1、固定式光伏組件支架結(jié)構(gòu)計(jì)算書2015年11月目 錄1工程概述12分析方法與軟件13設(shè)計(jì)依據(jù)14材料及其截面15荷載工況與組合25.1 荷載工況25.1.1 支架所受荷載25.2 荷載組合26 結(jié)構(gòu)建模36.1 模型概況36.2 結(jié)構(gòu)計(jì)算模型、坐標(biāo)系及約束關(guān)系36.3 荷載施加47主要計(jì)算結(jié)果57.1 構(gòu)件應(yīng)力比57.2 構(gòu)件穩(wěn)定性校核8I結(jié)構(gòu)計(jì)算書1工程概述支架共8榀，間距為3m，兩端帶懸挑0.58mm，總長22.16m，電池板組水平寬度2.708米、斜面長度3.3米，荷載按25年重現(xiàn)期計(jì)算，結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)0.95，項(xiàng)目地點(diǎn)在黑龍江省牡丹江市,結(jié)構(gòu)計(jì)算的三維示意如下圖1所示。 圖1.1 總體結(jié)

2、構(gòu)模型2分析方法與軟件采用SAP2000 V15鋼結(jié)構(gòu)分析軟件進(jìn)行結(jié)構(gòu)計(jì)算分析。3設(shè)計(jì)依據(jù)1) 建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn) ( GB 50068-2001 ) 2) 建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范 ( GB 50009-2012) 3) 建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范 ( GB 50011-2010 4) 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范 ( GB 50017-2003 ) 4材料及其截面材料材質(zhì)性能，詳見下表4.1。表4.1 材料性能材料名稱單位重量N/m3fy屈服強(qiáng)度N/m2f設(shè)計(jì)強(qiáng)度N/m2抗拉強(qiáng)度N/m2彈性模量E1N/m2泊松比UQ2357.85E4235E6215E6390E62.1E110.3Q3457.85E4345E63

3、10E6470E62.1E110.35荷載工況與組合5.1 荷載工況計(jì)算所考慮的荷載有恒載、雪荷載以及風(fēng)荷載作用（由于本支架比較輕，地震工況與風(fēng)荷載相比，其遠(yuǎn)不起控制作用，因此，可不考慮地震工況）。 5.1.1 支架所受荷載 支架受到的荷載主要有支架自重、電池板及安裝附件自重、風(fēng)載、雪載。荷載通過檁條傳遞到支架柱上，模型按各荷載大小均勻分布到檁條上進(jìn)行加載。1）結(jié)構(gòu)構(gòu)件自重：由計(jì)算軟件自動考慮。2）恒荷載（太陽能電池板等安裝組件）：0.15 kN/（包括各種連接件）。組件總重：W組件=150*22.16*3.3=10969.2N檁條線荷載：q組件= W組件/（4*22.16）=123.8 N/

4、m3）雪荷載：雪荷載由四根檁條承受，按線均布荷載計(jì)：按下面公式計(jì)算： Sk=r s0=0.7*0.639=0.4473 kN/m2 注：a)電池板安裝角度為35度，r取0.7 。b)s0為25年重現(xiàn)期雪壓值（根據(jù)牡丹江市10年和100年雪壓值，按公式E.3.4（GB50009-2012）求得）雪壓總重：W雪=447.3*22.16*2.708=26842N檁條線荷載：q雪= W雪/（4*22.16）=302.8 N/m4）風(fēng)荷載：電池板安裝后35度斜角，風(fēng)載體型系數(shù)取1.3。按下面公式計(jì)算基本風(fēng)壓： k=z*s*z*0 =1*1.3*1*0.43=0.559 kN/m2其中：、地面粗糙度為B類

5、，安裝高度小于10米，z取1。z取1。0 （等于0.43 kN/m2）為25年重現(xiàn)期風(fēng)壓值（根據(jù)牡丹江市10年和100年雪壓值，按公式E.3.4（GB50009-2012）求得）風(fēng)壓總重：W風(fēng)=559*22.16*3.3=40878.6N檁條線荷載：q風(fēng)= W風(fēng)/（4*22.16）=461.2 N/m5.2 荷載組合計(jì)算過程考慮了如下組合：(1)1.35恒載+1.4*0.7雪載(2)1.2恒載+1.4雪載(3)1恒載+1.4雪載(4)1.2恒載+1.4風(fēng)載(5)1.2恒載-1.4風(fēng)載(6)1恒載+1.4風(fēng)載(7)1恒載-1.4風(fēng)載(8)1.2恒載+1.4雪載+1.4*0.6風(fēng)載(9)1.2恒載

