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)計規(guī)范》GB50017-2003等,這幾個規(guī)范是之前國內(nèi)大部分支架廠或者光伏結(jié)構(gòu)設(shè)計人員設(shè)計支架所采用的規(guī)范,而新規(guī)范就是12年出的《光伏發(fā)電站設(shè)計規(guī)范》GB50797-2012,里面有一章也是專門對支架的設(shè)計計算做了具體規(guī)定。下面我們說的新舊規(guī)范就是指上面這幾個,為了方便還是以新舊規(guī)范的稱呼代替。
以項目地點無錫為例,建筑場地B類,支架最高標高取為+20.00m。
舊規(guī)范:風雪荷載取50年一遇最大風壓雪壓,
基本風壓:wo=0.45kN/m^2,
基本雪壓:so=0.40kN/m^2,
風壓高度變化系數(shù):μz=1.23
風荷載體型系數(shù):μs=1.4
風陣系數(shù):βgz=1.0(支架系統(tǒng)與屋面的接觸點比較多,不考慮共振作用)
風荷載標準值:wkb=μs×μz×wo×βgz=775Pa
屋面積雪分布系數(shù):μo=1
雪荷載標準值:sK=so×μo=400Pa
荷載及組合說明:
計算撓度:
COMB1=G+Wx+Sn
COMB2=G-Ws
計算強度:
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——風荷載(向下)
Ws——風荷載(向上)
Sn——雪荷載
新規(guī)范:風雪荷載可取25年一遇最大風壓雪壓,
基本風壓:0.38kN/m^2
基本雪壓:0.36kN/m^2
具體計算公式詳見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
風壓高度變化系數(shù):μz=1.23
風荷載體型系數(shù):μs=1.3
風陣系數(shù):βgz=1.0(支架系統(tǒng)與屋面的接觸點比較多,不考慮共振作用)
風荷載標準值:wkb=μs×μz×wo×βgz=608Pa
屋面積雪分布系數(shù):μo=1
雪荷載標準值:sK=so×μo=360Pa
荷載及組合說明:
計算撓度:
COMB1=G+W+T
COMB2=G+S+T
計算強度:
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——風荷載
Sn——雪荷載
T——溫度荷載
通過以上一些基本參數(shù)的取值,我們可以看出新舊規(guī)范的一些差異。如下幾點:
1.舊版規(guī)范里的風荷載體形系數(shù)是按照具體的支架傾角來取值的,而新版規(guī)范里明確規(guī)定了地面和樓頂支架的風荷載體型系數(shù)取1.3.
2.風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年的最大風壓雪壓如何計算我已經(jīng)在上面寫了)
3.荷載組合效應(yīng)計算方式發(fā)生了變化,舊版規(guī)范里一般都把風雪荷載最大值同時考慮組合在一起。新版規(guī)范里面雖然沒有明確說明,但是給出的組合方式里面,風雪荷載是不同時出現(xiàn)的,也就是說新版規(guī)范默認不同時考慮計算風壓雪壓最大值對支架的影響。(有解釋認為風最大的時候雪是累積不起來了的,沒法造成最大雪壓,風雪最大荷載出現(xiàn)的季節(jié)也不同,個人認為有道理的)
4.計算的時候考慮加進去了溫度荷載(針對這個溫度荷載,我做了專門的模擬分析,在大部分地區(qū),溫度荷載對支架的計算影響非常小,個人認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,后面會附上有無溫度荷載對支架計算結(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
橫梁按抗彎強度計算公式
=199×MPa<py=215×MPa
橫梁抗彎強度滿足要求
橫梁抗剪計算因剪力太小,故這里不在計算,(模型計算結(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
橫梁按抗彎強度計算公式
橫梁抗彎強度滿足要求
還有一些撓度,穩(wěn)定性的對比我這里就不一一貼出來了。
新舊規(guī)范下橫梁計算結(jié)果對比,新規(guī)范的計算結(jié)果更小,兩者比值約為0.69,這就意味著我們原本需要采用截面更大用鋼量更多的支架,如果按照新規(guī)范來計算設(shè)計的話,可以選用小點的截面,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規(guī)格的C型鋼,比如C41x41x2.5,或者C41x52x2.0。在實際的光伏電站項目應(yīng)用中,光是支架的用鋼量,就會下降不少,少20%-30%左右是比較常見的,具體節(jié)省多少看具體實際項目。個人建議對于一般的屋面支架地面支架可以按照新規(guī)范來設(shè)計,個別極端氣候經(jīng)常突發(fā)的地區(qū)按照舊規(guī)范里的保守取值來設(shè)計。
(審核編輯: 智匯張瑜)
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