固定式光伏支架計算書講解

1、固定式光伏組件支架結(jié)構(gòu)計算書2015 年 11月目錄1 工程概述 12 分析方法與軟件 13 設(shè)計依據(jù) 14 材料及其截面 15 荷載工況與組合 25.1 荷載工況 25.1.1 支架所受荷載 25.2 荷載組合 26 結(jié)構(gòu)建模 36.1 模型概況 36.2 結(jié)構(gòu)計算模型、坐標系及約束關(guān)系 36.3 荷載施加 47 主要計算結(jié)果 57.1 構(gòu)件應(yīng)力比 57.2 構(gòu)件穩(wěn)定性校核 8I結(jié)構(gòu)計算書1 工程概述支架共 8 榀，間距為 3m，兩端帶懸挑 0.58mm，總長 22.16m，電池板組水平寬度 2.708 米、斜 面長度 3.3 米，荷載按 25年重現(xiàn)期計算，結(jié)構(gòu)重要性系數(shù) 0.95 ，項目地

2、點在黑龍江省牡丹江市 , 結(jié)構(gòu)計算的三維示意如下圖 1 所示。圖 1.1 總體結(jié)構(gòu)模型2 分析方法與軟件采用 SAP2000 V15鋼結(jié)構(gòu)分析軟件進行結(jié)構(gòu)計算分析。3 設(shè)計依據(jù)1) 建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計統(tǒng)一標準( GB 50068-2001 )2) 建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范 ( GB 50009-2012)3) 建筑抗震設(shè)計規(guī)范 ( GB 50011-20104) 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范 ( GB 50017-2003 )4 材料及其截面材料材質(zhì)性能，詳見下表 4.1。表 4.1 材料性能材料名 稱單位重量N/m3fy 屈服強度N/m2f 設(shè)計強度N/m2抗拉強度N/m2彈性模量 E1N/m2泊松比 UQ235

3、7.85E4235E6215E6390E62.1E110.3Q3457.85E4345E6310E6470E62.1E110.35 荷載工況與組合5.1 荷載工況 計算所考慮的荷載有恒載、雪荷載以及風荷載作用（由于本支架比較輕，地震工況與風荷載 相比，其遠不起控制作用，因此，可不考慮地震工況）。5.1.1 支架所受荷載 支架受到的荷載主要有支架自重、電池板及安裝附件自重、風載、雪載。荷載通過檁條傳遞 到支架柱上，模型按各荷載大小均勻分布到檁條上進行加載。1）結(jié)構(gòu)構(gòu)件自重：由計算軟件自動考慮。2）恒荷載（太陽能電池板等安裝組件） ：0.15 kN/ （包括各種連接件） 。 組件總重： W組件 =

4、150*22.16*3.3=10969.2N檁條線荷載： q組件= W組件/ （ 4*22.16 ）=123.8 N/m3）雪荷載： 雪荷載由四根檁條承受，按線均布荷載計： 按下面公式計算：Sk=r s0=0.7*0.639=0.4473 kN/m2注： a）電池板安裝角度為 35度，r取 0.7 。b）s0 為 25 年重現(xiàn)期雪壓值（根據(jù)牡丹江市 10 年和 100 年雪壓值，按公式 E.3.4 （GB50009-2012 ）求得）雪壓總重： W雪 =447.3*22.16*2.708=26842N檁條線荷載： q 雪= W雪/（4*22.16 ） =302.8 N/m4）風荷載：電池板安裝

5、后 35度斜角，風載體型系數(shù)取 1.3 。按下面公式計算基本風壓：2 k=z*s* z* 0 =1*1.3*1*0.43=0.559 kN/m其中：、地面粗糙度為 B類，安裝高度小于 10米，z取1。z取 1。0 （等于 0.43 kN/m 2）為 25年重現(xiàn)期風壓值（根據(jù)牡丹江市 10年和 100年雪壓值， 按公式 E.3.4 （ GB50009-2012 ）求得）風壓總重： W風 =559*22.16*3.3=40878.6N檁條線荷載： q 風= W風/（4*22.16 ） =461.2 N/m5.2 荷載組合計算過程考慮了如下組合：（1）1.35 恒載 +1.4*0.7 雪載（2）1.