6、+1.4雪載-1.4*0.6風(fēng)載(10)1恒載+1.4雪載+1.4*0.6風(fēng)載(11)1恒載+1.4雪載-1.4*0.6風(fēng)載(12)1.2恒載+1.4*0.7雪載+1.4風(fēng)載(13)1.2恒載+1.4*0.7雪載-1.4風(fēng)載(14)1恒載+1.4*0.7雪載+1.4風(fēng)載(15)1恒載+1.4*0.7雪載-1.4風(fēng)載(16)1恒載+1.4*0.7雪載+1風(fēng)載(17)1恒載+1.4*0.7雪載-1風(fēng)載說明：風(fēng)荷載前系數(shù)為正表示風(fēng)力方向指向電池板，為負(fù)表示風(fēng)力方向背離電池板。6 結(jié)構(gòu)建模6.1 模型概況計(jì)算所考慮的荷載有恒荷載、雪荷載和風(fēng)荷載。6.2 結(jié)構(gòu)計(jì)算模型、坐標(biāo)系及約束關(guān)系斜撐兩端為鉸接北立

7、柱上端為鉸接南立柱上端為鉸接底部節(jié)點(diǎn)全約束圖6.2.1 結(jié)構(gòu)計(jì)算模型、坐標(biāo)系及約束圖6.3 荷載施加恒荷載施加，施加效果見下圖6.3.1。結(jié)構(gòu)構(gòu)件自重由軟件自動計(jì)算，其它太陽能電池板及固定安裝組件等的自重為150N/m2，通過線荷載導(dǎo)到檁條上。圖6.3.1 施加恒荷載雪荷載施加，施加效果見下圖6.3.2。通過線荷載導(dǎo)到檁條上。圖6.3.2 施加雪荷載風(fēng)荷載施加，施加效果見下圖6.3.3、6.3.4。 圖6.3.3 風(fēng)荷載（指向表面）圖6.3.4 風(fēng)荷載（背離表面）7主要計(jì)算結(jié)果7.1 構(gòu)件應(yīng)力比構(gòu)件在各荷載組合下計(jì)算的應(yīng)力比都小于1，強(qiáng)度符合要求，正常使用極限狀態(tài)標(biāo)準(zhǔn)組合下最大變形為10.7/

8、3000=1/280<1/200，撓度符合要求。各構(gòu)件應(yīng)力比對應(yīng)值見下表7.1.1。圖7.1.1 支架變形圖（標(biāo)準(zhǔn)組合16）表7.1.1 構(gòu)件應(yīng)力比值 單位：力-N 長度-m構(gòu)件號截面荷載組合軸力分量主彎矩分量次彎矩分量應(yīng)力比/PRatio/MMajRatio/MMinRatio/TotalRatio74JG65*25*2.2COMB123.58E-060.1228030.0309350.146 82JG65*25*2.2COMB123.08E-060.1228250.0313050.146 65JG65*25*2.2COMB126E-050.1164860.0552650.163 73

9、JG65*25*2.2COMB126.02E-050.1165090.0552650.163 63JG65*25*2.2COMB126.02E-050.1484920.065290.203 64JG65*25*2.2COMB126E-050.1485070.0653170.203 91JG65*25*2.2COMB123.08E-060.1421750.0954590.226 83JG65*25*2.2COMB123.58E-060.142190.0958690.226 69JG65*25*2.2COMB120.0030140.5736540.251120.786 78JG65*25*2.2C

10、OMB120.0017330.5753660.251120.787 68JG65*25*2.2COMB120.0031990.5789480.2488220.789 70JG65*25*2.2COMB120.0031940.5789940.2495470.790 77JG65*25*2.2COMB120.0018510.5786760.2518580.791 79JG65*25*2.2COMB120.0018530.5787210.2524470.791 59JG65*25*2.2COMB120.0004220.6082350.2502310.816 87JG65*25*2.2COMB120.

11、0061320.6078710.2507640.822 86JG65*25*2.2COMB120.0062340.6090680.2509420.823 88JG65*25*2.2COMB120.0062290.6090450.251380.823 58JG65*25*2.2COMB120.0019870.6156870.2566860.831 60JG65*25*2.2COMB120.0019770.6156490.2569460.831 80JG65*25*2.2COMB120.0016390.6362790.247140.841 76JG65*25*2.2COMB120.0016490.

