固定式光伏支架计算书汇总

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

I

结构计算书

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

材料名称 Q235 Q345 单位重量 N/m3 7.85E4 7.85E4 fy屈服强度 N/m2 235E6 345E6 f设计强度 N/m2 抗拉强度 N/m2 390E6 470E6 弹性模量E1 N/m2 2.1E11 2.1E11 泊松比U 0.3 0.3 215E6 310E6 1

结构计算书

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：

Sk=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：

ωk=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。

2

②ω0 （等于0.43 kN/m）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

2

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

2

结构计算书

(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

北立柱上端为铰接 斜撑两端为铰接 南立柱上端为铰接 底部节点全约束

图6.2.1 结构计算模型、坐标系及约束图

3

结构计算书

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/m2，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。

4

结构计算书

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。

5

结构计算书

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

构件号 截面 荷载组合 轴力分量 主弯矩分量 次弯矩分量 应力比 /PRatio /MMajRatio /MMinRatio /TotalRatio 74 82 65 73 63 64 91 83 69 78 68 70 77 79 59 87 86

JG65*25*2.2 JG65*25*2.2 JG65*25*2.2 JG65*25*2.2 JG65*25*2.2 JG65*25*2.2 JG65*25*2.2 JG65*25*2.2 JG65*25*2.2 JG65*25*2.2 JG65*25*2.2 JG65*25*2.2 JG65*25*2.2 JG65*25*2.2 JG65*25*2.2 JG65*25*2.2 JG65*25*2.2 COMB12 COMB12 COMB12 COMB12 COMB12 COMB12 COMB12 COMB12 COMB12 COMB12 COMB12 COMB12 COMB12 COMB12 COMB12 COMB12 COMB12 3.58E-06 3.08E-06 6E-05 6.02E-05 6.02E-05 6E-05 3.08E-06 3.58E-06 0.003014 0.001733 0.003199 0.003194 0.001851 0.001853 0.000422 0.006132 0.006234 6

0.122803 0.122825 0.116486 0.116509 0.148492 0.148507 0.142175 0.14219 0.573654 0.575366 0.578948 0.578994 0.578676 0.578721 0.608235 0.607871 0.609068 0.030935 0.031305 0.055265 0.055265 0.06529 0.065317 0.095459 0.095869 0.25112 0.25112 0.248822 0.249547 0.251858 0.252447 0.250231 0.250764 0.250942 0.146 0.146 0.163 0.163 0.203 0.203 0.226 0.226 0.786 0.787 0.789 0.790 0.791 0.791 0.816 0.822 0.823 结构计算书

88 58 60 80 76 71 67 89 85 61 57 66 75 84 72 81 90 56 62 120 121 55 13 43 25 31 37 49 19 50 3 38 20 32 26 44 14 11 53 23 41 29 35

JG65*25*2.2 JG65*25*2.2 JG65*25*2.2 JG65*25*2.2 JG65*25*2.2 JG65*25*2.2 JG65*25*2.2 JG65*25*2.2 JG65*25*2.2 JG65*25*2.2 JG65*25*2.2 JG65*25*2.2 JG65*25*2.2 JG65*25*2.2 JG65*25*2.2 JG65*25*2.2 JG65*25*2.2 JG65*25*2.2 JG65*25*2.2 YG48*1.4 YG48*1.4 YG48*1.4 YG48*1.4 YG48*1.4 YG48*1.4 YG48*1.4 YG48*1.4 YG48*1.4 YG48*1.4 YG48*2 YG48*2 YG48*2 YG48*2 YG48*2 YG48*2 YG48*2 YG48*2 YG48*2.4 YG48*2.4 YG48*2.4 YG48*2.4 YG48*2.4 YG48*2.4 COMB12 COMB12 COMB12 COMB12 COMB12 COMB12 COMB12 COMB12 COMB12 COMB12 COMB12 COMB12 COMB12 COMB12 COMB12 COMB12 COMB12 COMB12 COMB12 COMB12 COMB12 COMB12 COMB12 COMB12 COMB12 COMB12 COMB12 COMB12 COMB12 COMB12 COMB12 COMB12 COMB12 COMB12 COMB12 COMB12 COMB12 COMB12 COMB12 COMB12 COMB12 COMB12 COMB12 0.006229 0.001987 0.001977 0.001639 0.001649 0.00317 0.003161 0.006278 0.006273 0.001873 0.001885 0.004027 0.002007 0.008383 0.004031 0.002002 0.00838 0.002116 0.002119 0.003521 0.003575 0.046696 0.046698 0.073678 0.073678 0.076049 0.07605 0.082067 0.082068 0.081155 0.081155 0.125411 0.12541 0.128769 0.128801 0.136535 0.136535 0.006808 0.006887 0.011157 0.011157 0.011209 0.011208 7

