4.2 雪荷載

4.3 荷載組合

S_d=γ_GS_GK+γ_WΨ_WS_WK+γ_SΨ_SS_SK

式中：

S_d——荷載組合的效應(yīng)設(shè)計(jì)值；

γ_G——永久荷載的分項(xiàng)系數(shù)，取1.3；

γ_W、γ_S——風(fēng)荷載、雪荷載的分項(xiàng)系數(shù)，取1.5；

S_GK、S_WK、S_SK——永久荷載標(biāo)準(zhǔn)值效應(yīng)、風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值效應(yīng)、雪荷載標(biāo)準(zhǔn)值效應(yīng)；

●  抗震驗(yàn)算時(shí)，荷載效應(yīng)的基本組合按下式計(jì)算：

S_d=γ_GS_GE+γ_ES_EhK+γ_WΨ_WS_WK

式中：

S_d——地震組合的效應(yīng)設(shè)計(jì)值；

γ_G、γ_E、γ_W——重力荷載的分項(xiàng)系數(shù)，取1.3；水平地震作用分項(xiàng)系數(shù)，取1.3；風(fēng)荷載作用分項(xiàng)系數(shù)，取1.5；

S_GE、S_EhK——重力荷載代表值的效應(yīng)、水平地震作用標(biāo)準(zhǔn)值的效應(yīng)；

Ψ_W——風(fēng)荷載的組合值系數(shù)，當(dāng)風(fēng)荷載起控制作用時(shí)，取0.2，否則取0.0；

5.1 支架橫向結(jié)構(gòu)體系

由于雙面光伏組件背后不宜有遮擋，因此雙面光伏組件不適合采用立柱“橫梁+檁條”的結(jié)構(gòu)體系。因此，可將檁條取消，將光伏組件直接連接到兩側(cè)的橫梁上，如圖3所示。

每塊光伏組件兩側(cè)均設(shè)置橫梁，組件通過(guò)壓塊和托片固定到橫梁上，橫梁通過(guò)前后立柱固定到基礎(chǔ)上。為了保證結(jié)構(gòu)側(cè)向的穩(wěn)定，前立柱沿縱向設(shè)置一根縱向支撐，后立柱沿縱向設(shè)置兩根縱向支撐，雙面光伏組件支架立面如圖4所示。該支架結(jié)構(gòu)體系取消縱向檁條，有效的避免了其對(duì)組件背面的遮擋。同時(shí)立柱設(shè)置的縱向支撐，提供了支架縱向的剛度，使支架在縱向形成穩(wěn)定的支架體系。具體安裝效果詳見(jiàn)第7節(jié)應(yīng)用案例。

圖4所示支架橫向結(jié)構(gòu)可根據(jù)立柱與基礎(chǔ)連接形式的不同，分為兩種結(jié)構(gòu)體系，柱底鉸接和柱底固結(jié)的形式。柱底鉸接形式為行架式橫向結(jié)構(gòu)體系，柱底固結(jié)為排架式橫向結(jié)構(gòu)體系。圖5所示兩種形式均為行架式橫向結(jié)構(gòu)體系，該結(jié)構(gòu)體系前后立柱與基礎(chǔ)采用鉸接的形式，并且采用一根或者兩根橫向支撐提供側(cè)向剛度，形成穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)不變體系。圖6所示三種形式均為排架式橫向結(jié)構(gòu)體系，該結(jié)構(gòu)體系前后立柱與基礎(chǔ)采用固結(jié)的形式，并且采用一根或兩根縱向支撐提供側(cè)向剛度，增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的抗側(cè)力穩(wěn)定性?；A(chǔ)設(shè)計(jì)同傳統(tǒng)光伏支架。

5.2 支架縱向結(jié)構(gòu)體系

支架縱向結(jié)構(gòu)體系根據(jù)立柱與基礎(chǔ)的連接形式不同，同樣分為兩種結(jié)構(gòu)體系，柱底鉸接和柱底固結(jié)的形式。柱底鉸接形式為行架式縱向結(jié)構(gòu)體系，見(jiàn)圖7。柱底固結(jié)為排架式縱向結(jié)構(gòu)體系，見(jiàn)圖8。

