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        分布式光伏電站中屋面檁條設(shè)計(jì)及加固方案探究

        2019-10-09 14:00:03趙海斌包文龍張良利楊松沈道軍
        中國新技術(shù)新產(chǎn)品 2019年14期

        趙海斌 包文龍 張良利 楊松 沈道軍

        摘? 要:新能源的發(fā)展趨勢和國家政策的扶持,光伏發(fā)電系統(tǒng)已經(jīng)成為供電系統(tǒng)家族中不可分割的一部分。分布式光伏電站多數(shù)建設(shè)在既有建筑廠房屋頂上,這勢必導(dǎo)致既有建筑屋頂?shù)暮奢d增加,需要重新核算廠房主體結(jié)構(gòu)的承載力是否滿足要求。常見的就是鋼結(jié)構(gòu)廠房屋面檁條強(qiáng)度和穩(wěn)定性不滿足,需要加固方可進(jìn)行光伏電站的建設(shè);屋面檁條多數(shù)是“C”型規(guī)格或者“Z”型規(guī)格,檁條加固設(shè)計(jì)方案的不同將直接影響建設(shè)周期和建設(shè)成本。

        關(guān)鍵詞:既有建筑廠房;檁條加固;“Z”型規(guī)格檁條

        中圖分類號:TV314? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A

        0 引言

        分布式光伏電站通常是指利用分散式資源,裝機(jī)規(guī)模較小的、布置在用戶附近的發(fā)電系統(tǒng),它一般接入低于35 kV或更低電壓等級的電網(wǎng)。光伏發(fā)電是利用半導(dǎo)體界面的光生伏特效應(yīng)而將光能直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿囊环N技術(shù)。其主要由太陽電池板(組件)、控制器和逆變器三大部分組成,主要部件由電子元器件構(gòu)成。太陽能電池經(jīng)過串聯(lián)后進(jìn)行封裝保護(hù)可形成大面積的太陽電池組件,再配合上功率控制器等部件就形成了光伏發(fā)電裝置。其優(yōu)點(diǎn)主要包括以下幾點(diǎn)內(nèi)容。

        ①無枯竭危險(xiǎn)。

        ②安全可靠,無噪聲,無污染排放。

        ③不受地域的限制,可利用建筑屋面的優(yōu)勢。象無電地區(qū)以及地形復(fù)雜地區(qū)。

        ④無需消耗燃料和架設(shè)輸電線路即可就地發(fā)電供電。

        ⑤建設(shè)周期短,獲取能源花費(fèi)的時(shí)間短。

        分布式光伏電站是一種多數(shù)建設(shè)在廠房屋頂上的綠色、環(huán)保、清潔和無毒無害的新型能源系統(tǒng)。對于鋼結(jié)構(gòu)廠房屋頂上建設(shè)的分布式光伏電站項(xiàng)目,該文將針對屋面檁條的設(shè)計(jì)流程和加固方案的選擇做相應(yīng)的探討。

        1 C型規(guī)格檁條設(shè)計(jì)及加固方案的探究

        1.1 設(shè)計(jì)分析及計(jì)算流程

        在業(yè)主提供既有建筑廠房建筑圖紙和結(jié)構(gòu)圖紙的基礎(chǔ)上,結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際情況來確定屋面檁條是否有底板,吊掛荷載和規(guī)格尺寸是否與圖紙一致等,如果現(xiàn)場檁條做法與圖紙出現(xiàn)不一致的情況,以現(xiàn)場實(shí)際做法為準(zhǔn)。確定好檁條計(jì)算的各項(xiàng)參數(shù)后,方可在PKPM結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件工具箱簡支檁條界面中進(jìn)行檁條計(jì)算,從而確定屋面檁條是否滿足光伏電站建設(shè)的承載要求。

        1.2 加固方案的選擇

        由于《門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范》GB51022—2015在2016年8月1日正式實(shí)施,相比《門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》CECS102—2002(2012年版),新實(shí)施的規(guī)范中風(fēng)荷載調(diào)整系數(shù)由原來的1.05變?yōu)?.5,對于風(fēng)荷載的控制更加嚴(yán)格,同時(shí)雪荷載也由原來的50年設(shè)計(jì)范圍變?yōu)?00年設(shè)計(jì)范圍;導(dǎo)致2016年8月1日之前建設(shè)的鋼結(jié)構(gòu)廠房中屋面檁條多數(shù)不滿足現(xiàn)行國家實(shí)施規(guī)范,需要進(jìn)行加固才能滿足光伏電站建設(shè)的要求。

        1.2.1 簡支檁條加固為連續(xù)檁條

        此方案應(yīng)用范圍較為廣泛,改變了原有檁條的受力特性,使其檁條承載力滿足鋪設(shè)光伏的要求;如果原檁條穩(wěn)定性不滿足,可增設(shè)拉條使其穩(wěn)定性滿足要求,做法同原廠房。該方案具有施工便捷和節(jié)約成本的優(yōu)點(diǎn),如圖1所示。

