新舊規(guī)范對(duì)光伏支架設(shè)計(jì)的影響(圖)
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這里指的舊規(guī)范是指《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》GB50009-2012及《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50017-2003等,這幾個(gè)規(guī)范是之前國(guó)內(nèi)大部分支架廠或者光伏結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員設(shè)計(jì)支架所采用的規(guī)范,而新規(guī)范就是12年出的《光伏發(fā)電站設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50797-2012,里面有一章也是專(zhuān)門(mén)對(duì)支架的設(shè)計(jì)計(jì)算做了具體規(guī)定。下面我們說(shuō)的新舊規(guī)范就是指上面這幾個(gè),為了方便還是以新舊規(guī)范的稱(chēng)呼代替。
以項(xiàng)目地點(diǎn)無(wú)錫為例,建筑場(chǎng)地B類(lèi),支架最高標(biāo)高取為+20.00m。
舊規(guī)范:風(fēng)雪荷載取50年一遇最大風(fēng)壓雪壓,
基本風(fēng)壓:wo=0.45kN/m^2,
基本雪壓:so=0.40kN/m^2,
風(fēng)壓高度變化系數(shù):μz=1.23
風(fēng)荷載體型系數(shù):μs=1.4
風(fēng)陣系數(shù):βgz=1.0(支架系統(tǒng)與屋面的接觸點(diǎn)比較多,不考慮共振作用)
風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值:wkb=μs×μz×wo×βgz=775Pa
屋面積雪分布系數(shù):μo=1
雪荷載標(biāo)準(zhǔn)值:sK=so×μo=400Pa
荷載及組合說(shuō)明:
計(jì)算撓度:
COMB1=G+Wx+Sn
COMB2=G-Ws
計(jì)算強(qiáng)度:
COMB3=1.2G+0.6*1.4Wx+1.4Sn
COMB4=1.2G+1.4Wx+0.7*1.4Sn
COMB5=1.0G-1.4Ws
G——自重荷載
Wx——風(fēng)荷載(向下)
Ws——風(fēng)荷載(向上)
Sn——雪荷載
新規(guī)范:風(fēng)雪荷載可取25年一遇最大風(fēng)壓雪壓,
基本風(fēng)壓:0.38kN/m^2
基本雪壓:0.36kN/m^2
具體計(jì)算公式詳見(jiàn)GB50009-2012建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范D.3.4
XR=X10+(X100-X10)(lnR/ln10-1)
R為重現(xiàn)期
風(fēng)壓高度變化系數(shù):μz=1.23
風(fēng)荷載體型系數(shù):μs=1.3
風(fēng)陣系數(shù):βgz=1.0(支架系統(tǒng)與屋面的接觸點(diǎn)比較多,不考慮共振作用)
風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值:wkb=μs×μz×wo×βgz=608Pa
屋面積雪分布系數(shù):μo=1
雪荷載標(biāo)準(zhǔn)值:sK=so×μo=360Pa
荷載及組合說(shuō)明:
計(jì)算撓度:
COMB1=G+W+T
COMB2=G+S+T
計(jì)算強(qiáng)度:
COMB3=1.2G+1.4W+0.6T
COMB4=1.2G+1.4Sn+0.6T
COMB5=1.2G+0.6*1.4W+T
COMB6=1.2G+0.6*1.4Sn+T
G——自重荷載
W——風(fēng)荷載
Sn——雪荷載
T——溫度荷載
通過(guò)以上一些基本參數(shù)的取值,我們可以看出新舊規(guī)范的一些差異。如下幾點(diǎn):
1.舊版規(guī)范里的風(fēng)荷載體形系數(shù)是按照具體的支架傾角來(lái)取值的,而新版規(guī)范里明確規(guī)定了地面和樓頂支架的風(fēng)荷載體型系數(shù)取1.3.