從圖7可以看出，行架式縱向結(jié)構(gòu)體系由于柱底鉸接，立柱縱向必須設(shè)置縱向斜撐以保證支架縱向形成穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)體系。對(duì)于排架式縱向結(jié)構(gòu)體系，由于立柱底部固定，縱向支撐根據(jù)實(shí)際受力情況確定是否設(shè)置。不論行架式還是排架式支架體系，縱向橫撐均設(shè)置在立柱上，距離組件背面有一定的距離，這樣能有效地避免桿件對(duì)雙面光伏組件的遮擋，從而能更好地發(fā)揮雙面組件的優(yōu)勢(shì)，提高發(fā)電量。

5.3 支架材料

本創(chuàng)新支架方案的優(yōu)勢(shì)就在于能采用常規(guī)的光伏支架桿件及材料，具有廣泛的適用性。常用桿件如圖9所示。

圖10為光伏常用壓塊和墊片，壓塊與墊片采用螺栓擰緊，中間夾光伏組件實(shí)現(xiàn)固定。

6.1 支架整體仿真驗(yàn)證

為驗(yàn)證支架整體的穩(wěn)定性和承載能力，通過(guò)ABAQUS有限元軟件對(duì)支架進(jìn)行仿真。根據(jù)《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》及《光伏發(fā)電站設(shè)計(jì)規(guī)范》，以河南鄭州項(xiàng)目為例，該地區(qū)25年基本風(fēng)壓為0.38kn/m2，通過(guò)本文4.1條調(diào)整后風(fēng)壓取值0.72kn/m2。通過(guò)面荷載施加給支架體系。圖11及圖12分別為排架式和行架式支架整體仿真結(jié)果，結(jié)果顯示風(fēng)壓產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)橫梁最大位移分別約0.19mm、0.49mm，小于橫梁計(jì)算跨度的1/250，滿足《光伏發(fā)電站設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50797-2012）。風(fēng)壓產(chǎn)生的柱側(cè)側(cè)移分別為0.1mm、0.36mm，小于柱高的1/60，同樣滿足規(guī)范要求。因此結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性符合要求。

需要指出，排架式支架比行架式支架結(jié)構(gòu)約束更多，超靜定次數(shù)更高，因此結(jié)構(gòu)位移小，穩(wěn)定性好。從結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性角度，本文推薦采用排架式支架結(jié)構(gòu)體系。

6.2 壓塊與橫梁節(jié)點(diǎn)仿真驗(yàn)證

為驗(yàn)證壓塊與橫梁節(jié)點(diǎn)部位的受力，取一根橫梁采用三維應(yīng)力單元進(jìn)行仿真分析。風(fēng)荷載施加到壓塊上，通過(guò)壓塊傳遞給橫梁，三角連接件底部設(shè)置固定支座，見(jiàn)圖13，橫梁通過(guò)三角支座固定。

設(shè)計(jì)規(guī)范要求，支架采用的螺栓均固定擰緊。因此，各部分可視為緊密結(jié)合，不產(chǎn)生滑移，采用共單元節(jié)點(diǎn)進(jìn)行仿真分析。通過(guò)圖14及圖15可以看出，風(fēng)壓產(chǎn)生的最大應(yīng)力在橫梁上，為160.2MPA，小于鋼材強(qiáng)度設(shè)計(jì)值215MPA。

從圖16可以看出，風(fēng)壓產(chǎn)生的最大位移為0.95mm（特別指出該位移與圖11、12所示位移不同，是因?yàn)楹奢d施加方式不同，圖11及圖12僅為驗(yàn)證結(jié)構(gòu)體系整體穩(wěn)定性，因此荷載采取沿橫梁施加線荷載的方式），橫梁截面無(wú)翹曲，因此，該創(chuàng)新壓塊節(jié)點(diǎn)滿足強(qiáng)度要求。

圖17及圖18為風(fēng)吸力作用下，節(jié)點(diǎn)與橫梁的位移和應(yīng)力圖。最大位移發(fā)生在壓塊上，為0.58mm，最大應(yīng)力發(fā)生在橫梁上為96MPA，同樣小于鋼材強(qiáng)度設(shè)計(jì)值215MPA。因此，風(fēng)吸力作用下，節(jié)點(diǎn)和橫梁同樣滿足強(qiáng)度要求。

本創(chuàng)新解決方案通過(guò)取消光伏支架檁條，將雙面組件支架安置在橫梁上，然后在前后立柱設(shè)置縱向支撐的方式，采用常見(jiàn)的材料，適用性強(qiáng)，既解決了雙面光伏組件背后遮擋的問(wèn)題，又提供了足夠的支架支撐。通過(guò)實(shí)際工程檢驗(yàn)，取得了良好的效果。案例照片見(jiàn)以下附圖。