屋頂光伏電站支架強(qiáng)度及屋面載荷計(jì)算

屋頂光伏電站支架強(qiáng)度及屋面載荷計(jì)算1工程概況

項(xiàng)目名稱：江蘇省*****中心小學(xué)49KW光伏屋頂

工程地址：江蘇省***

設(shè)計(jì)單位：上海能恩太陽能應(yīng)用技術(shù)有限公司

建設(shè)單位：******有限公司

結(jié)構(gòu)形式：屋面鋼結(jié)構(gòu)光伏支架

支架高度：0.3m

2參考規(guī)范

《建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》GB50068—2001

《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》GB50009—2001（2006年版）

《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50011—2010

《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50017—2003

《冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50018—2002

《不銹鋼冷軋鋼板和鋼帶》GB/T3280—2007

3設(shè)計(jì)條件：

太陽能板規(guī)格：1650mm*990mm*50mm

混凝土屋頂太陽能板安裝數(shù)量：200塊

最大風(fēng)速：27.5m/s平坦開闊地域

太陽能板重量：20kg

安裝條件：屋頂

計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)：日本TRC0006-1997

設(shè)計(jì)產(chǎn)品年限：20年

4型材強(qiáng)度計(jì)算

4.1屋頂荷載的確定

（1）設(shè)計(jì)取值：

①假設(shè)為一般地方中最大的荷重，采用固定荷重G和暴風(fēng)雨產(chǎn)生的風(fēng)壓荷重W的短期復(fù)合荷重。

②根據(jù)氣象資料，揚(yáng)中最大風(fēng)速為27.5m/s,本計(jì)算最大風(fēng)速設(shè)定為：30m/s。

③對于混凝土屋面，采用最佳傾角安裝的系統(tǒng)，需要考慮足夠的配重，確保組件方陣的穩(wěn)定可靠。

④屋面高度20m。

4.2結(jié)構(gòu)材料：

C型鋼重量：1.8kg/m

截面面支架尺寸（mm）41*41*2

安裝角度25°

材料鍍鋅

截面面積（A）277

形心主軸到腹板邊緣的距離1.4516E+01

形心主軸到翼緣尖的距離2.6484E+01

慣性矩Ix8.3731E+04

慣性矩Iy4.5694E+04

回轉(zhuǎn)半徑ix1.7386E+01

回轉(zhuǎn)半徑iy1.2844E+01

截面抵抗矩Wx4.0844E+03

截面抵抗矩Wx4.0844E+03

截面抵抗矩Wy3.1478E+03

截面抵抗矩Wyy1.7254E+03

4.3假定荷重：

①固定荷重G

太陽能板質(zhì)量：G1=20kg×20=400kg→3920N;

所以C形軌道承載的固定荷載重量G=3920N;

②風(fēng)壓荷重W

根據(jù)《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》中對風(fēng)載荷的規(guī)定如下（按承重結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)）：

Wk=βgzμsμzW0

Wk:風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值（KN/m2）；

βgz：高度Z處的風(fēng)振系數(shù)；

μs：風(fēng)荷載體型系數(shù)；

μz：風(fēng)壓高度變化系數(shù)（0.84）；

W0：基本風(fēng)壓（KN/m2）

按《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》表7.5.1ξ為1.6

所以βgz=1.6

根據(jù)《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》表F7.3.1，體型系數(shù)μs為1.475，

所以，Wk=1.6*0.83*0.84*0.57=0.636KN/m2

③雪壓荷重

根據(jù)《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》中規(guī)定：

Sk=μr*S0；

Sk：雪荷載標(biāo)準(zhǔn)值（KN/m2）；

Μr：屋面積雪分布系數(shù)；

S0：基本雪壓（KN/m2）

根據(jù)《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》表6.2.1Μr=0.2

S0為0.35KN/m2

所以Sk=0.2*0.35=0.07KN/m2

④地震荷載

根據(jù)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》，采用底部剪力法時(shí)，按下列公式確定：

FEk=1*Geq

FEk為結(jié)構(gòu)總水平地震作用標(biāo)準(zhǔn)值；

1為水平地震影響系數(shù)值，可取水平地震影響系數(shù)最大值max；

Geq為結(jié)構(gòu)等效總重力荷載，單質(zhì)點(diǎn)應(yīng)取總重力荷載代表值。

由于揚(yáng)中市沒有處于我國的地震帶，所以根據(jù)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》表5.1.2-2查得1為0，

所以FEk為0

⑤荷載基本組合P

根據(jù)《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》第3.2節(jié)荷載組合，計(jì)算如下：

風(fēng)壓主導(dǎo)時(shí)：P=G+W+S

P=3920+636*1.64*0.99*20+70*1.64*0.99*20=26.845KN

C形軌道結(jié)構(gòu)強(qiáng)度計(jì)算

C形軌道驗(yàn)算：

順風(fēng)時(shí)，B-C點(diǎn)產(chǎn)生的力矩M1，由下式表示：

q=(26845/4/10.2=657.97N/m（系統(tǒng)由4排軌道支撐，每排軌道長10.2m）

L=2.073m

應(yīng)力

由于所使用材料為：允許應(yīng)力為23500N/cm2/1.5=15666N/cm2

(8661.76/15666)<1所以安全

彎曲δ1

(由4根橫梁支撐)

E=6.9×105N/cm2

IM=12cm4

跨距207.3cm，最大位移量207.3/100=2.073cm，所以安全;

5屋面配重設(shè)計(jì)

混凝土屋面太陽能方陣采用主次梁布置，電池板以25°傾角布置；次梁及柱采用表面熱鍍鋅鋼型材。本計(jì)算書依據(jù)2x10（電池板）陣列進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算簡圖見圖1

5.1荷載標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算

5.1.1．恒荷載：

太陽能板：q=0.2/(1.64x0.99)=0.12KN/m2

鋼結(jié)構(gòu)自重：q=0.08KN/m2

q=0.20KN/m2

5.1.2．風(fēng)荷載：

風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值

揚(yáng)中市地區(qū)基本風(fēng)壓（n=50）：（建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范附錄D.4）

離地面高度20米位置D類地區(qū)：

風(fēng)振系數(shù)

體型系數(shù)：

風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算：

5.1.3．雪荷載：

雪荷載標(biāo)準(zhǔn)值

揚(yáng)中市地區(qū)基本雪壓（n=50）：

體型系數(shù)：

=0.35x1=0.35

5.2荷載組合

最不利負(fù)載組合為：1.0恒＋1.4風(fēng)（—）

=1.0x0.20-1.4x0.389=-0.3446KN/m2

5.3基礎(chǔ)校核

電池板投影面積：10.125mx2.973m=30.1㎡

負(fù)荷載：30.1㎡x0.3446KN/㎡=10.37KN

基礎(chǔ)總配重：1.22KNx10個(gè)=12.2KN

平均載荷：12.2KN/30.1㎡=0.405KN/㎡

本項(xiàng)目需配置10個(gè)1.22KN的基礎(chǔ)，基礎(chǔ)總配置達(dá)到12.2KN,大于負(fù)載荷10.37KN，達(dá)到系統(tǒng)要求。

6屋面承重計(jì)算

（1）荷重

太陽能板質(zhì)量：G1=20kg×20=400kg

支架總荷重：G=136kg

水泥墩荷重：G2=125kg×10=1250kg

（2）屋頂單位面積受力

總荷重:400+136+1250kg=1786kg

組件安裝面積：10.125×2.973≈