电阻丝网为低电压筛型或蛇形网；

(D)用块间槽型锁闭夹将相邻两充气膜块的上翻边扣上锁定，所述槽型锁闭夹长度同充气膜块边长，槽口也有向内的翻边钩，材质同懔梁；

(E)并连接通筛形或蛇形电阻丝网各引线至控制电源，封闭四周，则悬索式充气组合四季棚的主体即基本建成。

附图说明

图1为悬索支撑架纵剖面示意图；

图2为懔架式连接网格支撑架示意图；

图3为局部棚顶充气膜块嵌装组合示意图；

图4为∏型导水主架梁两断面示意图；

图5为槽型块间锁闭夹两面示意图；；

图6为懔式∏型架梁两面示意图；

图7为充气膜块正视结构图；

图8为充气膜块右视结构图；

图9为充气膜块俯视结构图

图中，1为悬索钢丝绳，2为悬索立架，3为垂吊拉筋，4为拱型导水主架梁，5为悬索地锚，6为槽型懔架梁，7为方形充气薄膜块，其中，8为PVC膜块框架，9为高强度透明薄膜，10为架间嵌装钩条，11为块间锁闭钩条，12为加热电阻丝网，13为块间锁闭夹。

具体实施方式

依据发明内容的方案和步骤，本发明的具体实施如下：

(A)安装。

1，按需求的高度将水泥立柱或角钢架2采用埋入法或底座螺栓连接法稳定竖立于地面，连接好立柱地锚拉线5和柱竿间的纵向稳定串连线；

2，按电力行业架设高压输电线的做法，将钢丝绳1悬好；

3，乘坐滑轮车按设计间隔将垂吊竖拉筋3和槽口向上的导水槽4装好使之成为拱型主架梁；

4，仍乘坐滑轮车将已在地面上连接好的懔式架梁6吊起，按与充气膜块7边长相同的间隔将懔架梁6和主架梁4装接好，使之构成网格式拱型棚顶梁架；

5，在懔架梁6上置放安装交手板，顺懔架按序将充气膜块7嵌装于懔梁上，同时，用槽型块间锁闭夹13将相邻的各膜块锁定；

6，将各个膜块的筛形或蛇形加热电阻丝12引线并联与供电总电源接通；

7，封闭大棚周边，安置好各辅助设备，则本发明的安装就绪。

(B)实施例选择。

1、优选棚：有效棚面按1平方公里计，棚高15米，立柱为钢筋混凝土梯形实心柱，柱高25米，悬索跨度500米，单索1000米为两跨三立柱，索距15米，懔槽距2米，悬索选GB1102-74的6×37-31-1700-甲-镀钢丝绳，充气膜块大小为正方2×2平米，边框为工程塑料，薄膜采用聚丙烯高强度透明材料，厚度在0.05～0.50mm范围，两面敷贴，底面按有充气嘴，懔槽架为比重1.3t/m³的ABS工程塑料制品，主梁架∏型槽横截面为(0.05×0.10-0.04×0.09)m²，懔梁架的槽型截面为(0.04×0.040.035×0.035)m³，电阻丝按通常用料配置，网形、蛇形均可，低电压能发微热即可，周边封闭采用土打墙或砖砌墙。

2、实验棚：取得经验，用于推广，按100米×50米的范围装配，选一已沙化了的地方实验。其中，棚高10米，立柱用110kv输电线水泥竿，悬索跨度100米，一跨两立柱，索距6米，懔距2米，选小号钢绳即可，充气膜块大小和懔槽架规格同优选棚，但薄膜的厚度可减小，其余部分相同。大棚装成后即可进行种植和树苗栽培，有一年时间即可取得成效。

(C)开发前景。

本发明的主要出发点在于治沙和恢复生态，为此，人们以往在这方面做出的努力和投入很大然收效甚低，近几年搞生态建设虽已见成效但速度缓慢并投入也相当可观，而且这难以应付冬季的束搏和制约，因此，若拿出部分资金来兴建本发明所公开的四季棚，逐渐推广扩大，定会取得事半功倍的效果，而且将棚内冬季春秋化，无疑是一举儿得的事情，这除去能看到一般农用大棚的直观生态效应外，尚可具有如下两方面的开发前景：