2.風(fēng)壓雪壓的取值年限變化,舊版規(guī)范里一般都按照50年一遇的最大風(fēng)壓雪壓取值的,而新版規(guī)范里降低了要求,規(guī)定應(yīng)按照25年一遇的荷載數(shù)值取值,(25年的最大風(fēng)壓雪壓如何計(jì)算我已經(jīng)在上面寫(xiě)了)
3.荷載組合效應(yīng)計(jì)算方式發(fā)生了變化,舊版規(guī)范里一般都把風(fēng)雪荷載最大值同時(shí)考慮組合在一起。新版規(guī)范里面雖然沒(méi)有明確說(shuō)明,但是給出的組合方式里面,風(fēng)雪荷載是不同時(shí)出現(xiàn)的,也就是說(shuō)新版規(guī)范默認(rèn)不同時(shí)考慮計(jì)算風(fēng)壓雪壓最大值對(duì)支架的影響。(有解釋認(rèn)為風(fēng)最大的時(shí)候雪是累積不起來(lái)了的,沒(méi)法造成最大雪壓,風(fēng)雪最大荷載出現(xiàn)的季節(jié)也不同,個(gè)人認(rèn)為有道理的)
4.計(jì)算的時(shí)候考慮加進(jìn)去了溫度荷載(針對(duì)這個(gè)溫度荷載,我做了專(zhuān)門(mén)的模擬分析,在大部分地區(qū),溫度荷載對(duì)支架的計(jì)算影響非常小,個(gè)人認(rèn)為除非是一些極端氣候區(qū)域,不然可以考慮忽略掉溫度荷載的影響,后面會(huì)附上有無(wú)溫度荷載對(duì)支架計(jì)算結(jié)果)
把之前按照新舊規(guī)范取值的基本信息和荷載大小、組合方式輸入到計(jì)算軟件sap2000中建好的完全一樣的模型支架里面,得到的結(jié)果對(duì)比分析:
舊版規(guī)范取值方式最不利荷載組合下支架橫梁的3-3軸彎矩
舊版規(guī)范取值方式最不利荷載組合下支架橫梁的2-2軸彎矩
橫梁按抗彎強(qiáng)度計(jì)算公式
=199×MPa<py=215×MPa
橫梁抗彎強(qiáng)度滿(mǎn)足要求
橫梁抗剪計(jì)算因剪力太小,故這里不在計(jì)算,(模型計(jì)算結(jié)果里也可以查看)
新版規(guī)范取值方式最不利荷載組合下支架橫梁的3-3軸彎矩
新版規(guī)范取值方式最不利荷載組合下支架橫梁的2-2軸彎矩
橫梁按抗彎強(qiáng)度計(jì)算公式
橫梁抗彎強(qiáng)度滿(mǎn)足要求
還有一些撓度,穩(wěn)定性的對(duì)比我這里就不一一貼出來(lái)了。
新舊規(guī)范下橫梁計(jì)算結(jié)果對(duì)比,新規(guī)范的計(jì)算結(jié)果更小,兩者比值約為0.69,這就意味著我們?cè)拘枰捎媒孛娓笥娩摿扛嗟闹Ъ?,如果按照新?guī)范來(lái)計(jì)算設(shè)計(jì)的話(huà),可以選用小點(diǎn)的截面,比如這里我的橫梁選了C41x52x2.5的C型鋼,完全可以選擇小一號(hào)規(guī)格的C型鋼,比如C41x41x2.5,或者C41x52x2.0。在實(shí)際的光伏電站項(xiàng)目應(yīng)用中,光是支架的用鋼量,就會(huì)下降不少,少20%-30%左右是比較常見(jiàn)的,具體節(jié)省多少看具體實(shí)際項(xiàng)目。個(gè)人建議對(duì)于一般的屋面支架地面支架可以按照新規(guī)范來(lái)設(shè)計(jì),個(gè)別極端氣候經(jīng)常突發(fā)的地區(qū)按照舊規(guī)范里的保守取值來(lái)設(shè)計(jì)。
(審核編輯: 智匯張瑜)
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