固定式光伏支架计算书汇总.docx
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固定式光伏支架计算书汇总
固定式光伏组件支架
结
构
计
算
书
2015年11月
1工程概述
支架共8榀,间距为3m,两端带悬挑0.58mm,总长22.16m,电池板组水平宽度2.708米、斜面长度3.3米,荷载按25年重现期计算,结构重要性系数0.95,项目地点在黑龙江省牡丹江市,结构计算的三维示意如下图1所示。
图1.1总体结构模型
2分析方法与软件
采用SAP2000V15钢结构分析软件进行结构计算分析。
3设计依据
1)建筑结构可靠度设计统一标准(GB50068-2001)
2)建筑结构荷载规范(GB50009-2012)
3)建筑抗震设计规范(GB50011-2010
4)钢结构设计规范(GB50017-2003)
4材料及其截面
材料材质性能,详见下表4.1。
表4.1材料性能
材料名称
单位重量
N/m3
fy屈服强度
N/m2
f设计强度
N/m2
抗拉强度
N/m2
弹性模量E1
N/m2
泊松比U
Q235
7.85E4
235E6
215E6
390E6
2.1E11
0.3
Q345
7.85E4
345E6
310E6
470E6
2.1E11
0.3
5荷载工况与组合
5.1荷载工况
计算所考虑的荷载有恒载、雪荷载以及风荷载作用(由于本支架比较轻,地震工况与风荷载相比,其远不起控制作用,因此,可不考虑地震工况)。
5.1.1支架所受荷载
支架受到的荷载主要有支架自重、电池板及安装附件自重、风载、雪载。
荷载通过檩条传递到支架柱上,模型按各荷载大小均匀分布到檩条上进行加载。
1)结构构件自重:
由计算软件自动考虑。
2)恒荷载(太阳能电池板等安装组件):
0.15kN/㎡(包括各种连接件)。
组件总重:
W组件=150*22.16*3.3=10969.2N
檩条线荷载:
q组件=W组件/(4*22.16)=123.8N/m
3)雪荷载:
雪荷载由四根檩条承受,按线均布荷载计:
按下面公式计算:
Sk=μrs0=0.7*0.639=0.4473kN/m2
注:
a)电池板安装角度为35度,μr取0.7。
b)s0为25年重现期雪压值(根据牡丹江市10年和100年雪压值,按公式E.3.4(GB50009-2012)求得)
雪压总重:
W雪=447.3*22.16*2.708=26842N
檩条线荷载:
q雪=W雪/(4*22.16)=302.8N/m
4)风荷载:
电池板安装后35度斜角,风载体型系数取1.3。
按下面公式计算基本风压:
ωk=βz*μs*μz*ω0=1*1.3*1*0.43=0.559kN/m2
其中:
、地面粗糙度为B类,安装高度小于10米,μz取1。
βz取1。
ω0(等于0.43kN/m2)为25年重现期风压值(根据牡丹江市10年和100年雪压值,按公式E.3.4(GB50009-2012)求得)
风压总重:
W风=559*22.16*3.3=40878.6N
檩条线荷载:
q风=W风/(4*22.16)=461.2N/m
5.2荷载组合
计算过程考虑了如下组合:
(1)1.35恒载+1.4*0.7雪载
(2)1.2恒载+1.4雪载
(3)1恒载+1.4雪载
(4)1.2恒载+1.4风载
(5)1.2恒载-1.4风载
(6)1恒载+1.4风载
(7)1恒载-1.4风载
(8)1.2恒载+1.4雪载+1.4*0.6风载
(9)1.2恒载+1.4雪载-1.4*0.6风载
(10)1恒载+1.4雪载+1.4*0.6风载
(11)1恒载+1.4雪载-1.4*0.6风载
(12)1.2恒载+1.4*0.7雪载+1.4风载
(13)1.2恒载+1.4*0.7雪载-1.4风载
(14)1恒载+1.4*0.7雪载+1.4风载
(15)1恒载+1.4*0.7雪载-1.4风载
(16)1恒载+1.4*0.7雪载+1风载
(17)1恒载+1.4*0.7雪载-1风载
说明:
风荷载前系数为正表示风力方向指向电池板,为负表示风力方向背离电池板。
6结构建模
6.1模型概况
计算所考虑的荷载有恒荷载、雪荷载和风荷载。
6.2结构计算模型、坐标系及约束关系
图6.2.1结构计算模型、坐标系及约束图
6.3荷载施加
恒荷载施加,施加效果见下图6.3.1。
结构构件自重由软件自动计算,其它太阳能电池板及固定安装组件等的自重为150N/m2,通过线荷载导到檩条上。
图6.3.1施加恒荷载
雪荷载施加,施加效果见下图6.3.2。
通过线荷载导到檩条上。
图6.3.2施加雪荷载
风荷载施加,施加效果见下图6.3.3、6.3.4。
图6.3.3风荷载(指向表面)
图6.3.4风荷载(背离表面)
7主要计算结果
7.1构件应力比
构件在各荷载组合下计算的应力比都小于1,强度符合要求,正常使用极限状态标准组合下最大变形为10.7/3000=1/280<1/200,挠度符合要求。
各构件应力比对应值见下表7.1.1。
图7.1.1支架变形图(标准组合16)
表7.1.1构件应力比值
单位:
力-N长度-m
构件号
截面
荷载组合
轴力分量
主弯矩分量
次弯矩分量
应力比