        1.2.2 檁條增加隅撐

        對于有底板(底板封住了檁條)的簡支“C”型規(guī)格檁條,若檁條計(jì)算承載力不滿足,加固為連續(xù)檁條,需要拆除屋面底板方可進(jìn)行加固,此時(shí)施工難度加大和加固成本上升,并不是最佳的加固方案。針對此種情況,在檁條承載力超限10%范圍內(nèi)的情形下,可以合理布置組件,采用每個(gè)檁條增加隅撐的方式來提高原有檁條的承載力,如圖2所示。

        2 Z型規(guī)格檁條設(shè)計(jì)及加固方案的探究

        2.1 設(shè)計(jì)分析及計(jì)算流程

        “Z”型檁條的設(shè)計(jì)分析及計(jì)算流程同上述步驟2.1。具體計(jì)算步驟可在PKPM結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件工具箱連續(xù)檁條界面中進(jìn)行檁條計(jì)算。

        2.2 加固方案的選擇

        對于屋面檁條為“Z”型檁條,通常都是連續(xù)型的。在計(jì)算“Z”型規(guī)格檁條時(shí),多數(shù)情況下中間跨檁條承載力一般能滿足要求,邊跨檁條承載力不滿足要求,可選擇加密檁條來改變檁條受荷面積或者“Z”型檁條上下翼緣板增設(shè)角鋼改變其截面特性;檁條穩(wěn)定性多數(shù)情況下不滿足要求,需要增設(shè)拉條。

        2.2.1 加密檁條

        對于邊跨檁條強(qiáng)度超限較多,可通過加密方式來減小檁條的受荷面積,使其檁條承載力滿足要求,此加固方案需要掀開彩鋼瓦,比較浪費(fèi)鋼材、施工成本較大,不建議采用。如果只有邊跨檁條不滿足鋪設(shè)光伏組件的承載要求,邊跨區(qū)域可放棄鋪設(shè),這樣可避免邊跨區(qū)域加固。

        2.2.2 Z型規(guī)格檁條上下翼緣板增設(shè)角鋼

        Z型規(guī)格檁條承載力不滿足,表示其屈服強(qiáng)度超限,本身截面太過于薄弱,在現(xiàn)有荷載的作用下,已經(jīng)不能滿足承載能力,需要改變其截面屬性,使其檁條強(qiáng)度達(dá)到承載要求。檁條在荷載作用下,主要是下翼緣受拉,比較不利;上翼緣主要是穩(wěn)定性不滿足和在施工過程中上翼緣板在外力作用下容易產(chǎn)生變形。此種加固方案在Z型規(guī)格檁條的上下翼緣板分別增設(shè)角鋼,來增強(qiáng)原有檁條的上下翼緣板截面,使其檁條承載力和穩(wěn)定性滿足光伏鋪設(shè)要求,如圖3所示。

        2.2.3 Z型規(guī)格檁條穩(wěn)定性

        由于《門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范》GB51022—2015正式實(shí)施,以前建設(shè)的多數(shù)廠房中屋面檁條的穩(wěn)定性都不能滿足現(xiàn)行規(guī)范,主要表現(xiàn)在下翼緣穩(wěn)定性不滿足,需要進(jìn)行加固。常見的加固方案有2種:第一,在原有檁條下翼緣增設(shè)拉條,做法同原拉條做法;第二,在原有檁條下翼緣板增設(shè)通長角鋼,用自攻釘固定住。該做法是用角鋼代替圓鋼拉條,可同樣達(dá)到約束檁條下翼緣穩(wěn)定性的效果。

        3 結(jié)語

        綜上所述,由于項(xiàng)目的不同,每個(gè)廠房屋頂?shù)那闆r也不盡相同,同時(shí)在加固過程中受到現(xiàn)場各種因素的限制,必將導(dǎo)致屋面檁條的加固設(shè)計(jì)方案多樣化,但是其本質(zhì)是不變的,無非都是圍繞著改變現(xiàn)有檁條的受力情況或者改變現(xiàn)有檁條的截面特性來進(jìn)行加固方案的設(shè)計(jì)。作為一名結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員,不管選擇哪種加固設(shè)計(jì)方案,都必須和現(xiàn)場實(shí)際情況結(jié)合起來,考慮施工現(xiàn)場的不利因素,在控制經(jīng)濟(jì)效益的情況下,選擇一種設(shè)計(jì)與施工相結(jié)合的加固方案,才是最優(yōu)的加固設(shè)計(jì)方案。

        參考文獻(xiàn)

        [1]中國建筑科學(xué)研究院.GB50017—2017,鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)[S].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2017.

        [2]北京鋼鐵設(shè)計(jì)研究總院.GB50009—2012,建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范[S].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2012.

        [3]中國建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)研究院有限公司.GB51022—2015,門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范[S].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2015.

        通信作者:趙海斌(1992.1)結(jié)構(gòu)工程師,主要從事結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面的工作。

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