混凝土屋面光伏支架及基础计算书

屋面光伏项目 支架及基础计算书

1 项目概述

1.1 项目信息

表1.1-1 项目主要信息

1 2 3 4 5 6 7 8 项目类型 项目地点 组件尺寸 组件重量 组件倾角 设计基本风压 基本雪压 场地类型 混凝土屋顶固定式光伏电站（979kW） 湖北武汉 2094mm*1038mm*35mm 23.5kg 10° 0.35Kpa（50年重现期） 0.5Kpa（50年重现期） B类 每件 GB50009-2012 GB50009-2012 GB50009-2012

1.2 设计采用标准

（1）《建筑结构荷载规范》（GB50009-2012） （2）《光伏发电站设计规范》（GB50797-2012） （3）《光伏支架结构设计规范》（NB/T10115-2018） （4）《混凝土结构设计规范》（GB50010-2010） （5）《钢结构设计标准》（GB50017-2017）

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2 支架及基础布置形式

2.1 支架及基础典型布置图

图2.1-1 支架及基础典型布置图

2.2 支架及基础剖面图

图2.2-1 支架及基础剖面图

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3 主要材料及许用应力值

3.1 支架主要材料

表3.1-1 支架主要材料信息

序号 1 2 3 4 5 6 7 8 名称 前立柱基础 后立柱基础 U型地脚螺栓 立柱 斜梁 檩条 斜撑 背拉杆 尺寸（mm） ∅400*300 ∅600*300 M12*U200*110 U51*41*2.5 U51*41*2.5 U51*41*2.0 U41*41*2.0 L30X3.0 材料 C30 C30 Q235B Q235B Q235B Q235B Q235B

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3.2 构件截面尺寸

表3.2-1 构件截面尺寸信息

构件 截面示意 U41*51*2.0 檩条 Q235B U41*51*2.5 斜梁 Q235B U41*51*2.5 立柱 Q235B U41*41*2.0 斜撑 Q235B

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3.3 材料属性

表3.3-1 材料属性信息

Q235B （≤ 16mm） Q355B （≤ 16mm）

极限抗拉强度

fu = 375 MPa fu = 470 MPa

最小屈服强度

fy = 235 MPa fy = 345 MPa

密度

7850 kg/m3 206000MPa

7850 kg/m3 206000MPa

杨氏模量

3.4 许用应力设计值

表3.4-1 许用应力设计值信息

Q235B （≤ 16mm） 抗拉 抗压 抗弯 抗剪 215N ∙ mm-2 215N ∙ mm-2 215N ∙ mm-2 125N ∙ mm-2 Q355B （≤ 16mm） 310N ∙ mm-2 310N ∙ mm-2 310N ∙ mm-2 175N ∙ mm-2

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4 荷载设计

4.1 荷载分类

根据屋顶光伏支架承受的荷载，以下几种荷载将被考虑。 （1）永久荷载 (G) 永久荷载包括光伏支架自重 （2）活荷载 (L)

作用在光伏支架上的活荷载在此忽略 （3）风荷载 (W)

风作用在光伏组件上产生的风荷载 （4）雪荷载 (S)

雪作用在光伏支架上的产生的雪荷载 4.2 荷载组合

光伏支架结构根据使用过程中在结构上可能同时出现的荷载，按承载能力极限状态和正常使用极限状态进行荷载组合，并取各自最不利的组合进行设计。荷载组合按照《建筑结构荷载规范》（GB50009-2012）。

