日本太阳能支架完整计算书

太陽電池モジュール基礎架台の安定計算書大阪府富田林市 地表面粗度区分Ⅲ 設計用基準風速適用地域 34m/s 6段 10゜用 B=3000 1. 風荷重の計算1.1 設計上準拠した指針、基準等JIS C 8955 太陽電池アレイ用支持物設計基準1.2 風圧荷重設計用風圧荷重アレイに作用する風圧は、次式によって算出する。W ＝ Cw × q × Awここに、 W : 風圧荷重 (N)Cw : 風力係数q : 設計用速度圧 (N/m 2)Aw : 受風面積 (N/m 2) ( アレイ面の見付面積)設計用速度圧設計用速度圧は、次式によって算定する。q ＝ 0.6 × Vo2 × E × Iここに、 q : 設計用速度圧 (N/m 2)Vo : 設計用基準風速 (m/s)E : 環境係数I : 用途係数設計用基準風速建設地点の地方における過去の台風の記録に基づく風害の程度その他の風の性状に応じて、 30～ 46m/sの範囲内において定めた風速を用いる。環境係数環境係数は、次式によって算定する。E ＝ Er2 × Gfここに、 E :環境係数Er : 平均風速の高さ方向の分布を表す係数Gf : ガスト影響係数(HがZ b以下の場合) (HがZ bを超える場合)Zb α H αEr ＝ 1.7 × Er ＝ 1.7 × ZG ZGここに、 Zb、Z G及びα: 地表面粗度区分に応じて下表に掲げる数値H : アレイ面の平均地上高さ (m)Zb、Z G及びα地表面粗度区分 Zb(m) ZG(m) α都市計画区域外にあって、きわめて平たんで障害物がないものとして特定行政庁が規則で定める区域。都市計画区域外にあって地表面粗度区分Ⅰの区域以外の区域 ( アレイの地上高が 13m以下の場合を除く。 ) 又は都市計画区域内にあって地表面粗度区分Ⅳの区域外の区域のうち、海岸線又は湖岸線 ( 対岸Ⅱ までの距離が 1500m以上のものに限る。以下同じ。) 5 350 0.15までの距離が 500m以内の区域 ( ただし、アレイの地上高が 13m以下である場合又は当該海岸線若しくは湖岸線からの距離が 200mを超え、かつ、アレイの地上高が 31m以下である場合を除く。)Ⅲ 地表面粗度区分Ⅰ、Ⅱ又はⅣ以外の区域 5 450 0.20都市計画区域内にあって、都市化が極めて著しいものとして特定行政庁が規制で定める区域Ⅰ 5 250 0.10Ⅳ 10 550 0.271ガスト影響係数アレイ面の平均地上高H (1) (2) (3)(m) 10以下の場合 10を超え 40未満 40以上の場合地表面粗度区分 の場合Ⅰ 2.0 1.8Ⅱ 2.2 2.0Ⅲ 2.5 2.1Ⅳ 3.1 2.3用途係数用途係数は、下表による。太陽光発電システムの用途 用途係数極めて重要な太陽光発電システム 1.32通常の太陽光発電システム 1.0※ 通常の太陽光発電システムの風速の設計用再現期間を５０年とし、これが用途係数の 1.0 に相当する。モジュ ?ル面の風力係数［地上設置 ( 単独 ) 正圧の場合］ ［地上設置 ( 単独 ) 負圧の場合］Cw = 0.65 + 0.009 θ Cw = 0.71 + 0.016 θただし、 15゜≦θ≦ 45゜ ただし、 15゜≦θ≦ 45゜風力係数 (Cw)順風 逆風架台が複数の場合には周囲端部は左の値を、中央部は左の値の 1/2 としてもよい。Cw(正圧) θ Cw(負圧)0.79 ≦ 15 0.950.83 20 1.030.88 25 1.110.92 30 1.19支持物構成材の風力係数地上設置の基礎の風力係数 Cは 1.2 とする。