Введение. Одним из видов производственной деятельности в малых формах хозяйствования является выращивание сельскохозяйственных культур в культивационных сооружениях. Для фермеров рынком предлагается несколько типов теплиц круглогодового использования: однопролётные арочные, рамные и многопролётные (блочные) со стальным каркасом и ограждающими конструкциями из листового стекла и сотовых поликарбонатных панелей (рис. 1) [1–15]. На уровне изобретений разработаны более сложные конструкции теплиц [16–18], но их практическое применение нецелесообразно.  Поставка и монтаж заводских теплиц требует значительных единовременных затрат: до 8–15 тыс. руб/м2 в зависимости от конструктивного решения и инженерного оснащения [6, 12, 13], что в перспективе отрицательно повлияет на окупаемость сооружения и рентабельность производства в фермерском хозяйстве. Значительно снизить затраты на теплицу возможно при её строительстве собственными силами, используя для сварки стального каркаса прокатные профили. Рис. 1. Основные типы выпускаемых фермерских теплиц:а – блочная (многопролётная );  б– ангарная  рамной конструктивной схемы; в – арочнаяИз приведенных типов теплиц блочные по расходу стали (7–8 кг/м2), зависящего от конструктивного решения сооружения и снеговой нагрузки, занимают промежуточное положение между однопролётными арочными (5–7 кг/м2) и рамными(10–13 кг/м2). Однако многопролётные теплицы характеризуются меньшим коэффициентом ограждения (отношение площади ограждающих конструкций к площади застройки) по сравнению с однопролётными (рис. 2), что обусловливает снижение затрат на ограждающие конструкции и отопление. Экономический эффект от двух последних факторов превышает затраты на металлоконструкции. Таким образом, блочные теплицы являются более экономичным типом сооружений по сравнению с однопролётными.Методика. Обоснование рациональных строительных параметров блочной теплицы построечного изготовления. Методика исследования предусматривала аналитический вывод необходимых зависимостей.Для принятой площади застройки блочной теплицы соответствующее минимальной площади ограждающих конструкций количество пролётов определяется выражением: ,                   (1)где L – принимаемый пролёт теплицы, м (в соответствии с СП 107.13330.2012 «Теплицы и парники»  не должен превышать 9 м); h – высота продольного ограждения, м ( для блочных теплиц минимально равная 2,1 м по СП 107.13330.2012); α – угол наклона скатов кровли (не менее 25о); FП – предусматриваемая площадь теплицы, м2.Задаваясь технологически приемлемым пролётом L, по формуле (1) определим n, а затем планировочные размеры блочной теплицы принятой площади, при которой коэффициент ограждения будет минимальным:  ,       (2)где А – вычисленная длина теплицы, м.Так, для блочной теплицы площадью 500 м2 при принятом пролёте L = 4 м, высоте h =2,1 м, угле наклона кровли α =30о по формуле (1) оптимальное количество пролётов равно пяти, планировочные параметры теплицы 20×25 м, коэффициент ограждения по формуле (2) равен 1,58.Рис. 2. Изменение коэффициента ограждения теплицы площадью 500 м2:1 – блочная теплица (h= 2,1 м; L=4 м; α=30о); 2 – однопролётная рамная теплица (h =2,1 м; α=30о);3 –однопролётная арочная теплица с круговым очертанием кровлиПредлагаемая конструктивная схема стального каркаса блочной теплицы построечного изготовления с узловыми соединениями на сварке приведена на рис. 3. К несущим элементам каркаса относятся стойки, лотки и шпросы. В ограждающих конструкциях блочных теплиц применяются листовое стекло и сотовые поликарбонатные панели. Кровлю теплицы целесообразно предусматривать из листового стекла для обеспечения стаивания осадков во время снегопада и предотвращения образования снеговых мешков в ендовах крыши. В блочных теплицах для снижения теплопотерь в уровне затяжки в горизонтальной плоскости, как правило, предусматривается трансформируемый шторный экран. Стеклянное ограждение является конструктивным элементом сооружения, толщина стекла зависит от снеговой нагрузки и расстояния между шпросами. Опирание стекла на конструкции  покрытия теплиц может быть различным: на две и более стороны. Наиболее невыгодным с точки зрения работы стекла под нагрузкой является вариант, когда оно опирается двумя сторонами.  Напряжения в этом случае определяются по формуле ,                (3)где q1 – расчётная равномерно распределённая нагрузка на 1 м2 наклонной поверхности остекления; С – пролёт стекла (расстояние между шпросами); b, h – соответственно ширина и толщина стекла; RИ  – расчётное сопротивление стекла на изгиб по СП107.13330.2012.Рис. 3. Предлагаемая конструктивная схема каркаса блочной теплицы построечного изготовления:1 – фундаментный столбик; 2 – стойка; 3 – лоток для удаления осадков; 4 – затяжка; 5 – коньковый прогон; 6 – шпросы из сдвоенных уголков для опирания стеклаПолагая в формуле (3) b =1 м, RИ =10 МПа (100 кгс/см2) и приравняв напряжения расчётному сопротивлению, после преобразований получим выражение для толщины стекла: (мм),               (4)где С – в метрах, q1 – в Па.Решив равенство (4) относительно С, получим: .                      (5)Связь между нагрузками на 1 м2 наклонной (q1) и горизонтальной (q) поверхности может быть выражена формулой:  ,где α – угол наклона кровли теплицы.