混凝土平屋面光伏支架强度及屋面承重计算_买发军

SOLARENERGY04/2016630引言光伏组件支架是固定光伏组件的重要部件，光伏支架的强度和支架基础负重设计是确保光伏电站可靠性的关键。风荷载对支架强度的影响主要有支架前面吹来(顺风)的风压及从支架后面吹来(逆风)的风压引起的材料的弯曲强度和弯曲量两个方面，混凝土屋顶支架设计及基础校核要充分考虑承重、抗风、抗雪压、抗震等因素的影响。1工程简介1.1工程概况及建设规模项目名称：泰安加华电力器材有限公司以利奥林6MW分布式光伏电站项目。工程地点：山东以利奥林电力科技有限公司厂区。工程特征：分布式安装，以380V/10kV电压等级将分布式光伏电站[1]接入用户电网，就近消纳，余电上网。建设规模：本期建设规模为6.291MW，分别安装在铁芯材料面处理车间、晶体处理车间、常化酸洗车间和制氢制氮车间屋顶。该厂区条件混凝土平屋面光伏支架强度及屋面承重计算结合泰安加华电力器材有限公司以利奥林6MW分布式光伏电站项目，从混凝土屋顶支架强度计算、混凝土基础负重设计、屋面承重计算等方面展开论述，详细介绍了支架强度计算、混凝土基础负重设计及屋面承重校核方法。光伏支架；支架强度；混凝土基础；屋面荷载摘要：关键词：■买发军1*潘甲龙1白荣丽2(1.特变电工新疆新能源股份有限公司；2.中国船舶重工集团西安第七O五研究所海源测控技术有限公司)收稿日期：2015-11-13通信作者：买发军(1987—)，男，本科，主要从事光伏系统集成的设计与研究。maifajun3410@163.com非常适合光伏电站的建设和利用，是国家级分布式光伏发电示范区。1.2设计依据组件为1640mm×990mm×50mm；组件重量为20kg；最大风速为30m/s。安装方式：组件安装采用纵向2×10阵列安装，20块组件为一个单元；采用固定倾角钢支架，支架倾角为33°。2支架型材强度计算2.1设计取值1)假设为一般地方中最大的荷重，采用固定荷载G和暴风雨产生的风压荷载W的短期复合荷重。2)根据气象资料，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33°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)屋面高度为10m。2.2承受荷载2.2.1固定荷载G以2×10阵列为一个单元进行计算，则光伏太阳能与建筑SOLARENERGY04/201664材料弯曲应力为：δ1=(7)式中，q为施加在电池板上的均布荷载，N/m，由于系统由4排轨道支撑，每排轨道长10.2m，则q=P/(4×10.2)=329.17N/m；L为两个支点间跨距，取L=2.073m；E为材料弹性模量，取E=6.9×105N/cm2；IM为惯性矩，取IM=28cm4。因此，δ1==0.39cm。根据《光伏发电站设计》表6.8.8，受弯构件允许的挠度值为L/250，即(2.073×102)/250=0.83cm>0.39cm，所以安全。3屋面混凝土基础负重设计混凝土屋面光伏支架方阵采用主次梁布置，电池板以33°倾角布置；本次计算以2×10阵列为一个单元进行计算，阵列布置简图见图2。组件质量G1=20kg×20=400kg，因此C形轨道承载的固定荷载重量G=400×9.8=3920N。2.2.2风荷载W根据《建筑结构荷载规范》[2]，垂直于建筑物表面的风荷载标准值的(按承重结构设计)为：Wk=βzμsμzW0(1)式中，Wk为风荷载标准值，kN/m2；βz为高度z处的风振系数；μs为风荷载体型系数；μz为风压高度变化系数，取0.84；W0为基本风压，kN/m2，取0.2。根据《建筑结构荷载规范》表7.4.3中脉动增大系数ξ为1.6，所以βz为1.6；根据表7.3.1，体型系数μs取0.83。因此，Wk=1.6×0.83×0.84×0.2=0.223kN/m2。2.2.3雪荷载S根据《建筑结构荷载规范》中的规定，屋面水平投影面上的雪荷载标准值计算式为：Sk=μrS0(2)式中，Sk为雪荷载标准值，kN/m2；μr为屋面积雪分布系数；S0为基本雪压，kN/m2。根据《建筑结构荷载规范》表6.2.1，μr取0.2，S0取0.35kN/m2。因此，Sk=0.2×0.35=0.07kN/m2。2.2.4地震荷载FEk根据《建筑抗震设计规范》[3]，采用底部剪力法时，按下列公式确定：FEk=1×Geq(3)式中，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；Geq为结构等效总重力荷载，单质点应取总重力荷载代表值。