分布式光伏電站中屋面檁條設(shè)計及加固方案探究

趙海斌 包文龍 張良利 楊松 沈道軍

摘? 要：新能源的發(fā)展趨勢和國家政策的扶持，光伏發(fā)電系統(tǒng)已經(jīng)成為供電系統(tǒng)家族中不可分割的一部分。分布式光伏電站多數(shù)建設(shè)在既有建筑廠房屋頂上，這勢必導(dǎo)致既有建筑屋頂?shù)暮奢d增加，需要重新核算廠房主體結(jié)構(gòu)的承載力是否滿足要求。常見的就是鋼結(jié)構(gòu)廠房屋面檁條強(qiáng)度和穩(wěn)定性不滿足，需要加固方可進(jìn)行光伏電站的建設(shè);屋面檁條多數(shù)是“C”型規(guī)格或者“Z”型規(guī)格，檁條加固設(shè)計方案的不同將直接影響建設(shè)周期和建設(shè)成本。

關(guān)鍵詞：既有建筑廠房;檁條加固;“Z”型規(guī)格檁條

中圖分類號：TV314? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0 引言

分布式光伏電站通常是指利用分散式資源，裝機(jī)規(guī)模較小的、布置在用戶附近的發(fā)電系統(tǒng)，它一般接入低于35 kV或更低電壓等級的電網(wǎng)。光伏發(fā)電是利用半導(dǎo)體界面的光生伏特效應(yīng)而將光能直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿囊环N技術(shù)。其主要由太陽電池板（組件）、控制器和逆變器三大部分組成，主要部件由電子元器件構(gòu)成。太陽能電池經(jīng)過串聯(lián)后進(jìn)行封裝保護(hù)可形成大面積的太陽電池組件，再配合上功率控制器等部件就形成了光伏發(fā)電裝置。其優(yōu)點(diǎn)主要包括以下幾點(diǎn)內(nèi)容。

①無枯竭危險。

②安全可靠，無噪聲，無污染排放。

③不受地域的限制，可利用建筑屋面的優(yōu)勢。象無電地區(qū)以及地形復(fù)雜地區(qū)。

④無需消耗燃料和架設(shè)輸電線路即可就地發(fā)電供電。

⑤建設(shè)周期短，獲取能源花費(fèi)的時間短。

分布式光伏電站是一種多數(shù)建設(shè)在廠房屋頂上的綠色、環(huán)保、清潔和無毒無害的新型能源系統(tǒng)。對于鋼結(jié)構(gòu)廠房屋頂上建設(shè)的分布式光伏電站項(xiàng)目，該文將針對屋面檁條的設(shè)計流程和加固方案的選擇做相應(yīng)的探討。

1 C型規(guī)格檁條設(shè)計及加固方案的探究

1.1 設(shè)計分析及計算流程

在業(yè)主提供既有建筑廠房建筑圖紙和結(jié)構(gòu)圖紙的基礎(chǔ)上，結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際情況來確定屋面檁條是否有底板，吊掛荷載和規(guī)格尺寸是否與圖紙一致等，如果現(xiàn)場檁條做法與圖紙出現(xiàn)不一致的情況，以現(xiàn)場實(shí)際做法為準(zhǔn)。確定好檁條計算的各項(xiàng)參數(shù)后，方可在PKPM結(jié)構(gòu)設(shè)計軟件工具箱簡支檁條界面中進(jìn)行檁條計算，從而確定屋面檁條是否滿足光伏電站建設(shè)的承載要求。

1.2 加固方案的選擇

由于《門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范》GB51022—2015在2016年8月1日正式實(shí)施，相比《門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》CECS102—2002（2012年版），新實(shí)施的規(guī)范中風(fēng)荷載調(diào)整系數(shù)由原來的1.05變?yōu)?.5，對于風(fēng)荷載的控制更加嚴(yán)格，同時雪荷載也由原來的50年設(shè)計范圍變?yōu)?00年設(shè)計范圍;導(dǎo)致2016年8月1日之前建設(shè)的鋼結(jié)構(gòu)廠房中屋面檁條多數(shù)不滿足現(xiàn)行國家實(shí)施規(guī)范，需要進(jìn)行加固才能滿足光伏電站建設(shè)的要求。

1.2.1 簡支檁條加固為連續(xù)檁條

此方案應(yīng)用范圍較為廣泛，改變了原有檁條的受力特性，使其檁條承載力滿足鋪設(shè)光伏的要求;如果原檁條穩(wěn)定性不滿足，可增設(shè)拉條使其穩(wěn)定性滿足要求，做法同原廠房。該方案具有施工便捷和節(jié)約成本的優(yōu)點(diǎn)，如圖1所示。