При наиболее распространённом угле наклона кровли α =30о формула (5) примет следующий вид:   (м).                     (6)В соответствии с требованиями СП107.13330.2012 «Теплицы и парники» для теплиц следует применять стекло (ГОСТ 111) унифицированных размеров толщиной не более 4 мм. Стекло должно укладываться на прокладки или мастику и крепиться к шпросам кляммерами или профильными элементами. В качестве стальных шпросов возможно применение сдвоенных прокатных по ГОСТ 8509-93  или гнутых уголков по ГОСТ 8510-86. Определяющим для подбора сечения шпросов является второе предельное состояние, их прогиб не должен превышать 1/150 пролёта (рис. 4). Установим закономерность изменения расхода стали на шпросы из прокатных уголков. Математической обработкой данных сортамента методом наименьших квадратов установлена эмпирическая зависимость расхода стали на шпросы от момента инерции (рассматривались уголки с полкой 20…50 мм).  (кг/м)               (7)(статистические характеристики связи:  r=0,91; mr =0,045; r/mr = 20).Прогиб стержня при продольно-поперечном изгибе определяется по формуле [19]:  ,                      (8)где fП – прогиб стержня от поперечной нагрузки; Р – продольная сила; РЭ – Эйлерова сила.Рис. 4. Принятая расчётная схема шпросов: qш – снеговая нагрузка на горизонтальную проекцию кровли; l  – расстояние между точками опирания шпросов, принятое равным пролёту теплицы; с – расстояние между шпросами Прогиб шпроса от поперечной  нагрузки  ,            (9)где  – нормативная нагрузка на шпросы;с – расстояние между шпросами; b – длина шпроса, равная l/(2соsα); EI – жёсткость сечения шпроса; α  – угол наклона шпросов, принятый равным 300.Суммарный прогиб шпросов после преобразований: .      (10)Суммарный прогиб шпросов не должен превышать нормируемой величины:  .              (11)Приравняв правые части формул (10) и (11), после вычислений получим:   (см4) ,                 (12)где  – в кгс/м2; с, l – в метрах.Подставив в эмпирическую зависимость (7) значение момента инерции (12), получим теоретический расход стали на шпросы:   (кг/м)      (13)Или, умножив на 1/(с cosα) на 1м2 площади теплицы,  (кг/м2)        (14)Лотки в блочных теплицах необходимы для удаления из ендов дождевых осадков и тающего на покрытии снега (рис. 3). В  качестве  лотков  из  сортамента  металлических  профилей  целесообразно использовать гнутые швеллеры поГОСТ 8278-83.Эмпирическая зависимость расхода стали на 1 пог. м лотка в функции момента инерции (рассматривались швеллеры шириной 140…180 мм):  (кг/м)           (15) .Момент инерции сечения лотков равен:  ,            (см4)    (16)где  – нормативная нагрузка на лоток, кг/м2; l   –   пролёт теплицы, м; а  –  шаг рам каркаса, м; RИ-  расчётное сопротивление стали на изгиб.Подставив выражение для момента инерции (16) в зависимость (15), получим расход стали на лотки из условия расчёта их по деформативности:  (кг/м)           (17)или           (кг/м2)            (18)В предлагаемой стоечно – балочной конструктивной схеме (рис. 3) на стойки каркаса опираются лотки для удаления осадков с кровли теплицы. На стойки каркаса блочных теплиц действуют вертикальные и горизонтальные нагрузки, величины которых незначительны. По конструктивным соображениям для стоек теплиц лучше всего подходят двутавровые профили. Расчёты показывают, что в пределах изменения пролёта теплиц от 3 до 6 м и шага стоек от 2 до 4 м при всех возможных сочетаниях нагрузок на шатёр культивационных сооружений в качестве стоек может быть применён прокатный двутавр №10. Получена следующая эмпирическая  зависимость расхода стали на стойки каркаса в функции  пролёта и шага стоек при изменении планировочных параметров в пределах  их вышеуказанных значений:                  (кг/м2)             (19)где а – шаг стоек блочных теплиц, м; l –  пролёт теплицы, м.Удельный  расход стали на несущие элементы каркаса теплицы равен сумме зависимостей (14), (18) и (19):     (кг/м2)                               (20) Для определения строительных параметров теплицы, соответствующих минимуму расхода стали на каркас, продифференцируем (20) по каждому переменному:                  (21)        (22)      (23)Функция (21) 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 (22) и (23). Установленные значения параметров, соответствующие минимуму расхода стали на каркас теплицы, приведены в табл. 1 применительно к снеговым нагрузкам, установленным  в СП «Теплицы и парники». Таблица . Рациональные значения шага стоек и пролёта блочной теплицы с каркасом из прокатных профилейНормативная нагрузка на лотки, ,ПаНаименование строительныхпараметров теплицыРациональные значениястроительных параметров, м200ПролётШаг4,602,60300ПролётШаг4,002,45400ПролётШаг3,602,35500ПролётШаг3,302,25 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 50–60 тыс. руб/т удельная стоимость каркаса примерно равна  600 руб/м2, что существенно ниже стоимости металлоконструкций заводской поставки.Заключение. Выведены зависимости, позволяющие рационально запроектировать блочную теплицу построечного изготовления. Для приведенных в нормах проектирования теплиц снеговых нагрузок обоснованы значения пролёта и шага стоек каркаса теплицы, соответствующие минимуму расхода стали.