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1、固定式光伏组件支架结构计算书2015 年 11月目录1 工程概述 12 分析方法与软件 13 设计依据 14 材料及其截面 15 荷载工况与组合 25.1 荷载工况 25.1.1 支架所受荷载 25.2 荷载组合 26 结构建模 36.1 模型概况 36.2 结构计算模型、坐标系及约束关系 36.3 荷载施加 47 主要计算结果 57.1 构件应力比 57.2 构件稳定性校核 81 工程概述支架共 8 榀，间距为 3m，两端带悬挑 0.58mm，总长 22.16m，电池板组水平宽度 2.708 米、斜 面长度 3.3 米，荷载按 25年重现期计算，结构重要性系数 0.95 ，项目地点在黑龙江省
2、牡丹江市 , 结构计算的三维示意如下图 1 所示。图 1.1 总体结构模型2 分析方法与软件采用 SAP2000 V15钢结构分析软件进行结构计算分析。3 设计依据1) 建筑结构可靠度设计统一标准( GB 50068-2001 )2) 建筑结构荷载规范 ( GB 50009-2012)3) 建筑抗震设计规范 ( GB 50011-20104) 钢结构设计规范 ( GB 50017-2003 )4 材料及其截面材料材质性能，详见下表 4.1。表 4.1 材料性能材料名 称单位重量N/m3fy 屈服强度N/m2f 设计强度N/m2抗拉强度N/m2弹性模量 E1N/m2泊松比 UQ2357.85E4
3、235E6215E6390E62.1E110.3Q3457.85E4345E6310E6470E62.1E110.35 荷载工况与组合5.1 荷载工况 计算所考虑的荷载有恒载、雪荷载以及风荷载作用（由于本支架比较轻，地震工况与风荷载 相比，其远不起控制作用，因此，可不考虑地震工况）。5.1.1 支架所受荷载 支架受到的荷载主要有支架自重、电池板及安装附件自重、风载、雪载。荷载通过檩条传递 到支架柱上，模型按各荷载大小均匀分布到檩条上进行加载。1）结构构件自重：由计算软件自动考虑。2）恒荷载（太阳能电池板等安装组件） ：0.15 kN/ （包括各种连接件） 。 组件总重： W组件 =150*22
4、.16*3.3=10969.2N檩条线荷载： q组件= W组件/ （ 4*22.16 ）=123.8 N/m3）雪荷载： 雪荷载由四根檩条承受，按线均布荷载计： 按下面公式计算：Sk=r s0=0.7*0.639=0.4473 kN/m2注： a）电池板安装角度为 35度，r取 0.7 。b）s0 为 25 年重现期雪压值（根据牡丹江市 10 年和 100 年雪压值，按公式 E.3.4 （GB50009-2012 ）求得）雪压总重： W雪 =447.3*22.16*2.708=26842N檩条线荷载： q 雪= W雪/（4*22.16 ） =302.8 N/m4）风荷载：电池板安装后 35度斜
5、角，风载体型系数取 1.3 。按下面公式计算基本风压：2 k=z*s* z* 0 =1*1.3*1*0.43=0.559 kN/m其中：、地面粗糙度为 B类，安装高度小于 10米，z取1。z取 1。0 （等于 0.43 kN/m 2）为 25年重现期风压值（根据牡丹江市 10年和 100年雪压值， 按公式 E.3.4 （ GB50009-2012 ）求得）风压总重： W风 =559*22.16*3.3=40878.6N檩条线荷载： q 风= W风/（4*22.16 ） =461.2 N/m5.2 荷载组合计算过程考虑了如下组合：（1）1.35 恒载 +1.4*0.7 雪载（2）1.2 恒载 +
6、1.4 雪载(3) 1 恒载 +1.4 雪载(4) 1.2 恒载 +1.4 风载(5) 1.2 恒载 -1.4 风载(6) 1 恒载 +1.4 风载(7) 1 恒载 -1.4 风载(8) 1.2 恒载 +1.4 雪载 +1.4*0.6 风载(9) 1.2 恒载 +1.4 雪载 -1.4*0.6 风载(10) 1 恒载 +1.4 雪载 +1.4*0.6 风载(11) 1 恒载 +1.4 雪载 -1.4*0.6 风载(12) 1.2 恒载 +1.4*0.7 雪载 +1.4 风载(13) 1.2 恒载 +1.4*0.7 雪载 -1.4 风载(14) 1 恒载 +1.4*0.7 雪载 +1.4 风载(
7、15) 1 恒载 +1.4*0.7 雪载 -1.4 风载(16) 1 恒载 +1.4*0.7 雪载 +1 风载(17) 1 恒载 +1.4*0.7 雪载 -1 风载 说明：风荷载前系数为正表示风力方向指向电池板，为负表示风力方向背离电池板。6 结构建模6.1 模型概况计算所考虑的荷载有恒荷载、雪荷载和风荷载。6.2 结构计算模型、坐标系及约束关系图 6.2.1 结构计算模型、坐标系及约束图6.3 荷载施加恒荷载施加，施加效果见下图 6.3.1。结构构件自重由软件自动计算，其它太阳能电池板及固定 安装组件等的自重为 150N/m 2，通过线荷载导到檩条上。图 6.3.1 施加恒荷载雪荷载施加，施
