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1、固定式光伏组件支架结 构 计 算 书2015 年 11 月北京万阳天力新能源科技有限公司1 工程概述 12 分析方法与软件 13 设计依据 14 材料及其截面 15 荷载工况与组合 25.1 荷载工况 25.1.1 支架所受荷载 25.2 荷载组合 26 结构建模 36.1 模型概况 36.2 结构计算模型、坐标系及约束关系 36.3 荷载施加 47 主要计算结果 57.1 构件应力比 57.2 构件稳定性校核 8I结构计算书1工程概述支架共8根，间距为3m,两端带悬挑0.58mm,总长22.16m,电池板组水平宽度 2.708米、斜 面长度3.3米，荷载按25年重现期计算，结构重要性系数 0
2、.95 ,项目地点在黑龙江省牡丹江市 , 结构计算的三维示意如下图 1所示。图1.1总体结构模型2分析方法与软件采用SAP2000 V15钢结构分析软件进行结构计算分析。3设计依据1) 建筑结构可靠度设计统一标准(GB 50068-2001 )2) 建筑结构荷载规范(GB 50009-2012)3) 建筑抗震设计规范(GB 50011-20104) 钢结构设方t规范(GB 50017-2003 )4材料及其截面材料材质性能，详见下表4.1。表4.1材料性能材料名 称单位重量N/m3fy屈服强度N/m2f设计强度N/m2抗拉强度N/m2弹性模量E1N/m2泊松比UQ2357.85E4235E62
3、15E6390E62.1E110.3Q3457.85E4345E6310E6470E62.1E110.35荷载工况与组合5.1 荷载工况计算所考虑的荷载有恒载、雪荷载以及风荷载作用（由于本支架比较轻，地震工况与风荷载 相比，其远不起控制作用，因此，可不考虑地震工况）。5.1.1 支架所受荷载支架受到的荷载主要有支架自重、电池板及安装附件自重、风载、雪载。荷载通过楝条传递 到支架柱上，模型按各荷载大小均匀分布到楝条上进行加载。1）结构构件自重：由计算软件自动考虑。2）恒荷载（太阳能电池板等安装组件）：0.15 kN/ itf （包括各种连接件）。组件总重： 胸件=150*22.16*3.3=10
4、969.2N楝条线荷载：q组件=W组件/ （4*22.16 ） =123.8 N/m3）雪荷载：雪荷载由四根楝条承受，按线均布荷载计：按下面公式计算：Sk=他 S0=O.7*O.639=O.4473 kN/m2注：a）电池板安装角度为 35度，四取0.7 。b）S0为25年重现期雪压值（根据牡丹江市10年和100年雪压值，按公式 E.3.4（GB50009-2012 ）求得）雪压总重：W =447.3*22.16*2.708=26842N楝条线荷载：4雪=W雪/ （4*22.16 ） =302.8 N/m4）风荷载：电池板安装后35度斜角，风载体型系数取1.3。按下面公式计算基本风压：2co
5、k=但* W s* W z* 3 0 =1*1.3*1*0.43=0.559 kN/m其中：、地面粗糙度为B类，安装高度小于10米，pz取1。&取1。3。（等于0.43 kN/m2）为25年重现期风压值（根据牡丹江市 10年和100年雪压值，按公式 E.3.4 （GB50009-2012）求得）风压总重：WM =559*22.16*3.3=40878.6N楝条线荷载：4风=W风/ （4*22.16 ） =461.2 N/m5.2 荷载组合计算过程考虑了如下组合：（1）1.35 恒载+1.4*0.7 雪载（2）1.2 恒载+1.4雪载1恒载+1.4雪载(4)1.2恒载+1.4风载(5)1
6、.2 恒载-1.4风载(6)1恒载+1.4风载(7)1恒载-1.4风载(8)1.2 恒载+1.4雪载+1.4*0.6 风载(9)1.2 恒载+1.4雪载-1.4*0.6风载(10)1恒载+1.4雪载+1.4*0.6 风载 (11)1恒载+1.4雪载-1.4*0.6 风载 (12)1.2 恒载+1.4*0.7 雪载+1.4 风载 (13)1.2 恒载+1.4*0.7 雪载-1.4 风载 (14)1恒载+1.4*0.7 雪载+1.4风载 (15)1恒载+1.4*0.7 雪载-1.4风载(16)1恒载+1.4*0.7雪载+1风载(17)1恒载+1.4*0.7雪载-1风载说明：风荷载前系数为正表示风力
7、方向指向电池板，为负表示风力方向背离电池板。6结构建模6.1 模型概况计算所考虑的荷载有恒荷载、雪荷载和风荷载。6.2 结构计算模型、坐标系及约束关系图6.2.1结构计算模型、坐标系及约束图106.36或施加恒荷载施加，施加效果见卜图安装组件等的自重为 150N/m髭雪荷载施加，施加效果见卜图 馒风荷载施加，施加效果见卜图6.3.1。 结构构件自重由软件自动计算，其它太阳能电池板及固定 通过线荷载导到楝条上。图6.3.1施加恒荷裁6.3.2。 通过线他载导到模条上。图6.3.2施加雪荷裁6.3.3。 6.3.4。图6.3.3风荷载（指向表面）图6.3.4风荷载（背离表面）7主要计算结果7.1
8、构件应力比构件在各荷载组合下计算的应力比都小于1,强度符合要求，正常使用极限状态标准组合下最大变形为10.7/3000=1/280<1/200 ,挠度符合要求。各构件应力比对应值见下表7.1.1。二.00365= -.00011图7.1.1支架变形图（标准组合16）PiObj: 11Pt Elm: 11U1 = 003B U2= .00001624U3 = * 01 -.00005表7.1.1构件应力比值单位：力-N 长度-m构件 号截回荷载组 合轴力分量主弯矩分量次弯矩分量应力比/PRatio/MMajRatio/MMinRatio/TotalRatio74JG65*25*2.2COM