/PRatio
/MMajRatio
/MMinRatio
/TotalRatio
74
JG65*25*2.2
COMB12
3.58E-06
0.122803
0.030935
0.146
82
JG65*25*2.2
COMB12
3.08E-06
0.122825
0.031305
0.146
65
JG65*25*2.2
COMB12
6E-05
0.116486
0.055265
0.163
73
JG65*25*2.2
COMB12
6.02E-05
0.116509
0.055265
0.163
63
JG65*25*2.2
COMB12
6.02E-05
0.148492
0.06529
0.203
64
JG65*25*2.2
COMB12
6E-05
0.148507
0.065317
0.203
91
JG65*25*2.2
COMB12
3.08E-06
0.142175
0.095459
0.226
83
JG65*25*2.2
COMB12
3.58E-06
0.14219
0.095869
0.226
69
JG65*25*2.2
COMB12
0.003014
0.573654
0.25112
0.786
78
JG65*25*2.2
COMB12
0.001733
0.575366
0.25112
0.787
68
JG65*25*2.2
COMB12
0.003199
0.578948
0.248822
0.789
70
JG65*25*2.2
COMB12
0.003194
0.578994
0.249547
0.790
77
JG65*25*2.2
COMB12
0.001851
0.578676
0.251858
0.791
79
JG65*25*2.2
COMB12
0.001853
0.578721
0.252447
0.791
59
JG65*25*2.2
COMB12
0.000422
0.608235
0.250231
0.816
87
JG65*25*2.2
COMB12
0.006132
0.607871
0.250764
0.822
86
JG65*25*2.2
COMB12
0.006234
0.609068
0.250942
0.823
88
JG65*25*2.2
COMB12
0.006229
0.609045
0.25138
0.823
58
JG65*25*2.2
COMB12
0.001987
0.615687
0.256686
0.831
60
JG65*25*2.2
COMB12
0.001977
0.615649
0.256946
0.831
80
JG65*25*2.2
COMB12
0.001639
0.636279
0.24714
0.841
76
JG65*25*2.2
COMB12
0.001649
0.636294
0.247824
0.841
71
JG65*25*2.2
COMB12
0.00317
0.645102
0.250997
0.854
67
JG65*25*2.2
COMB12
0.003161
0.645102
0.25153
0.855
89
JG65*25*2.2
COMB12
0.006278
0.644844
0.263182
0.869
85
JG65*25*2.2
COMB12
0.006273
0.644867
0.26321
0.869
61
JG65*25*2.2
COMB12
0.001873
0.670458
0.255223
0.881
57
JG65*25*2.2
COMB12
0.001885
0.670442
0.255428
0.881
66
JG65*25*2.2
COMB12
0.004027
0.675706
0.268803
0.901
75
JG65*25*2.2
COMB12
0.002007
0.668466
0.278445
0.901
84
JG65*25*2.2
COMB12
0.008383
0.677024
0.263593
0.902
72
JG65*25*2.2
COMB12
0.004031
0.675774
0.269514
0.902
81
JG65*25*2.2
COMB12
0.002002
0.668534
0.278937
0.902
90
JG65*25*2.2
COMB12
0.00838
0.676971
0.264317
0.902
56
JG65*25*2.2
COMB12
0.002116
0.691095
0.272523
0.917
62
JG65*25*2.2
COMB12
0.002119
0.691019
0.273043
0.918
120
YG48*1.4
COMB12
0.003521
2.97E-17
0.048604
0.004
121
YG48*1.4
COMB12
0.003575
2.97E-17
0.048656
0.004
55
YG48*1.4
COMB12
0.046696
0
0.078066
0.047
13
YG48*1.4
COMB12
0.046698
0
0.078048
0.047