8、加效果见下图 6.3.2 。通过线荷载导到檩条上。图 6.3.2 施加雪荷载风荷载施加，施加效果见下图 6.3.3 、6.3.4。图 6.3.3 风荷载（指向表面）图 6.3.4 风荷载（背离表面）7 主要计算结果7.1 构件应力比构件在各荷载组合下计算的应力比都小于1，强度符合要求，正常使用极限状态标准组合下最大变形为 10.7/3000=1/2800.215 ， y 按下面公式计算其中： 1=0.73 2=1.216 3=0.302，将数值代入上式，求得 y=0.093杆中间受到均布横向力， mx= my= tx= ty=1N Ex =39795.7NN Ey =8475.6N根据下面两个
9、公式，将上述参数值代入，=0.901ff ，满足稳定性要求。=0.808ff ，满足稳定性要求。2、交叉撑构件 121 (YG48*1.4 )稳定性计算1)截面几何特性，详见上表 7.2.12)稳定性校核斜交叉撑长 3.31m ，两端铰接，受轴压力，最大轴压力N=-157.56N计算长度： lx= x*L=1*3.31=3.31 ly= y*L=1*3.31=3.31长细比： x= lx/ix=201y=ly/iy=201构件属于 b 类截面 x= y=0.184 查钢结构规范附录 C 根据下面公式：N/(A)f求得 N/( A)=0.019f f 满足稳定性要求。3、立柱斜支撑构件 19 (
10、 YG48*1.4)稳定性计算1)截面几何特性，详见上表 7.2.12)稳定性校核斜支撑长 1.176m，两端铰接，受轴压力，最大轴压力N=-3617N计算长度： lx= x*L=1*1.176=1.176 ly= y*L=1*1.176=1.176 长细比： x= lx/ix=71.6y=ly/iy=71.6构件属于 b 类截面 x=y=0.742 查钢结构规范附录 C 根据下面公式：N/(A)f求得 N/( A)=0.11f f 满足稳定性要求。4、北立柱构件 14(YG48*2) 稳定性计算1)截面几何特性，详见上表 7.2.12)稳定性校核图 7.2.6 Mx 弯矩图图 7.2.7 M
11、y 弯矩图北立柱长 1.72m，底端与地固接，最大弯矩在底部，考虑底部14-1 段（长 0.317m）稳定性（见图7.2.7 ）。中下部与立柱斜支撑构件19 铰接（为支撑点） ，见图 7.2.7 中的 14-1 段，最大弯矩Mx=688.9N.m My=33.45N.m计算长度： lx= x*L=0.7*0.317=0.222 ly= y*L=2*0.317=0.634长细比： x= lx/ix=13.6y=ly/iy=38.9构件属于 b 类截面 x=0.986 y=0.903闭口截面 bx= by=1，=0.7 查钢结构规范附录 C弯矩作用平面内两端铰接mx= =0.65-0.35*112
12、.4/688.9=0.593 弯矩作用平面外悬臂tx=1my=ty=1根据下面公式：根据下面两个公式，将上述参数值代入=0.692ff ，满足稳定性要求。=0.897ff ，满足稳定性要求。5、斜梁构件 17（ YG48*2.4）稳定性计算1）截面几何特性，详见上表 7.2.1图 7.2.9 My 弯矩图斜梁长 2.54m，中间三个支撑，最大弯矩在 17-1 段（长 0.255），考虑该段稳定性。 最大弯矩 Mx=726.7N.m My=-44.24N.m计算长度： lx= x*L=2*0.255=0.51 ly= y*L=2*0.255=0.51长细比： x= lx/ix=31.6y=ly/
13、iy=31.6构件属于 b 类截面 x=0.93 y=0.93闭口截面 bx= by=1，=0.7 查钢结构规范附录 Cmx= my= tx= ty=1 根据下面公式：根据下面两个公式，将上述参数值代入，=0.839ff ，满足稳定性要求。=0.694ff ，满足稳定性要求。6、南立柱构件 45（YG48*3.9 ）稳定性计算1）截面几何特性，详见上表 7.2.12）稳定性校核图 7.2.10 Mx 弯矩图My=-17.18N.m计算长度： lx= x*L=2*0.538=1.076 ly= y*L=2*0.538=1.076 长细比： x= lx/ix=83.3y=ly/iy=83.3构件属于 c类截面 x=0.666 y=0.666 闭口截面 bx= by=1，=0.7 查钢结构规范附录 C 立柱为悬臂构件 mx= tx= my= ty=1根据下面公式：根据下面两个公式，将上述参数值代入=0.999ff ，满足稳定性要求。=0.804ff ，满足稳定性要求。