6、2 恒載 +1.4 雪載(3) 1 恒載 +1.4 雪載(4) 1.2 恒載 +1.4 風載(5) 1.2 恒載 -1.4 風載(6) 1 恒載 +1.4 風載(7) 1 恒載 -1.4 風載(8) 1.2 恒載 +1.4 雪載 +1.4*0.6 風載(9) 1.2 恒載 +1.4 雪載 -1.4*0.6 風載(10) 1 恒載 +1.4 雪載 +1.4*0.6 風載(11) 1 恒載 +1.4 雪載 -1.4*0.6 風載(12) 1.2 恒載 +1.4*0.7 雪載 +1.4 風載(13) 1.2 恒載 +1.4*0.7 雪載 -1.4 風載(14) 1 恒載 +1.4*0.7 雪載 +1

7、.4 風載(15) 1 恒載 +1.4*0.7 雪載 -1.4 風載(16) 1 恒載 +1.4*0.7 雪載 +1 風載(17) 1 恒載 +1.4*0.7 雪載 -1 風載 說明：風荷載前系數(shù)為正表示風力方向指向電池板，為負表示風力方向背離電池板。6 結(jié)構(gòu)建模6.1 模型概況計算所考慮的荷載有恒荷載、雪荷載和風荷載。6.2 結(jié)構(gòu)計算模型、坐標系及約束關(guān)系圖 6.2.1 結(jié)構(gòu)計算模型、坐標系及約束圖6.3 荷載施加恒荷載施加，施加效果見下圖 6.3.1。結(jié)構(gòu)構(gòu)件自重由軟件自動計算，其它太陽能電池板及固定 安裝組件等的自重為 150N/m 2，通過線荷載導到檁條上。圖 6.3.1 施加恒荷載雪

8、荷載施加，施加效果見下圖 6.3.2 。通過線荷載導到檁條上。圖 6.3.2 施加雪荷載風荷載施加，施加效果見下圖 6.3.3 、6.3.4。圖 6.3.3 風荷載（指向表面）圖 6.3.4 風荷載（背離表面）7 主要計算結(jié)果7.1 構(gòu)件應(yīng)力比構(gòu)件在各荷載組合下計算的應(yīng)力比都小于1，強度符合要求，正常使用極限狀態(tài)標準組合下最大變形為 10.7/3000=1/280<1/200 ，撓度符合要求。各構(gòu)件應(yīng)力比對應(yīng)值見下表7.1.1 。圖 7.1.1 支架變形圖（標準組合 16）表 7.1.1 構(gòu)件應(yīng)力比值單位：力 -N 長度 -m構(gòu)件 號截面荷載組 合軸力分量主彎矩分量次彎矩分量應(yīng)力比/PR

9、atio/MMajRatio/MMinRatio/TotalRatio74JG65*25*2.2COMB123.58E-060.1228030.0309350.14682JG65*25*2.2COMB123.08E-060.1228250.0313050.14665JG65*25*2.2COMB126E-050.1164860.0552650.16373JG65*25*2.2COMB126.02E-050.1165090.0552650.16363JG65*25*2.2COMB126.02E-050.1484920.065290.20364JG65*25*2.2COMB126E-050.148

10、5070.0653170.20391JG65*25*2.2COMB123.08E-060.1421750.0954590.22683JG65*25*2.2COMB123.58E-060.142190.0958690.22669JG65*25*2.2COMB120.0030140.5736540.251120.78678JG65*25*2.2COMB120.0017330.5753660.251120.78768JG65*25*2.2COMB120.0031990.5789480.2488220.78970JG65*25*2.2COMB120.0031940.5789940.2495470.79

11、077JG65*25*2.2COMB120.0018510.5786760.2518580.79179JG65*25*2.2COMB120.0018530.5787210.2524470.79159JG65*25*2.2COMB120.0004220.6082350.2502310.81687JG65*25*2.2COMB120.0061320.6078710.2507640.82286JG65*25*2.2COMB120.0062340.6090680.2509420.82388JG65*25*2.2COMB120.0062290.6090450.251380.82358JG65*25*2.