43
YG48*1.4
COMB12
0.073678
0
0.003051
0.074
25
YG48*1.4
COMB12
0.073678
0
0.003016
0.074
31
YG48*1.4
COMB12
0.076049
0
0.023395
0.076
37
YG48*1.4
COMB12
0.07605
0
0.023256
0.076
49
YG48*1.4
COMB12
0.082067
0
0.017329
0.082
19
YG48*1.4
COMB12
0.082068
0
0.017363
0.082
50
YG48*2
COMB12
0.081155
0.494769
0.208942
0.587
3
YG48*2
COMB12
0.081155
0.494794
0.208993
0.587
38
YG48*2
COMB12
0.125411
0.783726
0.007187
0.864
20
YG48*2
COMB12
0.12541
0.783726
0.007225
0.864
32
YG48*2
COMB12
0.128769
0.797579
0.028924
0.881
26
YG48*2
COMB12
0.128801
0.797554
0.029469
0.881
44
YG48*2
COMB12
0.136535
0.873197
0.042447
0.960
14
YG48*2
COMB12
0.136535
0.873209
0.042397
0.960
11
YG48*2.4
COMB12
0.006808
0.496766
0.240438
0.531
53
YG48*2.4
COMB12
0.006887
0.497373
0.241034
0.532
23
YG48*2.4
COMB12
0.011157
0.750159
0.002242
0.723
41
YG48*2.4
COMB12
0.011157
0.750267
0.002675
0.723
29
YG48*2.4
COMB12
0.011209
0.755314
0.002849
0.728
35
YG48*2.4
COMB12
0.011208
0.755347
0.002426
0.728
17
YG48*2.4
COMB12
0.011525
0.787181
0.047919
0.760
47
YG48*2.4
COMB12
0.011504
0.787386
0.047507
0.760
4
YG48*3.9Q345
COMB13
0.00599
0.66981
0.029912
0.643
51
YG48*3.9Q345
COMB13
0.005992
0.669917
0.029825
0.643
21
YG48*3.9Q345
COMB13
0.008259
0.967284
0.003321
0.927
39
YG48*3.9Q345
COMB13
0.008259
0.967289
0.003412
0.927
33
YG48*3.9Q345
COMB13
0.008241
0.968011
0.001343
0.927
27
YG48*3.9Q345
COMB13
0.008241
0.968017
0.001251
0.927
15
YG48*3.9Q345
COMB13
0.00808
0.972349
0.007201
0.931
45
YG48*3.9Q345
COMB13
0.00808
0.972364
0.007297
0.931
7.2构件稳定性校核
在不同部位的各类构件中,构件62(JG65*25*2.2)、121(YG48*1.4)、19(YG48*1.4)、14(YG48*2)、17(YG48*2.4)、45(YG48*3.9Q345)在相应工况受力最大,故对上述构件进行稳定性校核。
45
图7.2.1构件编号及位置
使用的各构件截面特性见下表7.2.1:
表7.2.1构件截面特性
构件截面名称
材质
H高度/D直径
B宽度
tf翼缘厚度
tw腹板厚度
A面积
Ix强轴惯性矩
Iy弱轴惯性矩
Wx强轴截面模量
Wy弱轴截面模量
ix强轴回转半径
iy弱轴回转半径
塑性截面系数ɣx
塑性截面系数ɣy
m
m
m
m
m2
m4
m4
m3
m3
m
m
-
-
JG65*25*2.2
Q235
0.065
0.025
0.0022
0.0022
0.000377
1.901E-07
4.049E-08
5.849E-06
3.239E-06
0.022466
0.010368
1.05
1.05
YG48*1.4
Q235
0.048
-
-
0.0014
0.000205
5.568E-08
5.568E-08
2.32E-06
2.32E-06
0.016483
0.016483
1.15
1.15
YG48*2
Q235
0.048
-
-
0.002
0.000289
7.659E-08
7.659E-08
3.191E-06
3.191E-06
0.016279
0.016279
1.15
1.15
YG48*2.4
Q235
0.048