平均風速の高さ方向 H = (m)の分布を表す係数の算定Zb αEr ＝ 1.7 × ＝ ＝ 0.691ZG ※地表面粗度区分Ⅲより1.7450(1) と (3) に掲げる数値を直線的に補間した数値設置形態 備 考地上設置2.005 0.22環境係数の算定E = Er2 × Gf= 0.691 2 × 2.5= 1.194 ※地表面粗度区分Ⅲより設計用速度圧の算定q = 0.6 × Vo2 × E × I= 0.6 × 34 (m/s) 2 × 1.194 × 1.0= 828 (N/m 2) ※設計用基準風速適用地域より受風面積( 製品 1基当りが受け持つ、アレイ面の面積)Aw = 6.050 (m) × 3.340 (m) = 20.207 (m2)( 支持物壁面の正圧方向の面積)A = 1.015 (m2) × 1 ( 基) = 1.015 (m2)( 支持物壁面の負圧方向の面積)A = 1.347 (m2) × 1 ( 基) = 1.347 (m2)風圧荷重の算定( アレイ面正圧方向)W1 = Cw × q × Aw= 0.79 × 828 (N/m 2) × 20.2 (m2)= 13,218 (N)( アレイ面負圧方向)W2 = Cw × q × Aw= 0.95 × 828 (N/m 2) × 20.2 (m2)= 15,895 (N)( 支持物正圧方向)W1 = C × q × A= 1.2 × 828 (N/m 2) × 1.015 (m2)= 1,009 (N)( 支持物負圧方向)W2 = C × q × A= 1.2 × 828 (N/m 2) × 1.347 (m2)= 1,338 (N)32. コンクリート製基礎架台の設計2.1 設計条件(1) 単位体積重量鉄筋コンクリートの単位重量 γｃ＝ 24.5 (kN/ ｍ 3）＝ 2500 (kg/ ｍ 3）(2) 使用材料強度コンクリートの設計基準強度 σｃｋ = 30.0 (N/mm2)(N/mm 2）常時 風荷重時 地震時コンクリートの許容曲げ圧縮応力度 σｃa 11.0 13.8 16.5コンクリートの許容せん断応力度 τ ca 0.50 0.63 0.75鉄筋の許容引張応力度 (SD295 同等品以上) σ sa 160 200 240(3) 設置地盤の定数コンクリート製架台底版と基礎地盤の間の摩擦係数 μ＝ 0.500(4) 安定条件風荷重時 地震時滑動に対する検討 Fsa = 1.2 Fsa = 1.0転倒に対する検討 Fsa = 1.2 Fsa = 1.0 (mm)支持に対する検討(5) 形状寸法(mm)(mm)(mm)(mm)(mm) (mm)(mm)(mm)(mm)(mm)(mm)151151300056410935641701800180010゜ 170 170109342.2 安定の検討(1) 固定荷重の算定( 製品１基 当り)太陽電池モジュール 20(kg) × 12.00( 枚 ) = 240.00(kg) 2,352(N) 固定用溝型鋼 (100× 50× 3.2) 4.80 (kg/m) × 6.050 (m) × 4.00 ( 本 ) = 116.16 (kg) 1,138(N) 4.80 (kg/m) × 3.000 (m) × 2.00 ( 本 ) = 28.80 (kg) 282(N) 基礎架台 2,228 (kg) × 1.0 ( 基 ) = 2,228 (kg) 21,834(N) 固定荷重 : G 2,613 (kg) 25,607(N) (2) 風荷重 ( 逆風)( アレイ面負圧方向) P = W2 = (kN)Pv1 = (kN) × cos 10゜ = (kN)Ph1 = (kN) × sin 10゜ = (kN)( 架台側面負圧方向) Ph2 = W2 = (kN)WG = (kN)(mm)(mm)(mm) (mm)(mm)(mm)(3) 風荷重（順風）( アレイ面正圧方向) P = W1 = (kN)Pv1 = (kN) × cos 10゜ = (kN)Ph1 = (kN) × sin 10゜ = (kN)( 架台側面正圧方向) Ph2 = W1 = (kN)WG = (kN)(mm)(mm) (mm)(mm)(mm)(mm)564 282605010゜ 300015001029109313.218 2.295300013.21813.218 13.01710゜ 547102915001.00925.60715.895 2.76015.89515.895 15.65460501.33825.6075(4) 転倒の検討 ( 逆風時)O点における転倒モーメントMo = (kN) × (m) + (kN) × (m)= (kN?m)抵抗モーメントMr = ( (kN) - (kN) ) × (m) = (kN?m)転倒安全率Fs = Mr / Mo = ≧ Fsa = 1.2 OK!!