新旧规范对光伏支架设计的影响

关宁铁骑

        我们这里指的旧规范是指《建筑结构荷载规范》 GB50009-2012及《钢结构设计规范》GB50017-2003等，这几个规范是之前国内大部分支架厂或者光伏结构设计人员设计支架所采用的规范，而新规范就是12年出的《光伏发电站设计规范》GB50797-2012，里面有一章也是专门对支架的设计计算做了具体规定。下面我们说的新旧规范就是指上面这几个，为了方便还是以新旧规范的称呼代替。

以项目地点无锡为例，建筑场地B类，支架最高标高取为+20.00m。
旧规范:风雪荷载取50年一遇最大风压雪压，
基本风压: wo = 0.45kN/m^2，
基本雪压: so = 0.40kN/m^2，
风压高度变化系数： μz = 1.23
风荷载体型系数：  μs = 1.4
风阵系数：βgz=1.0（支架系统与屋面的接触点比较多，不考虑共振作用）
风荷载标准值：wkb= μs × μz × wo ×βgz = 775Pa
屋面积雪分布系数： μo = 1
雪荷载标准值： sK = so × μo = 400Pa
荷载及组合说明：
计算挠度：
COMB1=G+Wx+Sn
COMB2=G-Ws
计算强度：
COMB3=1.2G+0.6*1.4Wx+1.4Sn
COMB4=1.2G+1.4Wx+0.7*1.4Sn
COMB5=1.0 G-1.4Ws
G——自重荷载
Wx——风荷载（向下）
Ws——风荷载（向上）
Sn——雪荷载


新规范:风雪荷载可取25年一遇最大风压雪压，
基本风压：0.38 kN/m^2
基本雪压：0.36 kN/m^2
具体计算公式详见GB 50009-2012建筑结构荷载规范 D.3.4  
XR=X10+(X100-X10)(lnR/ln10-1)
R为重现期
风压高度变化系数： μz = 1.23
风荷载体型系数： μs = 1.3
风阵系数：βgz=1.0（支架系统与屋面的接触点比较多，不考虑共振作用）
风荷载标准值： wkb = μs× μz × wo ×βgz = 608Pa
屋面积雪分布系数： μo = 1
雪荷载标准值： sK = so × μo = 360Pa
荷载及组合说明：
计算挠度：
COMB1=G+W+T
COMB2=G+S+T
计算强度：
COMB3=1.2G+1.4W+0.6T
COMB4=1.2G+1.4Sn+0.6T
COMB5=1.2G+0.6*1.4W+T
COMB6=1.2G+0.6*1.4Sn+T
G——自重荷载
W——风荷载
Sn——雪荷载
T——温度荷载

通过以上一些基本参数的取值，我们可以看出新旧规范的一些差异。如下几点：
1.        旧版规范里的风荷载体形系数是按照具体的支架倾角来取值的，而新版规范里明确规定了地面和楼顶支架的风荷载体型系数取1.3.
2.        风压雪压的取值年限变化，旧版规范里一般都按照50年一遇的最大风压雪压取值的，而新版规范里降低了要求，规定应按照25年一遇的荷载数值取值，（25年的最大风压雪压如何计算我已经在上面写了）
3.        荷载组合效应计算方式发生了变化，旧版规范里一般都把风雪荷载最大值同时考虑组合在一起。新版规范里面虽然没有明确说明，但是给出的组合方式里面，风雪荷载是不同时出现的，也就是说新版规范默认不同时考虑计算风压雪压最大值对支架的影响。（有解释认为风最大的时候雪是累积不起来了的，没法造成最大雪压，风雪最大荷载出现的季节也不同，个人认为有道理的）
4.        计算的时候考虑加进去了温度荷载（针对这个温度荷载，我做了专门的模拟分析，在大部分地区，温度荷载对支架的计算影响非常小，个人认为除非是一些极端气候区域，不然可以考虑忽略掉温度荷载的影响，后面会附上有无温度荷载对支架计算结果）

把之前按照新旧规范取值的基本信息和荷载大小、组合方式输入到计算软件sap2000中建好的完全一样的模型支架里面，得到的结果对比分析：

旧版规范取值方式最不利荷载组合下支架横梁的3-3轴弯矩

旧版规范取值方式最不利荷载组合下支架横梁的3-3轴弯矩

旧版规范取值方式最不利荷载组合下支架横梁的2-2轴弯矩

旧版规范取值方式最不利荷载组合下支架横梁的2-2轴弯矩
横梁按抗弯强度计算公式
                 = 199 × MPa < py = 215 × MPa
横梁抗弯强度满足要求
横梁抗剪计算因剪力太小，故这里不在计算，（模型计算结果里也可以查看）

新版规范取值方式最不利荷载组合下支架横梁的3-3轴弯矩

新版规范取值方式最不利荷载组合下支架横梁的3-3轴弯矩

新版规范取值方式最不利荷载组合下支架横梁的2-2轴弯矩

新版规范取值方式最不利荷载组合下支架横梁的2-2轴弯矩
横梁按抗弯强度计算公式
        = 137 × MPa < py = 215 × MPa
横梁抗弯强度满足要求
还有一些挠度，稳定性的对比我这里就不一一贴出来了。
新旧规范下横梁计算结果对比，新规范的计算结果更小，两者比值约为0.69，这就意味着我们原本需要采用截面更大用钢量更多的支架，如果按照新规范来计算设计的话，可以选用小点的截面，比如这里我的横梁选了C41x52x2.5的C型钢，完全可以选择小一号规格的C型钢，比如C41x41x2.5,或者C41x52x2.0。在实际的光伏电站项目应用中，光是支架的用钢量，就会下降不少，少20%-30%左右是比较常见的，具体节省多少看具体实际项目。个人建议对于一般的屋面支架地面支架可以按照新规范来设计，个别极端气候经常突发的地区按照旧规范里的保守取值来设计，（以上只代表个人观点作为参考，不负法律责任，转载请联系本人或者注明出处）
                                                
————by 关宁铁骑
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好贴啊 支持支持

gnaw_1010

楼主很专业啊，非常值得学习。

solar2006

好贴啊，支持！

任小只

支持  学习

mxsir

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wyx0268

学习光伏知识，多谢楼主