12、2COMB120.0019870.6156870.2566860.83160JG65*25*2.2COMB120.0019770.6156490.2569460.83180JG65*25*2.2COMB120.0016390.6362790.247140.84176JG65*25*2.2COMB120.0016490.6362940.2478240.84171JG65*25*2.2COMB120.003170.6451020.2509970.85467JG65*25*2.2COMB120.0031610.6451020.251530.85589JG65*25*2.2COMB120.006278

13、0.6448440.2631820.86985JG65*25*2.2COMB120.0062730.6448670.263210.86961JG65*25*2.2COMB120.0018730.6704580.2552230.88157JG65*25*2.2COMB120.0018850.6704420.2554280.88166JG65*25*2.2COMB120.0040270.6757060.2688030.90175JG65*25*2.2COMB120.0020070.6684660.2784450.90184JG65*25*2.2COMB120.0083830.6770240.263

14、5930.90272JG65*25*2.2COMB120.0040310.6757740.2695140.90281JG65*25*2.2COMB120.0020020.6685340.2789370.90290JG65*25*2.2COMB120.008380.6769710.2643170.90256JG65*25*2.2COMB120.0021160.6910950.2725230.91762JG65*25*2.2COMB120.0021190.6910190.2730430.918120YG48*1.4COMB120.0035212.97E-170.0486040.004121YG48

15、*1.4COMB120.0035752.97E-170.0486560.00455YG48*1.4COMB120.04669600.0780660.04713YG48*1.4COMB120.04669800.0780480.04743YG48*1.4COMB120.07367800.0030510.07425YG48*1.4COMB120.07367800.0030160.07431YG48*1.4COMB120.07604900.0233950.07637YG48*1.4COMB120.0760500.0232560.07649YG48*1.4COMB120.08206700.0173290

16、.08219YG48*1.4COMB120.08206800.0173630.08250YG48*2COMB120.0811550.4947690.2089420.5873YG48*2COMB120.0811550.4947940.2089930.58738YG48*2COMB120.1254110.7837260.0071870.86420YG48*2COMB120.125410.7837260.0072250.86432YG48*2COMB120.1287690.7975790.0289240.88126YG48*2COMB120.1288010.7975540.0294690.88144

17、YG48*2COMB120.1365350.8731970.0424470.96014YG48*2COMB120.1365350.8732090.0423970.96011YG48*2.4COMB120.0068080.4967660.2404380.53153YG48*2.4COMB120.0068870.4973730.2410340.53223YG48*2.4COMB120.0111570.7501590.0022420.72341YG48*2.4COMB120.0111570.7502670.0026750.72329YG48*2.4COMB120.0112090.7553140.00

18、28490.72835YG48*2.4COMB120.0112080.7553470.0024260.72817YG48*2.4COMB120.0115250.7871810.0479190.76047YG48*2.4COMB120.0115040.7873860.0475070.7604YG48*3.9Q345COMB130.005990.669810.0299120.64351YG48*3.9Q345COMB130.0059920.6699170.0298250.64321YG48*3.9Q345COMB130.0082590.9672840.0033210.92739YG48*3.9Q3

19、45COMB130.0082590.9672890.0034120.92733YG48*3.9Q345COMB130.0082410.9680110.0013430.92727YG48*3.9Q345COMB130.0082410.9680170.0012510.92715YG48*3.9Q345COMB130.008080.9723490.0072010.93145YG48*3.9Q345COMB130.008080.9723640.0072970.9317.2 構(gòu)件穩(wěn)定性校核在不同部位的各類構(gòu)件中， 構(gòu)件 62 (JG65*25*2.2 )、121 (YG48*1.4)、19 ( YG48

20、*1.4)、 14( YG48*2)、17( YG48*2.4)、45( YG48*3.9Q345)在相應(yīng)工況受力最大，故對上述構(gòu)件進行 穩(wěn)定性校核。19圖 7.2.1 構(gòu)件編號及位置使用的各構(gòu)件截面特性見下表 7.2.1 ：8結(jié)構(gòu)計算書表 7.2.1 構(gòu)件截面特性構(gòu)件截面名 稱材質(zhì)H高度/D 直 徑B寬度tf 翼緣 厚度tw 腹板 厚度A 面積Ix 強軸慣 性矩Iy 弱軸慣 性矩Wx強軸截 面模量Wy弱軸截 面模量ix 強軸回 轉(zhuǎn)半徑iy 弱軸回 轉(zhuǎn)半徑塑性截面系數(shù) ?x塑性截面系數(shù) ?ymmmmm2m4m4m3m3mm-JG65*25*2.2Q2350.0650.0250.00220.00