転倒モーメントよりコンクリート製架台の抵抗モーメントが大きいため転倒に対して安全である。(5) 滑動の検討 ( 逆風時)WG = (kN) - (kN) = (kN)μ＝ 0.500コンクリート製架台に生じる水平力PH = (kN) + (kN) = (kN)コンクリート製架台底版に生じる摩擦抵抗力MT = × (kN) = (kN)滑動安全率Fs = MT / PH = ≧ Fsa = 1.2 OK!!水平力よりコンクリート製架台面に生じる摩擦抵抗が大きいため滑動に対して安全である。(6) 地盤反力の算定( 順風時)O点における転倒モーメントMo = (kN) × (m) + (kN) × (m)= (kN?m)コンクリート製架台の抵抗モーメントMr = (kN) × (m) + (kN) × (m)= (kN?m)コンクリート製架台に生じる鉛直力WG = (kN) + (kN)= (kN)コンクリート製架台に生じる水平力PH = (kN) + (kN) = (kN)O点から合力の作用点までの距離(kN?m) - (kN?m)(kN)= (m)偏心距離e = B/2 - d= (m) (kN?m)転倒安全率Fs = Mr / Mo = ≧ Fsa = 1.0 OK!!転倒モーメントよりコンクリート製架台の抵抗モーメントが大きいため転倒に対して安全である。(4) 滑動の検討 ( 地震時)WG = (kN)μ＝ 0.500コンクリート製架台に生じる水平力PH = (kN)コンクリート製架台底版に生じる摩擦抵抗力MT = × (kN) = (kN) ≧ (kN)転倒安全率Fs = MT / PH = ≧ Fsa = 1.0 OK!!水平力よりコンクリート製架台面に生じる摩擦抵抗が大きいため滑動に対して安全である。0.503.61112.66237.987 3.61110.5225.3250.500 25.325 12.662 12.6621.009(5) 地盤反力の算定 ( 地震時)WG = (kN) Mo = (kN?m) Mr = (kN?m)O点から合力の作用点までの距離(kN?m) - (kN?m)(kN)= (m)偏心距離e = B/2 - d= (m) < 1/6?B = (m)最大地盤反力度6 × eB(kN) × (m)(m) × (m) (m)= , (kN/m 2)底版反力は、風荷重載荷時が最大となるため、底版の構造計算は、省略する。(6) 地震荷重による断面検討設計用水平震度 k =地震荷重 K = G × k重量 G (kN) 重量 G (kN)太陽電池モジュール 2.352 1.176固定用溝型鋼 (100× 50× 3.2) 1.138 0.569基礎架台 縦壁 ( 長手) 3.896 1.948基礎架台 縦壁 ( 短手) 2.744 1.372基礎架台 底版部 15.195 7.597合計 25.325 12.662縦壁 ( 長手) Ph1 = ( 1.176 (kN) + 0.569 (kN) ) / 2 = 0.873 (kN)Ph2 = 1.948 (kN)縦壁 ( 短手) Ph3 = ( 1.176 (kN) + 0.569 (kN) ) / 2 = 0.873 (kN)Ph4 = 1.372 (kN)Ph1= 0.873 (kN)Ph3= 0.873 (kN)Ph4= 1.372 (kN) 0.547 (m)0.537.98725.325 3.611d = 37.987 3.61125.3251.3570.143 0.500q1?q2 = WG × ( 1 ± )B×L= 25.325 × ( 10.282Ph2= 1.948)3.000 1.800 3.0006.027 3.352± 6(kN)(m)(m)0.1431.50010゜ 103.3 曲げモーメント及びせん断力の計算 ( 地震時)3.3.1 地震時荷重にて検討 縦壁 ( 長手)(1) 曲げモーメント及びせん断力曲げモーメント及びせん断力は、片持ち梁として算出します。