0.609045 0.615687 0.615649 0.636279 0.636294 0.645102 0.645102 0.644844 0.644867 0.670458 0.670442 0.675706 0.668466 0.677024 0.675774 0.668534 0.676971 0.691095 0.691019 2.97E-17 2.97E-17 0 0 0 0 0 0 0 0 0.494769 0.494794 0.783726 0.783726 0.797579 0.797554 0.873197 0.873209 0.496766 0.497373 0.750159 0.750267 0.755314 0.755347 0.25138 0.256686 0.256946 0.24714 0.247824 0.250997 0.25153 0.263182 0.26321 0.255223 0.255428 0.268803 0.278445 0.263593 0.269514 0.278937 0.264317 0.272523 0.273043 0.048604 0.048656 0.078066 0.078048 0.003051 0.003016 0.023395 0.023256 0.017329 0.017363 0.208942 0.208993 0.007187 0.007225 0.028924 0.029469 0.042447 0.042397 0.240438 0.241034 0.002242 0.002675 0.002849 0.002426 0.823 0.831 0.831 0.841 0.841 0.854 0.855 0.869 0.869 0.881 0.881 0.901 0.901 0.902 0.902 0.902 0.902 0.917 0.918 0.004 0.004 0.047 0.047 0.074 0.074 0.076 0.076 0.082 0.082 0.587 0.587 0.864 0.864 0.881 0.881 0.960 0.960 0.531 0.532 0.723 0.723 0.728 0.728 结构计算书

17 47 4 51 21 39 33 27 15 45

YG48*2.4 YG48*2.4 YG48*3.9Q345 YG48*3.9Q345 YG48*3.9Q345 YG48*3.9Q345 YG48*3.9Q345 YG48*3.9Q345 YG48*3.9Q345 YG48*3.9Q345 COMB12 COMB12 COMB13 COMB13 COMB13 COMB13 COMB13 COMB13 COMB13 COMB13 0.011525 0.011504 0.00599 0.005992 0.008259 0.008259 0.008241 0.008241 0.00808 0.00808 0.787181 0.787386 0.66981 0.669917 0.967284 0.967289 0.968011 0.968017 0.972349 0.972364 0.047919 0.047507 0.029912 0.029825 0.003321 0.003412 0.001343 0.001251 0.007201 0.007297 0.760 0.760 0.643 0.643 0.927 0.927 0.927 0.927 0.931 0.931 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。

121 17 62 14 45 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：

8

结构计算书

表7.2.1 构件截面特性

H高度构件截面名称 材质 /D直径 m JG65*25*2.2 YG48*1.4 YG48*2 YG48*2.4 YG48*3.9 Q235 Q235 Q235 Q235 Q345 m B宽度 tf翼缘厚度 m tw腹板厚度 m Ix强轴惯性矩 m4 1.901E-07 5.568E-08 7.659E-08 8.961E-08 1.324E-07 Iy弱轴惯性矩 m4 4.049E-08 5.568E-08 7.659E-08 8.961E-08 1.324E-07 Wx强轴截面模量 m3 5.849E-06 2.32E-06 3.191E-06 3.734E-06 5.516E-06 Wy弱轴截面模量 m3 3.239E-06 2.32E-06 3.191E-06 3.734E-06 5.516E-06 ix强轴回转半径 m iy弱轴回转半径 m 塑性截面系数ɣx - 1.05 1.15 1.15 1.15 1.15 塑性截面系数ɣy - 1.05 1.15 1.15 1.15 1.15 A面积 m2 0.065 0.025 0.0022 0.0022 0.000377 0.048 0.048 0.048 0.048 - - - - - - - - 0.0014 0.000205 0.002 0.000289 0.022466 0.010368 0.016483 0.016483 0.016279 0.016279 0.016144 0.016144 0.015653 0.015653 0.0024 0.000344 0.0039 0.00054 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

图7.2.2 Mx弯矩图

1

结构计算书

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=μy*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 Фx=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 Фy=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=0.808f2、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

图7.2.4 轴力图

1

结构计算书

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 Фx=Фy=0.184 查钢结构规范附录C 根据下面公式：

N/(ФA)≤f 求得N/(ФA)=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

图7.2.5 轴力图

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=μx*L=1*1.176=1.176 ly=μy*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/(ФA)=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

1

结构计算书

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 Фx=0.986 Фy=0.903

闭口截面Фbx=Фby=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=0.897f5、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

2）稳定性校核

立柱支撑点 中间支撑点 立柱支撑点

图7.2.8 Mx弯矩图

图7.2.9 My弯矩图

1

结构计算书

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=μx*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 Фx=0.93 Фy=0.93

闭口截面Фbx=Фby=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=0.694f6、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

2

结构计算书

图7.2.11 My弯矩图

南立柱长0.538m，底端与地固接，上端悬臂，最大弯矩在底部 Mx=-1912N.m 计算长度：lx=μx*L=2*0.538=1.076 ly=μy*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 Фx=0.666 Фy=0.666

闭口截面Фbx=Фby=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

=0.999f=0.804f1

My=-17.18N.m