由于泰安市不处于我国地震带，根据《建筑抗震设计规范》表5.1.2-2，查得Geq=0，所以FEk=0。2.2.5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，计算式如下：风压主导时：P=G+W+S(4)W=Wkabn(5)S=Skabn(6)式中，Wk=0.223kN/m2；Sk=0.07kN/m2；a为电池板长度，取1.64m；b为电池板宽度，取0.99m；n为一个光伏组件阵列的数量，取20。所以，P=3.92+7.24+2.27=13.43kN。2.2.6C形轨道结构强度计算以下进行C形轨道的验算：图1轨道受力示意图支点C支点B5×329.17×207.34384×6.9×105×106×285qL4384EIM10125230020732973图2光伏组件阵列布置简图(单位：mm)太阳能与建筑SOLARENERGY04/201665基础校核如下：荷载基本组合P为13.43kN，即负荷为13.43kN。单个基础的配重为1.6kN，则基础总配重为1.6×10=16kN。本项目的基础总配置达到16kN，大于负荷13.43kN，满足安全性要求。4屋面承重计算4.1屋面荷载质量光伏组件质量G1=20×20=400kg，支架总荷质量G2=136kg，混凝土基础质量G3=160×10=1600kg。因此，总荷重G4=400+136+1600=2136kg。4.2屋顶单位面积受力组件安装面积为10.125×2.973=30.1m2；屋顶单位面积受力为2136/30.1=70.96kg/m2=0.80kN/m2。由于本项目建筑均为上人屋面，根据GB50009-2012《建筑结构荷载规范》设计，混凝土屋面设计载荷为2kN/m2，屋顶平均载荷为0.80kN/m2，安装太阳能方阵后的载荷远小于设计载荷，所以屋面承重安全。5结束语随着光伏电站的大规模应用，太阳能光伏发电成为电力系统中不可或缺的电力来源之一。本文结合泰安加华电力器材有限公司以利奥林6MW分布式光伏电站项目，从满足抗风荷载、抗雪压、抗地震荷载等方面进行论述，对混凝土屋顶光伏支架强度、支架基础负重及屋面承受荷载进行校核计算，为光伏电站可靠、安全、稳定的运行提供了理论依据。参考文献[1]GB50797-2012,光伏发电站设计规范[S].[2]GB50009-2012,建筑结构荷载规范[S].[3]GB50011-2010,建筑抗震设计规范[S].似等于当地年平均气温±2℃，乌鲁木齐地区的地下水(土壤)温度在10.5～12.5℃。本项目的太阳能集热工程于2013年7月30日完成，随后进行调试试验，通过相关性分析，可看到土壤温度的逐渐变化，储热是有效果的。3结论采用太阳能-地源复合热泵系统，在确保建筑物冷热需求的同时，最优化使用了自然资源。本文通过对乌鲁木齐甘泉堡建设的太阳能-地源复合热泵系统的运行测试可得：1)热泵机组冬季制热性能系数COPH为6.4，夏季制冷性能系数COPL高达7.8；整个热泵系统冬季制热性能系数COPHs为3.5，夏季制冷性能系数COPLs高达6.2。与常规系统相比，该复合系统具有较好的运行性能。2)系统全年常规能源替代量可达267.9吨标准煤，每年可减排CO2661.7t，SO25.36t，烟尘2.68t，每年可节约费用为525647元。从运行测试结果可以看出，该复合系统具有非常明显的节能和经济效益，因此本项目的技术路线是可行的。本项目还在完善过程中，可再生能源的自控测试系统还在设计和调试中，前期人工测试的数据一是信息量少、二是会有误差，而建筑采暖和制冷是一项长期的任务，相信经过3～4年的连续测试运行，就能得到更科学的评判结论。参考文献[1]清华大学建筑节能中心.中国建筑节能年度发展研究报告2011[M].北京:中国建筑工业出版社,2011,1－8.[2]杨卫波,施明恒,董华.太阳能-土壤源热泵系统交替运行性能的数值模拟[J].热科学与技术,2005,4(3):228－232.[3]杨卫波,董华,周恩泽.太阳能-土壤源热泵系统联合运行模式的研究[J].流体机械,2004,32(2):41－45.[4]余延顺,廉乐明.寒冷地区太阳能-土壤源热泵系统运行方式的探讨[J].太阳能学报,2003,24(1):111－115.[5]GB/T31155-2014,太阳能资源等级总辐射[S].(接第48页)太阳能与建筑