（1）荷载组合及分项系数 基本组合：

1.2D+1.4* WP+0.98*Sp 1.0*D+1.4*Ws

1.2D+0.84 * WP+1.4*Sp 标准组合： D+WP+0.7Sp D+Ws D+0.6WP+Sp

注：D =永久荷载；WP =风压荷载；Ws =风吸荷载；Sp =雪荷载； （2）D 永久荷载

永久荷载包含光伏支架结构自重及光伏组件自重。 D=Dm+Gk

注：Dm =单块光伏组件自重；Gk =支架自重；

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Dm=23.5kg*9.8N/kg=230.3N

Gk =支架自重，由SAP2000有限元模型自动计算 （3）W 风荷载

1）风荷载计算参数选择依据

图4.2-1 基本风压选择

图4.2-2 风压高度变化系数的选择

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2）风荷载参数 结构类型：屋面支架 地面粗糙度类别：B

基本风压（50年重现期）：W0=0.35Kpa 风压高度变化系数：µz = 1.13 风荷载体型系数：µs1=1.3，µs2=-1.3 风振系数：

3）风荷载标准值计算 风吸风荷载标准值：

=1.0*（-1.3）*1.13*0.35=-0.514Kpa 风压风荷载标准值：

=1.0*（1.3）*1.13*0.35=0.514Kpa （4）S 雪荷载 1）雪荷载参数 结构类型：屋面支架

基本雪压（50年重现期）：S0 =0.50Kpa 积雪分布系数：

积雪荷载标准值（10°）：Sk=0.50Kpa

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5 构件计算及校核

5.1 构件线荷载计算

构件线荷载（N/mm）

1.永久荷载线荷载计算

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2.风吸荷载线密度计算

3.风压荷载线密度计算

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4.雪荷载线密度计算

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5.2 结构设计校核

设计有限元软件 SAP 2000 控制作用组合 1.2D+1.4* WP+0.98*Sp 最大应力比 0.403<1，满足设计要求

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6 混凝土基础尺寸校核

6.1 混凝土基础尺寸选择

前立柱基础：∅400*300 后立柱基础：∅600*300 6.2 混凝土基础尺寸校核

图6.2-1 支架基础受力图

（1）以2x6阵列为例，6个前混凝土基础、6个后混凝土基础 （2）各受力值计算

前立柱基础自重G1=6*3.14*0.20*0.20*0.30*2500*9.8=5539N 后立柱基础自重G3=6*3.14*0.30*0.30*0.30*2500*9.8=12463N 支架自重约g1= 25kg*9.8 kg/N*2*6=2940N 组件自重约g2=23.5kg*9.8 kg/N*2*6=2764N G2=g1+g2=2940+2764=5704N

D=G2/（2*6*2.094*1.038）/1000=0.219Kpa F1=（-0.514）*2*6*2.094*1.038=13.41kN WP=0.514Kpa Ws=-0.514Kpa

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Sp=0.5Kpa 标准组合： D+WP+0.7Sp D+Ws D+0.6WP+Sp （3）抗拔配重计算 1）荷载组合系数 恒载组合系数=1.0 风压组合系数=1.4 2）荷载组合

组合后荷载Nk=1.0*0.219*2*6*2.094*1.038+1.4*（-0.514）*2*6*2.094*1.038 =-13.057kN

3）混凝土基础重量Gk=G1+G3=5539N+12463N=18002N 4）抗拔配重比较

Gk/Nk=18002/13057=1.38 满足要求 （4）抗倾覆稳定性计算

1）外部荷载倾覆弯矩M1=F1x0.88=13410*0.88=11800.8N*m 2）支架抗倾覆弯矩M2=G1x0.15+G2x0.739+G3x1.328=21596.97 N*m 3）抗倾覆系数K=M2/M1=21596.97/11800.8=1.83 满足抗倾覆计算要求。 （5）抗滑移计算

1）组合后荷载Nk=-13.057kN*cos10°=-12858.63N 2）混凝土基础重量Gk=18002N

3）基础底部水平力Hk=13057N*sin10°=2267.32N 4）基础抗滑移系数Kh=（Nk+Gk）*um/Hk

=（18002-12858.63）*0.5/2267.32=1.13 满足要求

7 光伏支架增加屋面荷载计算

7.1 计算模型的选择

以2x6阵列为例，6个前混凝土基础、6个后混凝土基础 7.2 各荷载计算

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（1）支架自重：g1= 25kg*9.8 kg/N*2*6=2940N （2）组件自重：g2=23.5kg*9.8 kg/N*2*6=2764N （3）混凝土基础自重：

前立柱基础自重G1=6*3.14*0.20*0.20*0.30*2500*9.8=5539N 后立柱基础自重G3=6*3.14*0.30*0.30*0.30*2500*9.8=12463N （4）光伏电站每平米增加荷载计算 1）组件前后排间距为0.8m

2)F=（g1+g2+G1+G3）/（6*2*2.094*(1.038+0.8)）*cos10°/1000

=0.505kN/㎡≤0.7kN/㎡

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