10001972_浅析分布式光伏电站建设中的加强设计创新

浅析分布式光伏电站建设中加固设计创新 邹福来 周承军 诸荣耀 罗易 浙江正泰新能源开发有限公司 浙江 杭州 310000 通讯作者：邹福来，主要从事新能源、土建、施工方向研究，电话号码 13777831160，电子邮件 FLZZH03@163.COM，浙江杭州。 【摘要】在分布式光伏电站建设中，需要建设在既有建筑屋顶上，但有的建筑屋面结构承 载方面不满足要求，需要我们建设单位对其采取加固措施，从而达到满足建设要求，本文对加 固设计提出自己的一些创新随笔，与同行共勉。 【关键字】分布式、光伏电站、加固设计、创新 一、分布式光伏电站概述 分布式光伏电站通常是指利用分散式资源，装机规模较小的、布置在用户附近的发电系统， 它一般接入低于 35 千伏或更低电压等级的电网。分布式光伏电站特指采用光伏组件，将太阳能 直接转换为电能的分布式光伏电站系统。 目前应用最为广泛的分布式光伏电站系统，是建在城市建筑物屋顶的光伏发电项目。该类 项目必须接入公共电网，与公共电网一起为附近的用户供电。如果没有公共电网支撑，分布式 系统就无法保证用户的用电可靠性和用电质量。 二、常规的几种屋面建设形式 与日本、德国、美国等等国相比，我国分布式光伏发电的发展比较滞后，建设的光伏系统 大多是大型集中式电站，容量在 100 千瓦及以下的分布式光伏发电系统很少。分布式光伏电站 和新能源汽车是以后发展的一大方向。 在我国，除了在新建、扩建、改建的民用工业建筑工程中设计安装光伏发电系统的项目不 断增多外，在既有建筑中安装光伏发电系统的项目也在不断增多， 在新建项目中建设设计应与光伏发电系统设计同步进行，建筑设计应根据选定的光伏系统 类型、确定光伏组件形式、安装面积、尺寸大小、安装位置、布线形式、机房型号以及光伏发 电系统各部分的对应关系，满足光伏发电系统的运行、维护和管理。两者只有同步进行，才能 确保建筑本身的要求、光伏发电系统本身的要求之间才能最大化地协调统一。在既有建筑上改 造或安装光伏发电系统，需要对原结构安全，电气系统的安全进行复核，如果处理不当可能对 原有房屋其它使用功能造成损害。 三、结构受力影响 在既有建筑上安装光伏发电系统，既要保证建筑主体的安全性，也要保证光伏发电系统结 构的安全性。主要有以下几个方面： （1）新增光伏发电系统中组件、支架及基础本身自重对既有建筑物恒荷载的影响。 （2）光伏发电系统承受风荷载及积雪荷载、温度荷载等传递到既有建筑物活荷载的影响。 （3）突出建筑物表面的光伏发电系统对地震荷载的放大效应对既有建筑物本身地震荷载的 影响。 （4）光伏发电系统安装过程中，施工人员及工具对既有建筑物施工荷载的影响。 一般原建筑结构并没有考虑上述荷载的影响，所以要在项目实施前，必须对原结构与光伏 发电系统连接受力部分进行复核，保证满足该部分结构设计的要求。 四、既有建筑常用的几种加固方法 本文以下介绍几种钢结构的常用加固方法。 4.1 结构损害因素 通常根据损害范围的大小可划分两个部分：全面加固和局部加固。 全面加固是指对整体结构进行的加固，有不改变结构静力计算图形以及改变结构静力计算 图形两种加固法。 局部加固是指对某承载能力不足的杆件或连接节点进行加固，有增加杆件截面法、减小杆 件自由长度法和连接节点加固法。 加强和增加支承体系，也是对结构体系加固的有效方法。相对而言，增加原有构件截面的 加固法是最不经济的方法，但往往切实可行；最经济的方法是改变计算简图，其费用较低，在 实际工程中对于构件计算稳定性不满足要求一般采用局部加固。 4.2 加固技术解决方案 （1）增大截面法。 （2）预应力法。 （3）改变计算简图。 （4）粘钢加固技术。 （5）纤维布加固。 五、加固设计案例 在分布式项目工程建设过程中，经常有很多建设单位的设计师对既有建筑结构进行安全校 核后，会对原来的建筑物进行有效的加固，方式方法多样，以下为较常使用的方案： 等等。 如何对该类型技术方案进行评判，做到对加固后的建筑物数据化分析是本文讨论的内容。 由于结构影响因素繁多，为达到定向分析的目标，文中假设原结构刚度满足要求，后文对强度 分析谈一下自己的看法，有不少工程师提出手工计算，但遇到变截面的型材时手算的工作量很 大效率低，满足不了工作要求。笔者提议可以采用手算、电算相结合的思路协作完成该部分内 容。 5.1 对非变截面进行加固后，一般计算软件里可以直接建模电算分析，本文不讨论。 5.2 工业厂房中多数是变截面的梁柱，如下图锲形结构，采用上述方法加固时无法直接建 模分析，下文讨论一下该部分如何实现电算分析。 section A-Ô-Óнá¹Í²ÄÂöAA80x6H30¡«5x26/8Ô-Óнá¹Í²Ä 上面锲形体加固后截面折算成 H300～500x200x6/13，对截面惯性模量数值分析对比如下： W0(mm4) W1(mm4) 误差 截面高度(mm) 截面 1-1 1440145.1 1446564.6 -0.45% 500 截面 2-2 1267180.4 1273090.8 -0.46% 450 截面 3-3 1099249.5 1104648.7 -0.49% 400 截面 4-4 936366.8 941251.6 -0.52% 350 截面 5-5 778556.6 782922.3 -0.56% 300 注：W 0——实际截面惯性矩，W 1——换算后截面惯性矩 1 2 34 5 -500000 0 500000 1000000 1500000 2000000 W0 W1 误 差 对 比 图 表 将换算后的截面放到模型中电算即可得到有效评估。以下以江苏某地厂房作为实际案例进 行分析，具体成果如下图： 从上面案例可以看出，单跨厂房得到有效加固，加固后的锲形梁体可以满足更大荷载作用。 本文结论 分布式光伏电站建设过程中，由于外部荷载作用下，建筑结构会产生相应的变形及反应， 为了确保结构安全工作，就必须对损伤构件采取加固或者更换的措施，而钢结构厂房的加固设 计的方案选择需要充分考虑结构的承重现状以及加固后的受力特点。从确保整理结构合理性和 可靠性的角度出发，选择经济合理以及便于施工的加固措施，例如采取新旧结构或者材料的连 接技术，结合现有的加固施工水平，尽量考虑综合技术经济指标。因此，寻求经济高效的钢结 构加固技术是我们土木工程领域技术工作者的不懈追求。 参考文献： [1] GB 51022-2015,门式刚架轻型房屋钢结构技术规范【S】. [2] CECS 77∶96,钢结构加固技术规范【S】. [3] 郭家宝，汪毅.光伏发电站设计关键技术【M】.北京:中国电力出版社,2014.3.