9、B123.58E-060.1228030.0309350.14682JG65*25*2.2COMB123.08E-060.1228250.0313050.14665JG65*25*2.2COMB126E-050.1164860.0552650.16373JG65*25*2.2COMB126.02E-050.1165090.0552650.16363JG65*25*2.2COMB126.02E-050.1484920.065290.20364JG65*25*2.2COMB126E-050.1485070.0653170.20391JG65*25*2.2COMB123.08E-060.142175
10、0.0954590.22683JG65*25*2.2COMB123.58E-060.142190.0958690.22669JG65*25*2.2COMB120.0030140.5736540.251120.78678JG65*25*2.2COMB120.0017330.5753660.251120.78768JG65*25*2.2COMB120.0031990.5789480.2488220.78970JG65*25*2.2COMB120.0031940.5789940.2495470.79077JG65*25*2.2COMB120.0018510.5786760.2518580.79179
11、JG65*25*2.2COMB120.0018530.5787210.2524470.79159JG65*25*2.2COMB120.0004220.6082350.2502310.81687JG65*25*2.2COMB120.0061320.6078710.2507640.82286JG65*25*2.2COMB120.0062340.6090680.2509420.82388JG65*25*2.2COMB120.0062290.6090450.251380.82358JG65*25*2.2COMB120.0019870.6156870.2566860.83160JG65*25*2.2CO
12、MB120.0019770.6156490.2569460.83180JG65*25*2.2COMB120.0016390.6362790.247140.84176JG65*25*2.2COMB120.0016490.6362940.2478240.84171JG65*25*2.2COMB120.003170.6451020.2509970.85467JG65*25*2.2COMB120.0031610.6451020.251530.85589JG65*25*2.2COMB120.0062780.6448440.2631820.86985JG65*25*2.2COMB120.0062730.6
13、448670.263210.86961JG65*25*2.2COMB120.0018730.6704580.2552230.88157JG65*25*2.2COMB120.0018850.6704420.2554280.88166JG65*25*2.2COMB120.0040270.6757060.2688030.90175JG65*25*2.2COMB120.0020070.6684660.2784450.90184JG65*25*2.2COMB120.0083830.6770240.2635930.90272JG65*25*2.2COMB120.0040310.6757740.269514
14、0.90281JG65*25*2.2COMB120.0020020.6685340.2789370.90290JG65*25*2.2COMB120.008380.6769710.2643170.90256JG65*25*2.2COMB120.0021160.6910950.2725230.91762JG65*25*2.2COMB120.0021190.6910190.2730430.918120YG48*1.4COMB120.0035212.97E-170.0486040.004121YG48*1.4COMB120.0035752.97E-170.0486560.00455YG48*1.4CO
15、MB120.04669600.0780660.04713YG48*1.4COMB120.04669800.0780480.04743YG48*1.4COMB120.07367800.0030510.07425YG48*1.4COMB120.07367800.0030160.07431YG48*1.4COMB120.07604900.0233950.07637YG48*1.4COMB120.0760500.0232560.07649YG48*1.4COMB120.08206700.0173290.08219YG48*1.4COMB120.08206800.0173630.08250YG48*2C
16、OMB120.0811550.4947690.2089420.5873YG48*2COMB120.0811550.4947940.2089930.58738YG48*2COMB120.1254110.7837260.0071870.86420YG48*2COMB120.125410.7837260.0072250.86432YG48*2COMB120.1287690.7975790.0289240.88126YG48*2COMB120.1288010.7975540.0294690.88144YG48*2COMB120.1365350.8731970.0424470.96014YG48*2CO
17、MB120.1365350.8732090.0423970.96011YG48*2.4COMB120.0068080.4967660.2404380.53153YG48*2.4COMB120.0068870.4973730.2410340.53223YG48*2.4COMB120.0111570.7501590.0022420.72341YG48*2.4COMB120.0111570.7502670.0026750.72329YG48*2.4COMB120.0112090.7553140.0028490.72835YG48*2.4COMB120.0112080.7553470.0024260.
