光伏支架设计方案受力计算书-参考[1]

一、 系统参数设定 1. 太阳能板规格 164099040 2. 太阳能板阵列及数量 202＝ 40PCS 3. 太阳能板重量 20kg/PCS 4. 安装角度 35 5. 基本风载 0.75kN/m 2 6. 基本雪载 0.8kN/m 2 7. 安装条件地面粗糙度为Ｂ类 8. 计算标准 建筑结构荷载规范 GB50009-2012 9. 设计产品年限 25 年 二、 方阵立面结构分析及优化 1. 光伏组件支点即横梁分布的结构分析及优化 光伏组件由两根横梁支撑，横梁间距影响光伏组件的受力状态，如图所示。作用在 两根横梁上支反力分别为          cb b PR cb c PR b a 由上式可以看出，当 bc 时，支反力 R a 、 R b 的极值最小，为 0.5P。因此两根横梁 应对称分布。下图为光伏组件的受力简图，剪力图与弯距图。 由剪力图可以得出当 ab 时，剪力 Q 取最小极值，为 qa。即横梁间距等于光伏 组件长度的一半。 由弯距图可以看出当 ab 时，弯距 M 极值为 [0， -0.0625ql 2 ]； 当 2 2 2 1 4 2 1 qala l q  时，即 la 2 12   时，弯距 M 极值为 [0.0215ql 2 ， -0.0215ql 2 ]，因此当 la 2 12   时，弯距 M 取最小极值为 0.0215ql 2 。在本案例中，光伏组件长度 l＝ 1640mm，所以 a0.207l340mm。 2. 斜梁支点布的结构分析及优化 斜梁由前立柱、后立柱和斜支撑三个支点支撑，其受力简图如下。 求解得        2 1 2 1 222 121 lbPl alPl            3 3 1 2 1 1 alb b alb a      PaM PaM 2 0 代入三弯距方程 1 11 1111 66 2     n nn n nn nnnnnnn l b l a lMllMlM  式中 l n 为跨距， l n ＝ l n1 b 解得        3 2 1 2 2 2 3 2 211 20 b l b l bllPM PaMM              35 3 35 1 2 1 3 3 2 2 2 221 1 3 3 2 2 2 221 20 b l b l b ll PR b l b l b ll PRR 由剪力图中可以看出斜梁中分布了 6 个峰值，分别为 当 0P 当 bl 2 时 R 1 ＝ -2.74P， R 0 ＝ R 2 ＝ 3.37P，则剪力极值 Q max 1.37P 当 l 2 P 当 b1490 时， R 1 ＝ R 0 ＝ R 2 ＝ 1.33P，则剪力极值 Q max 1.33P 当 b2574 时， R 1 ＝ 2P， R 0 ＝ R 2 ＝ P，则剪力极值 Q max P 当 b2574 时，剪力极值 Q max P 综上所述，当 b l 2 l 1 时， R 1 ＝ 1.12P， R 0 ＝ R 2 ＝ 1.44P，则剪力极值 Q max 0.56P，可 取得取小值。 由弯距图中可以看出斜梁中分布了 5 个峰值，分别为           12043 2 2 2 3 2 211 20 3 2 1 PllbRMM b l b l bllPM PaMM -2000 -1500 -1000 -500 0 500 1000 1500 100 300 500 700 900 1100 1300 150 M0 M1 M3 由弯距曲线图可以看出，当 b1086 时，即 M 0 ＝ M 3 时，弯距 M max 224P，可取得最小值。 三、 设计计算书 1. 载荷条件 根据系统安装条件及要求，载荷条件的计算以单方阵为基本单位。 （ 1） 恒载 G 恒载包含太阳能板的重量和支架的自重。其中太阳能板总重量 G1＝ 40P20kg/P9.8N/s 2 7840N 支架自重根据计算不同的梁时分别施加。 （ 2） 风载 W 根据建筑结构荷载规范 （ GB50009-2012）中对风荷载的规定如下（按承重结构 设计） 0 ww zszk  式中 k w 风荷载标准值（ 2 / mkN ） ； z  高度 z 处的风振系数； s  风荷载体型系数； z  风压高度变化系数； 0 w 基本风压。 根据工程安装地理位置， 查 建筑结构荷载规范 表 8.2.1 查得风压高度变化系数 z  取值为 1.0，如下 表 8.2.1 风压高度变化系数 离地面或海平面高度 m 地面粗糙度类别 A B C D 5 1.09 1.00 0.65 0.51 10 1.28 1.00 0.65 0.51 15 1.42 1.13 0.65 0.51 20 1.52 1.23 0.74 0.51 30 1.67 1.39 0.88 0.51 40 1.79 1.52 1.00 0.60 50 1.89 1.62 1.10 0.69 60 1.97 1.71 1.20 0.77 70 2.05 1.79 1.28 0.84 80 2.12 1.87 1.36 0.91 90 2.18 1.93 1.43 0.98 100 2.23 2.00 1.50 1.04 注节选自建筑结构荷载规范 GB50009-2012第 31 页 按照建筑结构荷载规范表 8.3.1 中第 29 项中单坡及双坡顶盖 35时，风荷载体 型系数 s  取平均值 1.3 表 8.3.1 风荷载体型系数 项次 类别 体型及体型系数 μ s 备注 29 单坡及双坡 顶盖 1. 