1.2.2 檁條增加隅撐

對于有底板（底板封住了檁條）的簡支“C”型規(guī)格檁條，若檁條計算承載力不滿足，加固為連續(xù)檁條，需要拆除屋面底板方可進(jìn)行加固，此時施工難度加大和加固成本上升，并不是最佳的加固方案。針對此種情況，在檁條承載力超限10%范圍內(nèi)的情形下，可以合理布置組件，采用每個檁條增加隅撐的方式來提高原有檁條的承載力，如圖2所示。

2 Z型規(guī)格檁條設(shè)計及加固方案的探究

2.1 設(shè)計分析及計算流程

“Z”型檁條的設(shè)計分析及計算流程同上述步驟2.1。具體計算步驟可在PKPM結(jié)構(gòu)設(shè)計軟件工具箱連續(xù)檁條界面中進(jìn)行檁條計算。

2.2 加固方案的選擇

對于屋面檁條為“Z”型檁條，通常都是連續(xù)型的。在計算“Z”型規(guī)格檁條時，多數(shù)情況下中間跨檁條承載力一般能滿足要求，邊跨檁條承載力不滿足要求，可選擇加密檁條來改變檁條受荷面積或者“Z”型檁條上下翼緣板增設(shè)角鋼改變其截面特性;檁條穩(wěn)定性多數(shù)情況下不滿足要求，需要增設(shè)拉條。

2.2.1 加密檁條

對于邊跨檁條強(qiáng)度超限較多，可通過加密方式來減小檁條的受荷面積，使其檁條承載力滿足要求，此加固方案需要掀開彩鋼瓦，比較浪費(fèi)鋼材、施工成本較大，不建議采用。如果只有邊跨檁條不滿足鋪設(shè)光伏組件的承載要求，邊跨區(qū)域可放棄鋪設(shè)，這樣可避免邊跨區(qū)域加固。

2.2.2 Z型規(guī)格檁條上下翼緣板增設(shè)角鋼

Z型規(guī)格檁條承載力不滿足，表示其屈服強(qiáng)度超限，本身截面太過于薄弱，在現(xiàn)有荷載的作用下，已經(jīng)不能滿足承載能力，需要改變其截面屬性，使其檁條強(qiáng)度達(dá)到承載要求。檁條在荷載作用下，主要是下翼緣受拉，比較不利;上翼緣主要是穩(wěn)定性不滿足和在施工過程中上翼緣板在外力作用下容易產(chǎn)生變形。此種加固方案在Z型規(guī)格檁條的上下翼緣板分別增設(shè)角鋼，來增強(qiáng)原有檁條的上下翼緣板截面，使其檁條承載力和穩(wěn)定性滿足光伏鋪設(shè)要求，如圖3所示。

2.2.3 Z型規(guī)格檁條穩(wěn)定性

由于《門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范》GB51022—2015正式實(shí)施，以前建設(shè)的多數(shù)廠房中屋面檁條的穩(wěn)定性都不能滿足現(xiàn)行規(guī)范，主要表現(xiàn)在下翼緣穩(wěn)定性不滿足，需要進(jìn)行加固。常見的加固方案有2種：第一，在原有檁條下翼緣增設(shè)拉條，做法同原拉條做法;第二，在原有檁條下翼緣板增設(shè)通長角鋼，用自攻釘固定住。該做法是用角鋼代替圓鋼拉條，可同樣達(dá)到約束檁條下翼緣穩(wěn)定性的效果。

3 結(jié)語

綜上所述，由于項(xiàng)目的不同，每個廠房屋頂?shù)那闆r也不盡相同，同時在加固過程中受到現(xiàn)場各種因素的限制，必將導(dǎo)致屋面檁條的加固設(shè)計方案多樣化，但是其本質(zhì)是不變的，無非都是圍繞著改變現(xiàn)有檁條的受力情況或者改變現(xiàn)有檁條的截面特性來進(jìn)行加固方案的設(shè)計。作為一名結(jié)構(gòu)設(shè)計人員，不管選擇哪種加固設(shè)計方案，都必須和現(xiàn)場實(shí)際情況結(jié)合起來，考慮施工現(xiàn)場的不利因素，在控制經(jīng)濟(jì)效益的情況下，選擇一種設(shè)計與施工相結(jié)合的加固方案，才是最優(yōu)的加固設(shè)計方案。

參考文獻(xiàn)

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[3]中國建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計研究院有限公司.GB51022—2015，門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2015.

通信作者：趙海斌（1992.1）結(jié)構(gòu)工程師，主要從事結(jié)構(gòu)設(shè)計方面的工作。