18、72817YG48*2.4COMB120.0115250.7871810.0479190.76047YG48*2.4COMB120.0115040.7873860.0475070.7604YG48*3.9Q345COMB130.005990.669810.0299120.64351YG48*3.9Q345COMB130.0059920.6699170.0298250.64321YG48*3.9Q345COMB130.0082590.9672840.0033210.92739YG48*3.9Q345COMB130.0082590.9672890.0034120.92733YG48*3.9Q345
19、COMB130.0082410.9680110.0013430.92727YG48*3.9Q345COMB130.0082410.9680170.0012510.92715YG48*3.9Q345COMB130.008080.9723490.0072010.93145YG48*3.9Q345COMB130.008080.9723640.0072970.9317.2 构件稳定性校核在不同部位的各类构件中， 构件 62 (JG65*25*2.2 )、121 (YG48*1.4)、19 (YG48*1.4)、14 (YG48*2)、17 (YG48*2.4)、45 (YG48*3.9Q345)在相应
20、工况受力最大，故对上述构件进行 稳定性校核。19图7.2.1构件编号及位置使用的各构件截面特性见下表7.2.1 :结构计算书表7.2.1构件截面特性构件截面名 称材质H高度/D直径B宽度tf翼缘 厚度tw腹板 厚度A面积Ix强轴惯 性矩Iy弱轴惯 性矩Wx强轴截 面模量Wy弱轴截 面模量ix强轴回 转半径iy弱轴回 转半径塑性截面 系数”塑性截面系数？ymmmmm2m4m4m3m3mm-JG65*25*2.2Q2350.0650.0250.00220.00220.0003771.901E-074.049E-085.849E-063.239E-060.0224660.0103681.051.05
21、YG48*1.4Q2350.048-0.00140.0002055.568E-085.568E-082.32E-062.32E-060.0164830.0164831.151.15YG48*2Q2350.048-0.0020.0002897.659E-087.659E-083.191E-063.191E-060.0162790.0162791.151.15YG48*2.4Q2350.048-0.00240.0003448.961E-088.961E-083.734E-063.734E-060.0161440.0161441.151.15YG48*3.9Q3450.048-0.00390.000
22、541.324E-071.324E-075.516E-065.516E-060.0156530.0156531.151.151、构件62 (JG65*25*2.2 )稳定性计算1)截面几何特性，详见上表7.2.12)稳定性校核1图7.2.2 Mx弯矩图结构计算书1图7.2.3 My弯矩图楝条长3m,两端支撑，中间受线荷载剪力，最大弯矩 Mx=-912.43N.mMy=199.65N.m计算长度：lx=x*L=1*3=3ly=y*L=1*3=3长细比： 双=(Jx/ix=133.5N=(Jy/iy=289.3构件属于c类截面 中x=0.33 闭口截面 中bx=by=1,刀=0.7查钢结构规范附录
23、C根据下面公式：儿尸!荷£。.小加=3.0825>0.215 ,中y按下面公式计算1,:工中2il (% 篇+麓)，(叼十+ *) 4叱其中：“1=0.73 “2=1.216 /3=0.302,将数值代入上式，求得 y=0.093杆中间受到均布横向力，3 mx= 3 my= 3 tx= 3 ty=1NZ = 7T EA/(L 1K),N"=/EA/(1.N Ex=39795.7NN Ey=8475.6N根据下面两个公式，将上述参数值代入，=0.901f<f ,满足稳定性要求。=0.808f<f,满足稳定性要求。2、交叉撑构件121 (YG48*1.4)稳定