中间值按线性插 值法计算 2. b 项体型系数按 第 27 项采用 3. b 、 c 应考虑第 27项注 2 和注 3 注节选自建筑结构荷载规范 GB50009-2012第 44 页 按照建筑结构荷载规范中风振系数 β z 取 1。 基本风压 w 0 0.75kN/m 2 至此所有参数计算完成，则 0 ww zszk  ＝ 11.31.00.75＝ 0.975 kN/m 2 （ 3） 雪载 S 根据建筑结构荷载规范 GB50009-2012中规定的雪压公式 0 SS rk  系数取 0.5 基本雪压 S 0 0.8kN/m 2 0 SS rk  ＝ 0.50.8＝ 0.4kN/m 2 2. 选用梁截面形状及参数 （ 1） 横梁及斜支撑 Ｕ 6241.32 项目 数值 单位 项目 数值 单位 材质 Q235B - 屈服极限 σ s 235 Mpa 面积 A 3.82 cm 2 弹性横量 E 210 Gpa 对 y 轴惯性矩 I y 19.121 cm 4 对 y 轴惯性半径 i y 22.37296892 mm 对 z 轴惯性矩 I z 10.733 cm 4 对 z 轴惯性半径 i z 16.7621176 mm 极惯性积 I p 29.854 cm 4 极惯性半径 i p 27.95564924 mm 上端离质心距离 32.712 mm 左端离质心距离 20.65 mm 下端离质心距离 29.288 mm 右端离质心距离 20.65 mm 抗弯截面系数 W y 上 5.845255564 cm 3 抗弯截面系数 W z 左 5.197578692 cm 3 抗弯截面系数 W y 下 6.528612401 cm 3 抗弯截面系数 W z 右 5.197578692 cm 3 （ 2） 斜梁 Ｕ 6241.32.5 项目 数值 单位 项目 数值 单位 材质 Q235B - 屈服极限 σ s 235 Mpa 面积 A 4.705 cm 2 弹性横量 E 210 Gpa 对 y 轴惯性矩 I y 23.059 cm 4 对 y 轴惯性半径 i y 22.13810387 mm 对 z 轴惯性矩 I z 12.935 cm 4 对 z 轴惯性半径 i z 16.58072066 mm 极惯性积 I p 35.994 cm 4 极惯性半径 i p 27.65892154 mm 上端离质心距离 32.862 mm 左端离质心距离 20.65 mm 下端离质心距离 29.138 mm 右端离质心距离 20.65 mm 抗弯截面系数 W y 上 7.016919238 cm 3 抗弯截面系数 W z 左 6.263922518 cm 3 抗弯截面系数 W y 下 7.913720914 cm 3 抗弯截面系数 W z 右 6.263922518 cm 3 （ 3） 后立柱方管 60402.5 项目 数值 单位 项目 数值 单位 材质 Q235B - 屈服极限 σ s 235 Mpa 面积 A 4.75 cm 2 弹性横量 E 210 Gpa 对 y 轴惯性矩 I y 23.474 cm 4 对 y 轴惯性半径 i y 22.23037277 mm 对 z 轴惯性矩 I z 12.349 cm 4 对 z 轴惯性半径 i z 16.12386267 mm 极惯性积 I p 35.823 cm 4 极惯性半径 i p 27.46212703 mm 上端离质心距离 30 mm 左端离质心距离 20 mm 下端离质心距离 30 mm 右端离质心距离 20 mm 抗弯截面系数 W y 上 7.824666667 cm 3 抗弯截面系数 W z 左 6.1745 cm 3 抗弯截面系数 W y 下 7.824666667 cm 3 抗弯截面系数 W z 右 6.1745 cm 3 3. 方阵结构力学分析 根据对方阵立面结构的力学分析及优化，可得出方阵立面结构及尺寸为下图所示 （ 1） 恒载加风载 单组方阵恒载 G＝ 7840N 单组方阵风载 WW k A0.9751.640.994063.3204kN63320N q 1 G/4/20.496N/m 竖直向下 q 2 W/4/20.4776N/m 垂直于光伏组件 NODE FXN FYN FZN MXNm MYNm MZNm 1 -1681.1 932.34 -299.87 -93.698 -17.381 430.8 4 -1513.6 3881.2 -13.776 -13.954 -5.5859 234.41 11 804.35 -1269 252.25 -13.366 -10.193 0.40187 16 796.63 -1267.4 54.505 -9.0402 4.8536 6.80E-02 28 796.54 -1264.8 -6.7869 -4.4433 4.8698 0.14668 39 797.23 -1266.2 13.673 -5.7481 4.3688 0.12007 （ 2） 恒载加雪载 单组方阵恒载 G＝ 7840N 单组方阵雪载 SS k A0.41.640.994025.9776kN26000N qS/4/20.4318.35N/m 在 ANSYS 中建模计算结果如下