21、220.0003771.901E-074.049E-085.849E-063.239E-060.0224660.0103681.051.05YG48*1.4Q2350.048-0.00140.0002055.568E-085.568E-082.32E-062.32E-060.0164830.0164831.151.15YG48*2Q2350.048-0.0020.0002897.659E-087.659E-083.191E-063.191E-060.0162790.0162791.151.15YG48*2.4Q2350.048-0.00240.0003448.961E-088.961E-083

22、.734E-063.734E-060.0161440.0161441.151.15YG48*3.9Q3450.048-0.00390.000541.324E-071.324E-075.516E-065.516E-060.0156530.0156531.151.151、構(gòu)件 62 ( JG65*25*2.2 )穩(wěn)定性計算1)截面幾何特性，詳見上表 7.2.12)穩(wěn)定性校核1結(jié)構(gòu)計算書1圖 7.2.3 My 彎矩圖檁條長 3m，兩端支撐，中間受線荷載剪力，最大彎矩Mx=-912.43N.m My=199.65N.m計算長度： lx= x*L=1*3=3 ly= y*L=1*3=3長細比： x= l

23、x/ix=133.5y=ly/iy=289.3構(gòu)件屬于 c類截面 x=0.33 閉口截面 bx=by=1，=0.7 查鋼結(jié)構(gòu)規(guī)范附錄 C 根據(jù)下面公式：n=3.0825>0.215 ， y 按下面公式計算其中： 1=0.73 2=1.216 3=0.302，將數(shù)值代入上式，求得 y=0.093桿中間受到均布橫向力， mx= my= tx= ty=1N 'Ex =39795.7NN 'Ey =8475.6N根據(jù)下面兩個公式，將上述參數(shù)值代入，=0.901f<f ，滿足穩(wěn)定性要求。=0.808f<f ，滿足穩(wěn)定性要求。2、交叉撐構(gòu)件 121 (YG48*1.4 )

24、穩(wěn)定性計算1)截面幾何特性，詳見上表 7.2.12)穩(wěn)定性校核結(jié)構(gòu)計算書斜交叉撐長 3.31m ，兩端鉸接，受軸壓力，最大軸壓力N=-157.56N計算長度： lx= x*L=1*3.31=3.31 ly= y*L=1*3.31=3.31長細比： x= lx/ix=201y=ly/iy=201構(gòu)件屬于 b 類截面 x= y=0.184 查鋼結(jié)構(gòu)規(guī)范附錄 C 根據(jù)下面公式：N/(A)f求得 N/( A)=0.019f f 滿足穩(wěn)定性要求。3、立柱斜支撐構(gòu)件 19 ( YG48*1.4)穩(wěn)定性計算1)截面幾何特性，詳見上表 7.2.12)穩(wěn)定性校核斜支撐長 1.176m，兩端鉸接，受軸壓力，最大軸

25、壓力N=-3617N計算長度： lx= x*L=1*1.176=1.176 ly= y*L=1*1.176=1.176 長細比： x= lx/ix=71.6y=ly/iy=71.6構(gòu)件屬于 b 類截面 x=y=0.742 查鋼結(jié)構(gòu)規(guī)范附錄 C 根據(jù)下面公式：N/(A)f求得 N/( A)=0.11f f 滿足穩(wěn)定性要求。4、北立柱構(gòu)件 14(YG48*2) 穩(wěn)定性計算1)截面幾何特性，詳見上表 7.2.12)穩(wěn)定性校核圖 7.2.6 Mx 彎矩圖2結(jié)構(gòu)計算書3圖 7.2.7 My 彎矩圖北立柱長 1.72m，底端與地固接，最大彎矩在底部，考慮底部14-1 段（長 0.317m）穩(wěn)定性（見圖7.2.7 ）。中下部與立柱斜支撐構(gòu)件19 鉸接（為支撐點） ，見圖 7.2.7 中的 14-1 段，最大彎矩Mx=688.9N.m My=33.45N.m計算長度： lx= x*L=0.7*0.317=0.222 ly= y*L=2*0.317=0.634長細比： x= lx/ix=13.6y=ly/iy=38.9構(gòu)