L1= (mm) = (kN)L2= (mm) = (kN)Q = Ph1+Ph2 = (kN)Ph1 Ph2 MBM=-P?L M1 = (kN) × (m)= (kN?m)A B M2 = (kN) × (m)= (kN?m)Q図 PB M = (kN?m) + (kN?m)Q=-P = (kN?m)-PM図 -P?L3.3.2 地震時荷重にて検討 縦壁 ( 短手)L3= (mm) Ph3 = (kN)L4= (mm) Ph4 = (kN)Q = Ph3+Ph4 = (kN)Ph3 Ph4 MBM=-P?L M3 = (kN) × (m)= (kN?m)A B M4 = (kN) × (m)= (kN?m)Q図 PB M = (kN?m) + (kN?m)Q=-P = (kN?m)-PM図 -P?L0.492 0.3871.372 0.2820.8732.2450.873 0.5640.492Ph21.0640.8730.8790.3872.8210.873 1.0930.9540.5471.3722821.0640.9542.0191.94810931.948546.5564Ph1113.4. 応力照査結果 ( 製品 1基当りで計算)部 材 側 壁着 目 点 長手側 短手側曲げ ????? M (kN?m) 2.019 0.879軸 力 N (kN) 0.000 0.000せん断力 S (kN) 2.821 2.245部材厚 H (mm) 151 151部材幅 B (mm) 655 655鉄筋被り (mm) 40 40鉄筋 径 x本数 D13x6.0 D13x6.0鉄筋断面積 (mm 2) 760 760中立軸位置 X (mm) 47.1 47.1部材厚 d (mm)( せん断検討時) 151 151??????圧縮応力度 σ c (N/mm 2) 1.37 0.60許容値 σ ca (N/mm 2) 16.5 16.5判 定 Ｏ．Ｋ Ｏ．Ｋ引張鉄筋応力度 σ s (N/mm 2) 27.88 12.14許容値 σ sa (N/mm 2) 240 240判 定 Ｏ．Ｋ Ｏ．Ｋ??????せん断応力度 τ c (N/mm 2) 0.04 0.03許容値 τ ca (N/mm 2) 0.75 0.75判 定 Ｏ．Ｋ Ｏ．Ｋ124. コンクリート製基礎架台の設計 ( 積雪荷重時)4.1 設計条件地上鉛直積雪量 Zs = (m) ( 富田林市)雪の平均単位荷重 P = (N/m 2) 積雪 1cmごとに積雪面積 ( アレイ面の水平投影面積)As = B × θ × L= (mm) × × (mm)= (m2)4.2 積雪荷重の計算(1) こう配係数 : CsCs = √ {cos( β )} β : 積雪面の勾配= √ {cos( × )}=(2) 積雪荷重 : SS = Cs× P × Zs × As= 0.983 × 20 (N/m 2) × 25 (cm) × 19.9 (m2)= 9.781 (kN) ( 製品 1基当たり)(3) 地盤反力の算定 ( 積雪時)固定荷重 : G = (kN)WG = G + S= 25.325 (kN) + 9.781 (kN)= 35.106 (kN)(4) 最大地盤反力度q = WG / ( B × L )= 35.106 (kN) / ( 3.000 (m) × 1.800 (m) )= 6.501 (kN/m 2)底版反力は、風荷重載荷時が最大となるため、底版の構造計算は、省略する。