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光伏发电屋顶的荷载问题(附彩钢瓦荷载预判方法)

302024-05-29

如今分布式光伏发展形势越来越好,项目开发人员在寻找项目期间往往要考虑企业厂房的结构适不适合安装光伏,其中屋顶荷载问题,特别是较大规模的钢结构彩钢瓦屋面的荷载问题,成为了项目开发中最为重要的一个痛点。

出具荷载证明之前,设计人员一般会对厂房屋顶的承载力进行预判,大致确定是否符合光伏项目的要求。

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光伏发电屋顶的荷载按照承载时间、作用面大小和作用方向三个方面不同分类。

按照承载时间分为:永久荷载(恒荷载)、可变荷载(活荷载)、偶然荷载(特殊载荷或偶然作用)。

按照作用面大小分为:均布载荷、集中荷载、线性荷载。

按照作用方向分为:垂直荷载、水平荷载。

其中光伏电站属于新增恒荷载,荷载的类别清楚了,那么在分布式光伏项目中哪些因素是所涉及的荷载?

首先厂房屋面自身的重量是第一因素,混凝土结构的自重、钢结构屋面的钢梁檩条彩钢板等的自重、屋面的防水保温材料以及原有的构件及设备的自重等;屋面新增光伏电站系统,其中光伏组件、支架、逆变器、电缆、桥架、汇流箱、基础等属于光伏电站系统荷载类属于恒荷载;光伏电站施工过程以及后期运维过程中产生的荷载,设备材料吊装、运输、施工人员、施工设备产生的作用影响,这种荷载类属于活荷载;自然环境产生的荷载,其中风、雨、雪因建设光伏电站而导致的荷载加大,自然灾害地震不属于荷载,地震是一种作用,关于地震作用的规定及验算,见GB50011-2010《建筑抗震设计规范》。

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荷载的预判


图纸的模拟计算:通过建筑物结构图纸,使用软件(如MTStool、理正结构工具箱等)对主要受力构件(如檩条、楼板等)初步核算。


现场勘察:实际建筑物与设计图纸对比,发现设计图以外新增荷载或因后期改扩建变更的荷载。


室外:屋面增建的设备间,电梯间,空调机或天线的设备基础、消防或通风管道等


室内:有无大面积漏水、梁板柱有无开裂、锈蚀及损毁、新增吊顶构件,屋面内部吊挂设备、屋面开洞、新增室内轨道吊车等。


如果想要获得可靠的荷载数据,应当经过现场勘察后,结合现场实际荷载情况,再进行结构建模等系统的核算。



混凝土屋面荷载的预判




钢筋混凝土屋面:新增光伏发系统的承载力校核验算通过率大于80%。结构方面比较适宜安装光伏发电系统。


侧重注意的问题:私自建造的建筑物、建设年代久远的老旧建筑,存在偷工减料的豆腐工程、私自改扩建情况影响了原建筑结构受力安全、与屋主沟通未来是否有屋面结构改扩建计划。


混凝土预制板屋面、预应力双T板屋面、马鞍板屋面,通过选择合适的安装形式,如适当降低安装倾角、避让敏感区域、阵列加装导流板、降低配重块高度和重量等,亦可正在安装光伏电站系统。


混凝土屋面光伏系统按单排组件最佳倾角进行安装、混凝土配重上考虑,约0.45KN/㎡。




金属屋面荷载的预判




金属屋面:新增光伏系统的承载力校核验算通过率小于50%。结构承载力不足情况较多,使用前需认真校核


侧重注意的问题:是否为正规设计单位设计、能否获取原设计图纸、是否私自建造、是否建设期替换过钢材等级、私自改扩建情况影响了原建筑结构受力安全、与屋主沟通未来是否有屋面结构改扩建计划。


彩钢瓦屋面光伏光伏系统按组件顺屋面坡度平铺安装、支架檩条采用夹具夹在金属屋面瓦楞上考虑,约0.15KN/㎡。




金属屋面荷载的快速预判方法




◆经验方法一


非正规设计院设计、非正规施工单位施工、无图纸或借图建造的厂房,基本都不可使用。因为其结构安全不可控、野蛮施工隐患多、材料以次充好。如Q235材料替换Q345材料使用。


◆经验方法二


檩条跨度6米左右,檩条型号小于180,檩条核算易超限;

檩条跨度8米左右,檩条型号小于220,檩条核算易超限;

檩条跨度大于6米,檩条间的拉条仅为1道时,檩条核算易侧向失稳。


以上主要针对常见的C型或Z型檩条的门式钢架结构厂房进行预判,上述情况下通常存在增加光伏电站荷载后,应力比超限或挠度超限。


注意:上述方法仅供在开发期间参考,在光伏发电项目实际设计中,应当由设计院对屋顶,特别是彩钢瓦屋面进行荷载的校验,保证项目安全性。