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屋顶光伏电站支架强度及屋面载荷计算

摘要:1 工程概况 项目(xiàng mù)名称:江苏省*****100KW光伏屋顶发电项目 工程(Engineering)地址:江苏省*** 设计单位:******有限公司 建设单位(unit):******有限公司 结构形式:屋面钢结构光伏支架...

1 工程概况

项目(xiàng mù)名称:江苏省*****100KW光伏屋顶发电项目
工程(Engineering)地址:江苏省***
设计单位:******有限公司
建设单位(unit):******有限公司
结构形式:屋面钢结构光伏支架
支架高度:0.3m
2 参考标准
《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)
《建筑抗震设计标准》GB50011—2010
《钢结构设计标准》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TRC 0006-1997
设计产品年限:20年
4型材强度(strength)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(fixed)荷重G和暴风雨产生的风压(wind pressure)荷重W的短期复合荷重。千赢官网登录属于镀膜技术它是在常规镀钛工艺基础上增加预镀和电镀工艺步骤,预镀工艺是将活化后的镀件置于食盐和盐酸的水溶液中进行化学处理。

  ②根据气象资料(Means),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(Material) 镀锌(galvanization)(Zinc)
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 Ix 8.3731E+04
惯性(inertia)矩 Iy 4.5694E+04
回转半径 ix 1.7386E+01
回转半径 iy 1.2844E+01
截面抵抗矩 Wx 4.0844E+03
截面抵抗矩 Wx 4.0844E+03
截面抵抗矩 Wy 3.1478E+03
截面抵抗矩 Wyy 1.7254E+03
4.3 假定荷重:

  ①固定(fixed)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(wind pressure)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 =βgz μs μz W0
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《建筑结构荷载标准》中规定(guī dìng):
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0.35 KN/m2
所以Sk=0.2*0.35=0.07 KN/m2

  ④地震荷载
根据《建筑抗震设计标准》,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《建筑抗震设计标准》表5.1.2-2查得1为0。千赢官网登录就是铝棒通过热熔、挤压、从而得到不同截面形状的铝材料。铝型材的生产流程主要包括熔铸、挤压和上色三个过程。其中,上色主要包括:氧化、电泳涂装、氟炭喷涂、粉末喷涂、木纹转印等过程。
所以FEk为0

  ⑤荷载基本组合P
根据《建筑结构荷载标准》第3.2节荷载组合,计算如下:
风压主导(guiding)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(Material)为:允许应力为23500N/cm2 /1.5=15666 N/cm2
(8661.76/15666)弯曲δ1
(由4根横梁支撑)
E=6.9×105 N/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(Concrete)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(热浸镀锌)(galvanization)钢型材。本计算书依据(yī jù)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(position ) 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: 
=0.35 x1=0.35 
5.2 荷载组合
最不利负载组合为:1.0恒+1.4风(—)
=1.0x0.20-1.4 x 0.389=-0.3446 KN/m2
5.3 基础校核
电池板投影面积:10.125 m x 2.973m=30.1㎡
负荷载:30.1㎡x 0.3446 KN/㎡=10.37 KN
基础总配重: 1.22KN x10个=12.2 KN 
平均载荷:12.2 KN/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(load)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(xiàng mù)建筑均为上人屋面,根据GB50009-2001(06年版)设计。太阳能铝边框强度及牢固性强、抗拉力性能强、弹性率、刚性、金属疲劳值高、耐紫外线能力强、稳固性能好、使用年限时间长。 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。

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