-
-
0.0024
0.000344
8.961E-08
8.961E-08
3.734E-06
3.734E-06
0.016144
0.016144
1.15
1.15
YG48*3.9
Q345
0.048
-
-
0.0039
0.00054
1.324E-07
1.324E-07
5.516E-06
5.516E-06
0.015653
0.015653
1.15
1.15
1、构件62(JG65*25*2.2)稳定性计算
1)截面几何特性,详见上表7.2.1
2)稳定性校核
图7.2.2Mx弯矩图
图7.2.3My弯矩图
檩条长3m,两端支撑,中间受线荷载剪力,最大弯矩Mx=-912.43N.mMy=199.65N.m
计算长度:
lx=μx*L=1*3=3ly=μy*L=1*3=3
长细比:
λx=μlx/ix=133.5λy=μly/iy=289.3
构件属于c类截面Фx=0.33闭口截面Фbx=Фby=1,η=0.7查钢结构规范附录C
根据下面公式:
λn=3.0825>0.215,Фy按下面公式计算
其中:
α1=0.73α2=1.216α3=0.302,将数值代入上式,求得Фy=0.093
杆中间受到均布横向力,βmx=βmy=βtx=βty=1
N’Ex=39795.7NN’Ey=8475.6N
根据下面两个公式,将上述参数值代入,
=0.901f
=0.808f
2、交叉撑构件121(YG48*1.4)稳定性计算
1)截面几何特性,详见上表7.2.1
2)稳定性校核
图7.2.4轴力图
斜交叉撑长3.31m,两端铰接,受轴压力,最大轴压力N=-157.56N
计算长度:
lx=μx*L=1*3.31=3.31ly=μy*L=1*3.31=3.31
长细比:
λx=μlx/ix=201λy=μly/iy=201
构件属于b类截面Фx=Фy=0.184查钢结构规范附录C
根据下面公式:
N/(ФA)≤f求得N/(ФA)=0.019f≤f满足稳定性要求。
3、立柱斜支撑构件19(YG48*1.4)稳定性计算
1)截面几何特性,详见上表7.2.1
2)稳定性校核
图7.2.5轴力图
斜支撑长1.176m,两端铰接,受轴压力,最大轴压力N=-3617N
计算长度:
lx=μx*L=1*1.176=1.176ly=μy*L=1*1.176=1.176
长细比:
λx=μlx/ix=71.6λy=μly/iy=71.6
构件属于b类截面Фx=Фy=0.742查钢结构规范附录C
根据下面公式:
N/(ФA)≤f求得N/(ФA)=0.11f≤f满足稳定性要求。
4、北立柱构件14(YG48*2)稳定性计算
1)截面几何特性,详见上表7.2.1
2)稳定性校核
图7.2.6Mx弯矩图
图7.2.7My弯矩图
北立柱长1.72m,底端与地固接,最大弯矩在底部,考虑底部14-1段(长0.317m)稳定性(见图7.2.7)。
中下部与立柱斜支撑构件19铰接(为支撑点),见图7.2.7中的14-1段,最大弯矩Mx=688.9N.mMy=33.45N.m
计算长度:
lx=μx*L=0.7*0.317=0.222ly=μy*L=2*0.317=0.634
长细比:
λx=μlx/ix=13.6λy=μly/iy=38.9
构件属于b类截面Фx=0.986Фy=0.903
闭口截面Фbx=Фby=1,η=0.7查钢结构规范附录C
弯矩作用平面内两端铰接βmx==0.65-0.35*112.4/688.9=0.593弯矩作用平面外悬臂βtx=1βmy=βty=1
根据下面公式:
根据下面两个公式,将上述参数值代入
=0.692f
=0.897f
5、斜梁构件17(YG48*2.4)稳定性计算
1)截面几何特性,详见上表7.2.1
2)稳定性校核
图7.2.8Mx弯矩图
图7.2.9My弯矩图
斜梁长2.54m,中间三个支撑,最大弯矩在17-1段(长0.255),考虑该段稳定性。
最大弯矩Mx=726.7N.mMy=-44.24N.m
计算长度:
lx=μx*L=2*0.255=0.51ly=μy*L=2*0.255=0.51
长细比:
λx=μlx/ix=31.6λy=μly/iy=31.6
构件属于b类截面Фx=0.93Фy=0.93
闭口截面Фbx=Фby=1,η=0.7查钢结构规范附录C
βmx=βmy=βtx=βty=1
根据下面公式:
根据下面两个公式,将上述参数值代入,
=0.839f
=0.694f
6、南立柱构件45(YG48*3.9)稳定性计算
1)截面几何特性,详见上表7.2.1
2)稳定性校核
图7.2.10Mx弯矩图
图7.2.11My弯矩图
南立柱长0.538m,底端与地固接,上端悬臂,最大弯矩在底部Mx=-1912N.mMy=-17.18N.m
计算长度:
lx=μx*L=2*0.538=1.076ly=μy*L=2*0.538=1.076
长细比:
λx=μlx/ix=83.3λy=μly/iy=83.3
构件属于c类截面Фx=0.666Фy=0.666
闭口截面Фbx=Фby=1,η=0.7查钢结构规范附录C
立柱为悬臂构件βmx=βtx=βmy=βty=1
根据下面公式:
根据下面两个公