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光伏发电屋顶承载力包括哪些?如何预判?

2017年上半年,我国新增光伏装机24.40GW,其中分布式光伏新增装机7.11GW,比去年同期提高了近三倍。然而,在分布式光伏发展如火如荼的时候,分布式光伏项目屋顶荷载问题,特别是易形成较大项目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。在开具荷载证明之前,如何对光伏发电屋顶承载力进行预判,以大致确定是否符合光伏项目的要求?



1光伏发电屋面荷载的分类



按时间分类: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)。光伏电站系统属于新增恒荷载。

作用面大小分类:均布载荷、集中荷载、线性荷载。

作用方向分类:垂直荷载、水平荷载。



2屋面分布式光伏项目涉及的荷载



屋面结构自重:钢筋混凝土楼板自重、屋面钢梁檩条彩钢板的自重、屋面保温防水材料的自重、屋面原有构件及设备的自重(属于恒荷载)。


光伏电站系统荷载:光伏组件,支架、基础、电缆、汇流箱等(属于新增恒荷载)。


风、雨、雪荷载:因建设光伏电站,而导致的风、雨、雪荷载的增大。


施工荷载(后期运维荷载):施工阶段,设备材料的吊装、运输、施工人员、施工设备等产生的作用影响,属于活荷载。


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》。



3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。



4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/㎡。



5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/㎡。



6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。


上述方法仅供各位在开发期间参考,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。



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