12、6362940.2478240.841 71JG65*25*2.2COMB120.003170.6451020.2509970.854 67JG65*25*2.2COMB120.0031610.6451020.251530.855 89JG65*25*2.2COMB120.0062780.6448440.2631820.869 85JG65*25*2.2COMB120.0062730.6448670.263210.869 61JG65*25*2.2COMB120.0018730.6704580.2552230.881 57JG65*25*2.2COMB120.0018850.6704420.2

13、554280.881 66JG65*25*2.2COMB120.0040270.6757060.2688030.901 75JG65*25*2.2COMB120.0020070.6684660.2784450.901 84JG65*25*2.2COMB120.0083830.6770240.2635930.902 72JG65*25*2.2COMB120.0040310.6757740.2695140.902 81JG65*25*2.2COMB120.0020020.6685340.2789370.902 90JG65*25*2.2COMB120.008380.6769710.2643170.

14、902 56JG65*25*2.2COMB120.0021160.6910950.2725230.917 62JG65*25*2.2COMB120.0021190.6910190.2730430.918 120YG48*1.4COMB120.0035212.97E-170.0486040.004 121YG48*1.4COMB120.0035752.97E-170.0486560.004 55YG48*1.4COMB120.04669600.0780660.047 13YG48*1.4COMB120.04669800.0780480.047 43YG48*1.4COMB120.07367800

15、.0030510.074 25YG48*1.4COMB120.07367800.0030160.074 31YG48*1.4COMB120.07604900.0233950.076 37YG48*1.4COMB120.0760500.0232560.076 49YG48*1.4COMB120.08206700.0173290.082 19YG48*1.4COMB120.08206800.0173630.082 50YG48*2COMB120.0811550.4947690.2089420.587 3YG48*2COMB120.0811550.4947940.2089930.587 38YG48

16、*2COMB120.1254110.7837260.0071870.864 20YG48*2COMB120.125410.7837260.0072250.864 32YG48*2COMB120.1287690.7975790.0289240.881 26YG48*2COMB120.1288010.7975540.0294690.881 44YG48*2COMB120.1365350.8731970.0424470.960 14YG48*2COMB120.1365350.8732090.0423970.960 11YG48*2.4COMB120.0068080.4967660.2404380.5

17、31 53YG48*2.4COMB120.0068870.4973730.2410340.532 23YG48*2.4COMB120.0111570.7501590.0022420.723 41YG48*2.4COMB120.0111570.7502670.0026750.723 29YG48*2.4COMB120.0112090.7553140.0028490.728 35YG48*2.4COMB120.0112080.7553470.0024260.728 17YG48*2.4COMB120.0115250.7871810.0479190.760 47YG48*2.4COMB120.011

18、5040.7873860.0475070.760 4YG48*3.9Q345COMB130.005990.669810.0299120.643 51YG48*3.9Q345COMB130.0059920.6699170.0298250.643 21YG48*3.9Q345COMB130.0082590.9672840.0033210.927 39YG48*3.9Q345COMB130.0082590.9672890.0034120.927 33YG48*3.9Q345COMB130.0082410.9680110.0013430.927 27YG48*3.9Q345COMB130.008241

19、0.9680170.0012510.927 15YG48*3.9Q345COMB130.008080.9723490.0072010.931 45YG48*3.9Q345COMB130.008080.9723640.0072970.931 7.2 構(gòu)件穩(wěn)定性校核在不同部位的各類構(gòu)件中，構(gòu)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）在相應(yīng)工況受力最大，故對上述構(gòu)件進(jìn)行穩(wěn)定性校核。4519176214121 圖7.2.1 構(gòu)件編號及位置使用的各構(gòu)件截面特性見下表7.2.