1、农业旅游产业的开发。

大棚的作用从实践上看可以达到棚内无冬天的效应，以此，在一些非沙漠并可有足够补水的平原或丘陵坡地来营建本发明四季棚，则南方的诸如荔枝、芒果、香蕉和杨桃等热带水果植物，就能够落户其中。这对北方消费者来说无疑是最受欢迎的，因为他们可以以同等或低于市场的价格买到新鲜的南方果品，同时，北方地区出现南方景致，开发作为一个旅游景点单就门票收入肯定不菲，若在里面建度假村并配套文化、餐饮和其它服务业，这对经济繁荣和社会发展来说必定是一大贡献。

2、新型房地产业的开发。

人们都向往美好的生活，希望自己能够住在那山青水秀的环境中，有着滋润的空气和热带的风光，没有污染，四季常青，但这对北方的人们来说只能作为一种梦想。但现在有了本发明的四季棚，在里面开发别墅式的房地产业，以现在人们的生活水平是肯定会成功的。至于费用，除去一次购房时需花费大一些外，物业管理和许多运行费可节省，不用交取暖费，不用建造锅炉房和配设备，不用消耗大量的煤炭，在夏季，也不用配空调，只要将棚的下部框体卸下一部分和打开门窗，就可达到自然通风目的。所以，开发房地产的前景也是乐观的。

综上，本悬索式治沙充气四季棚发明是一个敢想、现实和大有“改天换地”之作为，利国、利民、利环保。能否实现，关键在于能否改变观念，能否纳入市场来敢于投入。

Claims (7)

1. 一种超大型的悬索式治沙种植充气组合四季棚，包含有支撑立柱和棚顶，其特征是：

(A)棚顶支撑主架梁为拱形，由多条钢丝绳悬索，以横向大跨度和纵向小间隔，分段用竖拉筋垂吊槽口向上的II型导水槽构成，跨度两端为支撑立柱，悬索两端用地锚锁定，柱间端头纵向以拉筋串联入地使之安稳；

(B)对相邻各拱型支撑主架梁，用相同形式的II型导水槽，以和配套嵌装的充气膜块边长相同的间隔，进行懔架式连接使之成为长方格式的网络结构，懔架导水槽的槽口也向上；

(C)将带有加热电阻丝网的充气薄膜块按序布满网格，使边框嵌入到懔架П型槽口内，所述的膜块在嵌入槽口的两端边框上有向下向内的翻边锁定钩条，而在和相邻膜块对接的两端边框上有向上向里的翻边锁定钩条，所述的加热电阻丝网为低电压筛型或蛇型网；

(D)用块间槽型锁闭夹将相邻两充气膜块的上翻边钩条扣上锁定，所述槽型锁闭夹长度同充气膜块边长，槽口也有向内的翻边钩，材质同懔梁；

(E)并联接通筛形或蛇形电阻丝网各引线至控制电源，封闭大棚四周。

2. 按权利要求1所述的悬索式治沙种植充气组合四季棚，其特征是悬索横向跨度为100～500米，悬索纵向间隔为6～20米，垂吊竖拉筋分段间隔为15～20米。

3. 按权利要求2所述的悬索式治沙种植充气组合四季棚，其特征是主架梁的材质为比重1.3t/m³的ABS工程塑料，其П型槽横截面为

(0.05×0.10-0.04×0.09)m²。

4. 按权利要求2所述的悬索式治沙种植充气组合四季棚，其特征是懔架式的导水槽材质同主架梁，懔架间隔为1.5～2米，П型槽截面为

(0.04×0.04-0.035×0.035)m²，槽口内有锁定翻边。

5. 按权利要求1或2所述的悬索式治沙种植充气组合四季棚，其特征是充气膜块为方形，边长为1.5～2米，两面敷膜，框架为轻质塑钢材料，敷膜为高强度、防冻抗老化的聚丙烯透明拉伸薄膜，内膜上配有充气嘴。

6. 按权利要求1或2所述的悬索式治沙种植充气组合四季棚，其特征是П型导水槽的主架梁依一定间隔或在接头处开有疏导汇水孔。

7. 按权利要求1所述的悬索式治沙种植充气组合四季棚，其特征是用于取得经验的实验棚按100米×50米范围营造，棚高10米，立柱用110kv输电线水泥竿，悬索跨度100米，一跨两立柱，索距6米，懔距2米，方形充气块边长2米。

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