清风Get屋顶光伏电站支架强度及屋面载荷计算.docx

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清风Get屋顶光伏电站支架强度及屋面载荷计算

屋顶光伏电站支架强度及屋面载荷计算

屋顶光伏电站支架强度及屋面载荷计算

1工程概况

项目名称：

江苏省*****中心小学49KW光伏屋顶

工程地址：

江苏省***

设计单位：

上海能恩太阳能应用技术有限公司

建设单位：

******有限公司

结构形式：

屋面钢结构光伏支架

支架高度：

0.3m

2参考规范

《建筑结构可靠度设计统一标准》GB50068—2001

《建筑结构荷载规范》GB50009—2001（2006年版）

《建筑抗震设计规范》GB50011—2010

《钢结构设计规范》GB50017—2003

《冷弯薄壁型钢结构设计规范》GB50018—2002

《不锈钢冷轧钢板和钢带》GB/T3280—2007

3设计条件：

太阳能板规格：

1650mm*990mm*50mm

混凝土屋顶太阳能板安装数量：

200块

最大风速：

27.5m/s平坦开阔地域

太阳能板重量：

20kg

安装条件：

屋顶

计算标准：

日本TRC0006-1997

设计产品年限：

20年

4型材强度计算

4.1屋顶荷载的确定

（1）设计取值：

①假设为一般地方中最大的荷重，采用固定荷重G和暴风雨产生的风压荷重W的短期复合荷重。

②根据气象资料，扬中最大风速为27.5m/s,本计算最大风速设定为：

30m/s。

③对于混凝土屋面，采用最佳倾角安装的系统，需要考虑足够的配重，确保组件方阵的稳定可靠。

④屋面高度20m。

4.2结构材料：

C型钢重量：

1.8kg/m

截面面支架尺寸（mm）41*41*2

安装角度25°

材料镀锌

截面面积（A）277

形心主轴到腹板边缘的距离1.4516E+01

形心主轴到翼缘尖的距离2.6484E+01

惯性矩Ix8.3731E+04

惯性矩Iy4.5694E+04

回转半径ix1.7386E+01

回转半径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

太阳能板质量：

G1=20kg×20=400kg→3920N;

所以C形轨道承载的固定荷载重量G=3920N;

②风压荷重W

根据《建筑结构荷载规范》中对风载荷的规定如下（按承重结构设计）：

Wk=βgzμsμzW0

Wk:

风荷载标准值（KN/m2）；

βgz：

高度Z处的风振系数；

μs：

风荷载体型系数；

μz：

风压高度变化系数（0.84）；

W0：

基本风压（KN/m2）

按《建筑结构荷载规范》表7.5.1ξ为1.6

所以βgz=1.6

根据《建筑结构荷载规范》表F7.3.1，体型系数μs为1.475，

所以，Wk=1.6*0.83*0.84*0.57=0.636KN/m2

③雪压荷重

根据《建筑结构荷载规范》中规定：

Sk=μr*S0；

Sk：

雪荷载标准值（KN/m2）；

Μr：

屋面积雪分布系数；

S0：

基本雪压（KN/m2）

根据《建筑结构荷载规范》表6.2.1Μr=0.2

S0为0.35KN/m2

所以Sk=0.2*0.35=0.07KN/m2

④地震荷载

根据《建筑抗震设计规范》，采用底部剪力法时，按下列公式确定：

FEk=1*Geq

FEk为结构总水平地震作用标准值；

1为水平地震影响系数值，可取水平地震影响系数最大值max；

Geq为结构等效总重力荷载，单质点应取总重力荷载代表值。

由于扬中市没有处于我国的地震带，所以根据《建筑抗震设计规范》表5.1.2-2查得1为0，

所以FEk为0

⑤荷载基本组合P

根据《建筑结构荷载规范》第3.2节荷载组合，计算如下：

风压主导时：

P=G+W+S

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

C形轨道结构强度计算

C形轨道验算：

顺风时，B-C点产生的力矩M1，由下式表示：

q=（26845/4/10.2=657.97N/m（系统由4排轨道支撑，每排轨道长10.2m）

L=2.073m

应力 

由于所使用材料为：

允许应力为23500N/cm2/1.5=15666N/cm2

（8661.76/15666）<1所以安全

弯曲δ1

（由4根横梁支撑）

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屋面配重设计

混凝土屋面太阳能方阵采用主次梁布置，电池板以25°倾角布置；次梁及柱采用表面热镀锌钢型材。

本计算书依据2x10（电池板）阵列进行计算，计算简图见图1 

5.1荷载标准值计算

5.1.1．恒荷载：

太阳能板：

q=0.2/（1.64x0.99）=0.12KN/m2

钢结构自重：

q=0.08KN/m2

q=0.20KN/m2

5.1.2．风荷载：

风荷载标准值 

扬中市地区基本风压（n=50）：

（建筑结构荷载规范附录D.4）

离地面高度20米位置D类地区：

风振系数 

体型系数：

风荷载标准值计算：

5.1.3．雪荷载：

雪荷载标准值 

扬中市地区基本雪压（n=50）：

体型系数：

=0.35x1=0.35 

5.2荷载组合

最不利负载组合为：

1.0恒＋1.4风（—）

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

5.3基础校核

电池板投影面积：

10.125mx2.973m=30.1㎡

负荷载：

30.1㎡x0.3446KN/㎡=10.37KN

基础总配重：

1.22KNx10个=12.2KN 

平均载荷：

12.2KN/30.1㎡=0.405KN/㎡

本项目需配置10个1.22KN的基础，基础总配置达到12.2KN,大于负载荷10.37KN，达到系统要求。

6屋面承重计算

（1）荷重

太阳能板质量：

G1=20kg×20=400kg

支架总荷重：

G=136kg

水泥墩荷重：

G2=125kg×10=1250kg

（2）屋顶单位面积受力

总荷重:

400+136+1250kg=1786kg

组件安装面积：

10.125×2.973≈30.1㎡

单位面积受力：

1786/30.1=59.34kg/㎡≈0.58kN/㎡

由于本项目建筑均为上人屋面，根据GB50009-2001（06年版）设计。

混凝土屋面设计载荷为2kN/㎡，屋顶平均载荷为0.58KN/㎡，安装太阳能方阵后载荷远小于设计载荷，所以安全。