20、1：1表7.2.1 構(gòu)件截面特性構(gòu)件截面名稱材質(zhì)H高度/D直徑B寬度tf翼緣厚度tw腹板厚度A面積Ix強(qiáng)軸慣性矩Iy弱軸慣性矩Wx強(qiáng)軸截面模量Wy弱軸截面模量ix強(qiáng)軸回轉(zhuǎn)半徑iy弱軸回轉(zhuǎn)半徑塑性截面系數(shù)x塑性截面系數(shù)ymmmmm2m4m4m3m3mm-JG65*25*2.2Q2350.0650.0250.00220.00220.0003771.901E-074.049E-085.849E-063.239E-060.0224660.0103681.051.05YG48*1.4Q2350.048-0.00140.0002055.568E-085.568E-082.32E-062.32E-060.0

21、164830.0164831.151.15YG48*2Q2350.048-0.0020.0002897.659E-087.659E-083.191E-063.191E-060.0162790.0162791.151.15YG48*2.4Q2350.048-0.00240.0003448.961E-088.961E-083.734E-063.734E-060.0161440.0161441.151.15YG48*3.9Q3450.048-0.00390.000541.324E-071.324E-075.516E-065.516E-060.0156530.0156531.151.151、構(gòu)件62

22、（JG65*25*2.2）穩(wěn)定性計(jì)算 1）截面幾何特性，詳見上表7.2.1 2）穩(wěn)定性校核圖7.2.2 Mx彎矩圖圖7.2.3 My彎矩圖檁條長3m，兩端支撐，中間受線荷載剪力，最大彎矩Mx=-912.43N.m My=199.65N.m計(jì)算長度：lx=x*L=1*3=3 ly=y*L=1*3=3 長細(xì)比：x=lx/ix=133.5 y=ly/iy=289.3構(gòu)件屬于c類截面 x=0.33 閉口截面bx=by=1，=0.7 查鋼結(jié)構(gòu)規(guī)范附錄C根據(jù)下面公式：n=3.0825>0.215，y按下面公式計(jì)算其中：1=0.73 2=1.216 3=0.302，將數(shù)值代入上式，求得 y=0.093

23、桿中間受到均布橫向力，mx=my=tx=ty=1NEx=39795.7N NEy=8475.6N 根據(jù)下面兩個(gè)公式，將上述參數(shù)值代入，=0.901f<f，滿足穩(wěn)定性要求。=0.808f<f，滿足穩(wěn)定性要求。2、交叉撐構(gòu)件121 （YG48*1.4）穩(wěn)定性計(jì)算 1）截面幾何特性，詳見上表7.2.12）穩(wěn)定性校核圖7.2.4 軸力圖斜交叉撐長3.31m，兩端鉸接，受軸壓力，最大軸壓力N=-157.56N計(jì)算長度：lx=x*L=1*3.31=3.31 ly=y*L=1*3.31=3.31 長細(xì)比：x=lx/ix=201 y=ly/iy=201構(gòu)件屬于b類截面 x=y=0.184 查鋼結(jié)構(gòu)

24、規(guī)范附錄C根據(jù)下面公式：N/(A)f 求得N/(A)=0.019ff 滿足穩(wěn)定性要求。3、立柱斜支撐構(gòu)件19 （YG48*1.4）穩(wěn)定性計(jì)算 1）截面幾何特性，詳見上表7.2.12）穩(wěn)定性校核圖7.2.5 軸力圖斜支撐長1.176m，兩端鉸接，受軸壓力，最大軸壓力N=-3617N計(jì)算長度：lx=x*L=1*1.176=1.176 ly=y*L=1*1.176=1.176長細(xì)比：x=lx/ix=71.6 y=ly/iy=71.6構(gòu)件屬于b類截面 x=y=0.742 查鋼結(jié)構(gòu)規(guī)范附錄C根據(jù)下面公式：N/(A)f 求得N/(A)=0.11ff 滿足穩(wěn)定性要求。4、北立柱構(gòu)件14（YG48*2）穩(wěn)定性

25、計(jì)算 1）截面幾何特性，詳見上表7.2.1 2）穩(wěn)定性校核圖7.2.6 Mx彎矩圖圖7.2.7 My彎矩圖北立柱長1.72m，底端與地固接，最大彎矩在底部，考慮底部14-1段（長0.317m）穩(wěn)定性（見圖7.2.7）。中下部與立柱斜支撐構(gòu)件19鉸接（為支撐點(diǎn)），見圖7.2.7中的14-1段，最大彎矩Mx=688.9N.m My=33.45N.m計(jì)算長度：lx=x*L=0.7*0.317=0.222 ly=y*L=2*0.317=0.634 長細(xì)比：x=lx/ix=13.6 y=ly/iy=38.9構(gòu)件屬于b類截面 x=0.986 y=0.903 閉口截面bx=by=1，=0.7 查鋼結(jié)構(gòu)規(guī)范附錄C彎矩作用