固定式光伏支架计算书讲解

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 (1)
2分析方法与软件 (1)
3设计依据 (1)
4材料及其截面 (1)
5荷载工况与组合 (2)
5.1荷载工况 (2)
5.1.1支架所受荷载 (2)
5.2荷载组合 (2)
6结构建模 (3)
6.1模型概况 (3)
6.2结构计算模型、坐标系及约束关系 (3)
6.3荷载施加 (4)
7主要计算结果 (5)
7.1构件应力比 (5)
7.2构件稳定性校核 (8)
1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 50011-2010
4)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
5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*22.16*3.3=10969.2N
檩条线荷载： q组件= W组件/ （ 4*22.16 ）=123.8 N/m
3）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：
S k=μr s0=0.7*0.639=0.4473 kN/m2
注： a）电池板安装角度为 35度，μr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/m
4）风荷载：
电池板安装后 35度斜角，风载体型系数取 1.3 。

按下面公式计算基本风压：
2
ω k=βz*μs* μz* ω0 =1*1.3*1*0.43=0.559 kN/m
其中：①、地面粗糙度为B类，安装高度小于10米，μz取1。

βz取 1。

②ω0 （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/m
5.2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 +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
(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
⑴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
⑵雪荷载施加，施加效果见下图 6.3.2 。

通过线荷载导到檩条上。

图 6.3.2 施加雪荷载
⑶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=1/280<1/200 ，挠度符合要求。

各构件应力比对应值见下表
7.1.1 。

图 7.1.1 支架变形图（标准组合 16）
表 7.1.1 构件应力比值
单位：力-N 长度-m
7.2 构件稳定性校核
在不同部位的各类构件中，构件 62 (JG65*25*2.2 )、121 (YG48*1.4)、19
( YG48*1.4)、 14( YG48*2)、17( YG48*2.4)、45( YG48*3.9Q345)在相应工况受力最大，故对上述构件进行稳定性校核。

19
图 7.2.1 构件编号及位置
使用的各构件截面特性见下表 7.2.1 ：
结构计算书
表7.2.1 构件截面特性
1、构件 62 ( JG65*25*2.2 )稳定性计算
1)截面几何特性，详见上表 7.2.1
2)稳定性校核
1
图7.2.3 My 弯矩图
檩条长 3m，两端支撑，中间受线荷载剪力，最大弯矩Mx=-912.43N.m
My=199.65N.m
计算长度： lx= μx*L=1*3=3 ly= μ y*L=1*3=3
长细比：λx= μlx/ix=133.5 λy=μly/iy=289.3
构件属于 c类截面Ф x=0.33 闭口截面Фbx=Фby=1，η=0.7 查钢结构规范附录 C 根据下面公式：
λn=3.0825>0.215 ，Фy 按下面公式计算
其中：α1=0.73 α2=1.216 α3=0.302，将数值代入上式，求得Ф y=0.093 杆中间受到均布横向力，βmx= βmy= βtx= βty=1
N 'Ex =39795.7N N 'Ey =8475.6N
根据下面两个公式，将上述参数值代入，
=0.901f<f ，满足稳定性
=0.808f<f ，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 7.2.1
2)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= μx*L=1*3.31=3.31 ly= μy*L=1*3.31=3.31
长细比：λx= μlx/ix=201 λy=μly/iy=201
构件属于 b 类截面Ф x=Ф y=0.184 查钢结构规范附录 C 根据下面公式：
N/(ФA)≤f 求得 N/( Ф A)=0.019f ≤f 满足稳定
性要求。

3、立柱斜支撑构件 19 ( YG48*1.4)稳定性计算
1)截面几何特性，详见上表 7.2.1
2)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= μ x*L=1*1.176=1.176 ly=μ
y*L=1*1.176=1.176 长细比：λx= μlx/ix=71.6
λy=μly/iy=71.6
构件属于 b 类截面Фx=Фy=0.742 查钢结构规范附录 C 根据下面公式：
N/(ФA)≤f 求得 N/( Ф 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 7.2.1
2)稳定性校核
图7.2.6 Mx 弯矩图
图7.2.7 My 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= μx*L=0.7*0.317=0.222 ly= μy*L=2*0.317=0.634
长细比：λx= μlx/ix=13.6 λy=μly/iy=38.9
构件属于 b 类截面Ф x=0.986 Ф y=0.903
闭口截面Фbx=Ф by=1，η=0.7 查钢结构规范附录 C
弯矩作用平面内两端铰接βmx= =0.65-0.35*112.4/688.9=0.593 弯矩作用平面外悬臂
βtx=1
βmy=βty=1
根据下面公式：
根据下面两个公式，将上述参数值代入
=0.692f<f ，满足稳定性
要求。

=0.897f<f ，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= μ x*L=2*0.255=0.51 ly= μy*L=2*0.255=0.51
长细比：λx= μlx/ix=31.6 λy=μly/iy=31.6
构件属于 b 类截面Ф x=0.93 Ф y=0.93
闭口截面Фbx=Ф by=1，η=0.7 查钢结构规范附录 C
βmx= βmy= βtx= βty=1 根据下面公式：
根据下面两个公式，将上述参数值代入，
=0.839f<f ，满足稳定性
要求。

=0.694f<f ，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 7.2.1
2）稳定性校核
图7.2.10 Mx 弯矩图
计算长度： lx= μ x*L=2*0.538=1.076 ly=μ y*L=2*0.538=1.076 长细比：λx= μlx/ix=83.3 λy=μly/iy=83.3
构件属于 c类截面Ф x=0.666 Фy=0.666 闭口截面Фbx=Ф by=1，
η=0.7 查钢结构规范附录 C 立柱为悬臂构件βmx= βtx= βmy= βty=1 根据下面公式：
根据下面两个公式，将上述参数值代入
My=-
17.18N.m
=0.999f<f ，满足稳定性要求。

=0.804f<f ，满足稳定性要求。