固定式光伏支架计算书汇总.docx

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12分析方法与软件13设计依据14材料及其截面15荷载工况与组合25.1 荷载工况25.1.1 支架所受荷载25.2 荷载组合26 结构建模36.1 模型概况36.2 结构计算模型、坐标系及约束关系36.3 荷载施加47主要计算结果57.1 构件应力比57.2 构件稳定性校核81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 材料性能材料名称单位重量N/m3fy屈服强度N/m2f设计强度N/m2抗拉强度N/m2弹性模量E1N/m2泊松比UQ2357.85E4235E6215E6390E62.1E110.3Q3457.85E4345E6310E6470E62.1E110.35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/m3）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=r s0=0.7*0.639=0.4473 kN/m2 注：a)电池板安装角度为35度，r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/m4）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： k=z*s*z*0 =1*1.3*1*0.43=0.559 kN/m2其中：、地面粗糙度为B类，安装高度小于10米，z取1。z取1。0 （等于0.43 kN/m2）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/m5.2 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、坐标系及约束关系斜撑两端为铰接北立柱上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6.3 荷载施加恒荷载施加，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/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 73JG65*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*2.2COMB120.0017330.5753660.251120.787 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*2.2COMB120.0061320.6078710.2507640.822 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*2.2COMB120.0016490.6362940.2478240.841 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*2.2COMB120.0018850.6704420.2554280.881 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*2.2COMB120.008380.6769710.2643170.902 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*1.4COMB120.07367800.0030510.074 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*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*2.4COMB120.0068080.4967660.2404380.531 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*2.4COMB120.0115040.7873860.0475070.760 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*3.9Q345COMB130.0082410.9680170.0012510.927 15YG48*3.9Q345COMB130.008080.9723490.0072010.931 45YG48*3.9Q345COMB130.008080.9723640.0072970.931 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。4519176214121 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：表7.2.1 构件截面特性构件截面名称材质H高度/D直径B宽度tf翼缘厚度tw腹板厚度A面积Ix强轴惯性矩Iy弱轴惯性矩Wx强轴截面模量Wy弱轴截面模量ix强轴回转半径iy弱轴回转半径塑性截面系数x塑性截面系数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-060.0164830.0164831.151.15YG48*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、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=x*L=1*3=3 ly=y*L=1*3=3 长细比：x=lx/ix=133.5 y=ly/iy=289.3构件属于c类截面 x=0.33 闭口截面bx=by=1，=0.7 查钢结构规范附录C根据下面公式：n=3.0825>0.215，y按下面公式计算其中：1=0.73 2=1.216 3=0.302，将数值代入上式，求得 y=0.093杆中间受到均布横向力，mx=my=tx=ty=1NEx=39795.7N NEy=8475.6N 根据下面两个公式，将上述参数值代入，=0.901f<f，满足稳定性要求。=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7.2.12）稳定性校核图7.2.4 轴力图斜交叉撑长3.31m，两端铰接，受轴压力，最大轴压力N=-157.56N计算长度：lx=x*L=1*3.31=3.31 ly=y*L=1*3.31=3.31 长细比：x=lx/ix=201 y=ly/iy=201构件属于b类截面 x=y=0.184 查钢结构规范附录C根据下面公式：N/(A)f 求得N/(A)=0.019ff 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7.2.12）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=x*L=1*1.176=1.176 ly=y*L=1*1.176=1.176长细比：x=lx/ix=71.6 y=ly/iy=71.6构件属于b类截面 x=y=0.742 查钢结构规范附录C根据下面公式：N/(A)f 求得N/(A)=0.11ff 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=x*L=0.7*0.317=0.222 ly=y*L=2*0.317=0.634 长细比：x=lx/ix=13.6 y=ly/iy=38.9构件属于b类截面 x=0.986 y=0.903 闭口截面bx=by=1，=0.7 查钢结构规范附录C弯矩作用平面内两端铰接mx= =0.65-0.35*112.4/688.9=0.593 弯矩作用平面外悬臂tx=1 my=ty=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立柱支撑点2）稳定性校核立柱支撑点中间支撑点图7.2.8 Mx弯矩图图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=x*L=2*0.255=0.51 ly=y*L=2*0.255=0.51 长细比：x=lx/ix=31.6 y=ly/iy=31.6构件属于b类截面 x=0.93 y=0.93 闭口截面bx=by=1，=0.7 查钢结构规范附录Cmx=my=tx=ty=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 My=-17.18N.m计算长度：lx=x*L=2*0.538=1.076 ly=y*L=2*0.538=1.076 长细比：x=lx/ix=83.3 y=ly/iy=83.3构件属于c类截面 x=0.666 y=0.666 闭口截面bx=by=1，=0.7 查钢结构规范附录C立柱为悬臂构件mx=tx=my=ty=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<f，满足稳定性要求。=0.804f<f，满足稳定性要求。