屋面光伏支架结构基础配重讨论
本文主要讨论了屋面光伏支架结构基础配重载荷组合、安全系数问题,以及现有组合对比,以及相关推荐组合。
屋面光伏支架结构基础配重计算需要复核:a、抗拔 b、抗倾覆c、抗滑移稳定。(此处屋面为混凝土上人屋面)
依据:
建筑载荷规范GB 50009-2012
光伏支架结构设计规程NB∕T 10115-2018
光伏发电站设计规范GB 50797-2012
建筑结构可靠性设计统一标准GB 50068-2018
太阳能发电站支架基础技术规范 GB51101-2016
a.抗拔计算,根据设计组合1.0G-1.5Fn风吸≥0计算配重大小
(按照:建筑结构可靠性设计统一标准GB 50068-2018 、光伏支架结构设计规程NB∕T 10115-2018 、光伏发电站设计规范GB 50797-2012
基本组合1.0G-1.5Fn,(G,光伏系统及基础墩子自重;Fn,风吸垂直方向分力)
b.抗倾覆稳定性验算,需满足抗倾覆力矩/倾覆力矩≥1.2(1.3)。
(参照《全国民用建筑工程设计技术措施(2009)-结构(地基与基础)》4.5.3、条抗倾覆力矩/倾覆力矩≥1.6,考虑本工程使用年限为25年,无人值班,各组串之间采用并联,即使遇到极端情况个别基础发生破坏,不会造成人员损伤,且不会影响电站整体发电,综合考虑,为节约造价,综合对比规范,设计采用抗倾覆力矩/倾覆力矩≥1.2(1.3),与同行一致)
c.抗滑移稳定性验算, (G -Fn)µ/Ft≥1.3, Fn与 Ft分别为风力竖向,水平分力。混混凝土与屋面混凝土摩擦系数取0.6
目前混凝土上人屋面光伏配重笔者了解到一些设计院常见组合见a、b、c组合;也有一些设计院采用如下组合:
1、抗拔:G墩子≥1.6F支座(标准组合,/Fn垂直风吸+G光伏恒载/)
2、抗倾覆:抗倾覆力矩/倾覆力矩≥1.6
3、抗滑移稳定性验算, (G -Fn)µ/Ft≥1.3,
比较过程我们可知以上存在抗拔组合和抗倾覆有区别,哪一些合理一些呢?这里我们就要深研究规范;抗拔和抗倾覆1.6安全系数出自光伏支架结构设计规程NB∕T 10115-2018 ,-8.3.13,8.3.14,这里取了标准组合的1.6倍;
附图一光伏支架结构设计规程NB∕T 10115-2018 ,-8.3.13,8.3.14
一、抗拔组合对比
我们发现抗拔:G墩子≥/1.6(Fn垂直风吸+G光伏恒载)/,其中光伏恒载组合系数取了1.6,另见载荷规范及光伏发电站设计规范和建筑结构可靠性设计统一标准,当永久载荷对结构承载有利时组合系数应取1.0,所以这里存在一小点疑虑;再见抗拔按基本组合(构件强度组合)1.0G+1.5Fn,(G,光伏系统及基础墩子自重;Fn,风吸垂直方向分力),即G墩子≥/1.5Fn风吸+G光伏恒载/;通过项目的一些对比,我们发现组合G墩子≥/1.6(Fn垂直风吸+G光伏恒载)/算出来的墩子比较接近G墩子≥/1.5Fn风吸+G光伏恒载/组合算出来的墩子规格,这两个组合差别不大;因此笔者认为采用这两种组合(组合比较接近)校核抗拔我们认为是可行的,从规范优先角度看组合G墩子≥/1.5Fn风吸+G光伏恒载/更为优先;
二、抗倾覆组合对比
附图二太阳能发电站支架基础技术规范 GB51101-2016 5.3.16、5.3.17
通过对比规范这里的抗倾覆稳定性系数1.6,这里是针对于独立基础及条形基础,是指埋在地面下的基础;见太阳能发电站支架基础技术规范 GB51101-2016 5.3.16、5.3.17及光伏支架结构设计规程10115-2018 -8.3.13,8.3.14。
规范5.3.16单立柱光伏支架基础抗拔、抗倾覆的安全系数为1.6;(标准组合下支座反力);见规范5.3.17于非单立柱支架基础只需复核抗拔承载,因此混凝土上人屋面光伏非单立柱支架配重墩子只需复核抗拔,无需复核抗倾覆。那么问题来了,如果要考虑抗倾覆,抗倾覆组合系数是否要1.6;笔者认为,对于混凝土上人屋面光伏非单立柱支架配重基础抗倾覆组合系数,以上规范是无明确指出的,1.6抗倾覆安全系数指出的是独立基础条、形基础,埋在地里下的基础,另外见全国民用建筑工程设计技术措施(2009)-结构(地基与基础)》4.5.3条抗倾覆力矩/倾覆力矩≥1.6,以及光伏支架结构设计规程10115-2018 -8.4屋面光伏支架结构基础,此处屋面配重基础单独列出与规范8.3区分,规范8.4没有列出抗倾覆系数,综上对比可以明确此处取1.6抗倾覆稳定性系数的基础是埋地里的,屋面配重基础抗倾覆稳定性系数没有明确指出;那么屋面光伏支架结构基础抗倾覆安全系数能否按1.6取值,笔者认为可以参考取值,具体项目具体分析,但考虑本工程使用年限为25年,无人值班,各组串之间采用并联,即使遇到极端情况个别基础发生破坏,不会造成人员损伤,且不会影响电站整体发电,综合考虑,为节约造价,综合对比规范,笔者认为设计采用抗倾覆力矩/倾覆力矩≥1.2(1.3)较为合理,较有可取性(此处抗拔安全系数已经取值1.5(1.6)),此处1.2(1.3)与其它设计院(甲级院)及国内一线光伏较大EPC方(生产组件或逆变器)交流过,较多屋面电站是这么取值;通过对众多项目(非单立柱屋面光伏支架)的对比,通常抗拔承载满足的,抗倾覆也是满足的(安全系数1.2)这里可能间接回应了太阳能发电站支架基础技术规范 GB51101-2016 5.3.17,双立柱光伏支架及以上基础未复核抗倾覆承载,只需复核抗拔承载,另外由于是外露屋面上还需要复核水平滑移。
三、结论
根据以上的对比,光伏配重墩子的配重计算组合参考如下:
a.抗拔计算,根据设计组合1.0G-1.5Fn风吸≥0;或G墩子≥1.6(Fn垂直风吸+G光伏恒载),当然有些读者可能会问,考虑结构重要性系数取0.95(25年),抗拔安全系数能能否由1.5取到1.425(1.5*0.95),笔者认为按规范要求取值;
b.抗倾覆稳定性验算,需满足抗倾覆力矩/倾覆力矩≥1.2(1.3),规范5.3.17注明不用复核,实际实施建议复核。
c.抗滑移稳定性验算, (G -Fn)µ/Ft≥1.3, 组合见太阳能发电站支架基础技术规范 GB51101-2016 5.3.15;Fn与 Ft分别为风力竖向,水平分力。混混凝土与屋面混凝土摩擦系数0.6(素混凝土容重23.6KN/立方米);
严格执行规范,综合对比,安全可靠,满足承载,合理优化,降本增效。
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