24、性计算1)截面几何特性，详见上表7.2.12)稳定性校核图7.2.4 轴力图结构计算书斜交叉撑长3.31m,两端较接，受轴压力，最大轴压力N=-157.56N计算长度：lx=科 x*L=1*3.31=3.31 ly=科 y*L=1*3.31=3.31长细比：双=dx/ix=201应=My/iy=20i构件属于b类截面 中x=<i)y=0.184 查钢结构规范附录 C根据下面公式：N/(A) w f 求得N/(A)=0.019f < f 满足稳定性要求。3、立柱斜支撑构件 19 (YG48*1.4)稳定性计算1)截面几何特性，详见上表7.2.12)稳定性校核图7.2.5 轴力图斜支撑
25、长1.176m,两端较接，受轴压力，最大轴压力N=-3617N计算长度：lx=科 x*L=1*1.176=1.176 ly=科 y*L=1*1.176=1.176长细比： 双=dx/ix=71.6应=(Jy/iy=71.6构件属于b类截面 x=y=0.742 查钢结构规范附录 C根据下面公式：N/(A)wf求得N/(A)=0.11f wf 满足稳定性要求。4、北立柱构件14 (YG48*2)稳定性计算1)截面几何特性，详见上表 7.2.12)稳定性校核1图7.2.6 Mx弯矩图1结构计算书图7.2.7 My弯矩图北立柱长1.72m,底端与地固接，最大弯矩在底部，考虑底部 14-1段（长0.31
26、7m）稳定性（见图7.2.7）。中下部与立柱斜支撑构件19校接（为支撑点），见图7.2.7中的14-1段，最大弯矩Mx=688.9N.mMy=33.45N.m计算长度：lx=科 x*L=0.7*0.317=0.222 ly=科 y*L=2*0.317=0.634长细比： 双=（Jx/ix=13.6应=（Jy/iy=38.9构件属于 b类截面 中x=0.986 y=0.903闭口截面 bx=<i）by=1,刀=0.7查钢结构规范附录 C弯矩作用平面内两端钱接3mx= =0.65-0.35*112.4/688.9=0.593弯矩作用平面外悬臂3伙=13my= 3ty=1 根据下面公式：根据下
27、面两个公式，将上述参数值代入忆K _ ”以 =0.692f<f ,满足稳定性要求。 汽Ay”（一八言）士"四京三/ =0.897f<f ,满足稳定性要求。乙也卜口吃）5、斜梁构件17 （YG48*2.4）稳定性计算1）截面几何特性，详见上表7.2.1图7.2.9 My弯矩图斜梁长2.54m,中间三个支撑，最大弯矩在17-1段（长0.255）,考虑该段稳定性。最大弯矩 Mx=726.7N.mMy=-44.24N.m计算长度：lx=科 x*L=2*0.255=0.51 ly=科 y*L=2*0.255=0.51长细比：双=（Jx/ix=31.6应=（Jy/iy=31.6构件属
28、于 b类截面 中x=0.93 y=0.93闭口截面 bx=<i）by=1,刀=0.7查钢结构规范附录 C3mx= my= 3tx=便y=1根据下面公式：2根据下面两个公式，将上述参数值代入，=0.839f<f ,满足稳定性要求。=0.694f<f ,满足稳定性要求。6、南立柱构件 45 （YG48*3.9）稳定性计算1）截面几何特性，详见上表7.2.12）稳定性校核图7.2.10 Mx弯矩图结构计算书图7.2.11 My弯矩图My=-17.18N.m南立柱长0.538m,底端与地固接，上端悬臂，最大弯矩在底部Mx=-1912N.m计算长度：lx=科 x*L=2*0.538=1.076 ly=科 y*L=2*0.538=1.076长细比：双=（Jx/ix=83.3应=（Jy/iy=83.3构件属于 c类截面 中x=0.666 y=0.666闭口截面 bx=<i）by=1,刀=0.7查钢结构规范附录C立柱为悬臂构件3mx= ptx= 3my= pty=1根据下面公式：根据下面两个公式，将上述参数值代入2 T 54 mixI IV=0.999f<f ,满足稳定性要求。=0.804f<f ,满足稳定性要求。