0.2500.9836050coscos 334025.3251.5 10(゜ ) 19.910(゜ ) 201.5 10(゜ ) 135. 固定用薄型鋼の設計5.1 縦向け鋼材(1) 作用力の計算L = 6050 (mm)風荷重は逆風時を使用する。( アレイ面負圧方向の荷重)P2 = 0.047 (kN/m) W2 = 15,895 (N) ( 製品 1基当り)( 太陽電池モジュールの重量)W1 = 2,352 (N) ( 製品 1基当り)( 固定用溝型鋼の重量)P1 = 0.754 (kN/m) W = W2 + W1= 15,895 (N) + 2,352 (N)A = 18,247 (N) ( 製品 1基当り)CB 製品 1基当りの固定用薄型鋼の使用量 4 本l = 2894 (mm) 固定用薄型鋼 1 本あたりの分布荷重a= 1578 (mm) a= 1578 (mm) P1 = 18,247 (N)/ 4.0 ( 本 )/ 6.050 (m)= 0.754 (kN/m)固定用薄型鋼 1 本あたりの自重P2 = 1,138 (N)/ 4.0 ( 本 )/ 6.050 (m)= 0.047 (kN/m)FORUME8製計算ソフト FREME(面内 ) にて電算処理する。 (2) 断面算定固定用溝型鋼 (100× 50× 50 t=3.2) 断面積 Aw = 6.063 (cm 2)断面係数 Zx = 18.7 (cm 3)断面二次モーメント Ix = 93.6 (cm 4)計算結果B 点 C 点a 区間 l 区間 L/2 点Zx (cm3) 18.7Aw (cm 2) 6.063M (kN?m) 0.997 0.159S (kN) 1.264 1.159 -σ c (N/mm 2) 53.3 8.5σ ca (N/mm 2) 140判 定 OK OKτ (N/mm 2) 2.08 1.91 -τ a (N/mm 2) 80.0 -判 定 OK OK -(3) たわみ量の計算最大たわみ量 σ = 1.669 (mm)変位量 δy = 8.662 (mm)項 目145.2 横向け鋼材(1) 作用力の計算風荷重は逆風時を使用する。L = 3000 (mm) ( アレイ面負圧方向の荷重)W2 = 15,895 (N) ( 製品 1基当り)( 太陽電池モジュールの重量)P P P P W1 = 2,352 (N) ( 製品 1基当り)( 固定用溝型鋼の重量)P2 = 0.047 (kN/m) W1 = 1,138 (N) ( 製品 1基当り)( 固定用溝型鋼にかかる荷重の合計)W = W2 + W1 + W1 A C = 15,895 (N) + 2,352 (N) + 1,138 (N)B = 19,385 (N) ( 製品 1基当り)l = 1600 (mm) 製品 1基当りの固定用薄型鋼の使用量 8 箇所a= 700 (mm) a= 700 (mm)固定用薄型鋼 1 箇所あたりの荷重P = 19,385 (N)/ 8.0 ( 箇所)= 2.423 (kN)FORUME8製計算ソフト FREME(面内 ) にて電算処理する。 (2) 断面算定固定用溝型鋼 (100× 50× 50 t=3.2) 断面積 Aw = 6.063 (cm 2)断面係数 Zx = 18.7 (cm 3)断面二次モーメント Ix = 93.6 (cm 4)計算結果B 点 C 点a 区間 l 区間 L/2 点Zx (cm3) 18.7Aw (cm 2) 6.063M (kN?m) 1.435 0.175S (kN) 2.456 2.461 -σ c (N/mm 2) 76.7 9.4σ ca (N/mm 2) 140判 定 OK OKτ (N/mm 2) 4.05 4.06 -τ a (N/mm 2) 80.0 -判 定 OK OK -(3) たわみ量の計算最大たわみ量 σ = 0.165 (mm)変位量 δy = 2.872 (mm)575 11001100項 目113 11315