光伏支架设计方案受力计算书-参考

一、系统参数设定1.太阳能板规格：1640×990×402.太阳能板阵列及数量：20×2＝40PCS3.太阳能板重量：20kg/PCS4.安装角度：35°5.基本风载：0.75kN/m26.基本雪载：0.8kN/m27.安装条件：地面粗糙度为Ｂ类8.计算标准：《建筑结构荷载规范GB50009-2012》9.设计产品年限：25年二、方阵立面结构分析及优化1.光伏组件支点即横梁分布的结构分析及优化光伏组件由两根横梁支撑，横梁间距影响光伏组件的受力状态，如图所示。作用在两根横梁上支反力分别为：)()(cbbPRcbcPRba由上式可以看出，当b=c时，支反力Ra、Rb的极值最小，为0.5P。因此两根横梁应对称分布。下图为光伏组件的受力简图，剪力图与弯距图。由剪力图可以得出：当a=b时，剪力Q取最小极值，为qa。即横梁间距等于光伏组件长度的一半。由弯距图可以看出：当a=b时，弯距M极值为[0，-0.0625ql2]；当2221)4(21qalalq时，即la212时，弯距M极值为[0.0215ql2，-0.0215ql2]，因此当la212时，弯距M取最小极值为0.0215ql2。在本案例中，光伏组件长度l＝1640mm，所以a=0.207l=340mm。2.斜梁支点布的结构分析及优化斜梁由前立柱、后立柱和斜支撑三个支点支撑，其受力简图如下。求解得：)(21)(21222121lbPlalPl331211albbalbaPaMPaM20代入三弯距方程：111111166)(2nnnnnnnnnnnnnlblalMllMlM式中ln为跨距，ln＝ln+1=b解得：)3(212223221120blblbllPMPaMM)353()351(213322222113322222120blblbllPRblblbllPRR由剪力图中可以看出斜梁中分布了6个峰值，分别为：当0bl2时PRQQPQQPQQ220324150剪力极值QmaxP当b=l2时R1＝-2.74P，R0＝R2＝3.37P，则剪力极值Qmax=1.37P当l2bl2+l1时PRQQPRQQPQQ203204150剪力极值Qmax=P当b=768时，R1＝0，R0＝R2＝2P，则剪力极值Qmax=P当b=l2+l1时，R1＝1.12，R0＝R2＝1.44P，则剪力极值Qmax=0.56P当l2+l1b2574时PRQQPRQQRQQ2032041050剪力极值QmaxP当b=1490时，R1＝R0＝R2＝1.33P，则剪力极值Qmax=1.33P当b=2574时，R1＝2P，R0＝R2＝P，则剪力极值Qmax=P当b2574时，剪力极值QmaxP综上所述，当b=l2+l1时，R1＝1.12P，R0＝R2＝1.44P，则剪力极值Qmax=0.56P，可取得取小值。由弯距图中可以看出斜梁中分布了5个峰值，分别为：120432223221120)()3(21PllbRMMblblbllPMPaMM-2000-1500-1000-50005001000150010030050070090011001300150M0M1M3由弯距曲线图可以看出，当b=1086时，即M0＝M3时，弯距Mmax=224P，可取得最小值。三、设计计算书1.载荷条件根据系统安装条件及要求，载荷条件的计算以单方阵为基本单位。（1）恒载G：恒载包含太阳能板的重量和支架的自重。其中太阳能板总重量：G1＝40P×20kg/P×9.8N/s2=7840N支架自重根据计算不同的梁时分别施加。（2）风载W：根据《建筑结构荷载规范》（GB50009-2012）中对风荷载的规定如下（按承重结构设计）：0wwzszk式中：kw——风荷载标准值（2/mkN）；z——高度z处的风振系数；s——风荷载体型系数；z——风压高度变化系数；0w——基本风压。根据工程安装地理位置，查《建筑结构荷载规范》表8.2.1查得风压高度变化系数z取值为1.0，如下：表8.2.1风压高度变化系数离地面或海平面高度(m)地面粗糙度类别ABCD51.091.000.650.51101.281.000.650.51151.421.130.650.51201.521.230.740.51301.671.390.880.51401.791.521.000.60501.891.621.100.69601.971.711.200.77702.051.791.280.84802.121.871.360.91902.181.931.430.981002.232.001.501.04注：节选自《建筑结构荷载规范》(GB50009-2012)第31页按照《建筑结构荷载规范》表8.3.1中第29项中单坡及双坡顶盖35°时，风荷载体型系数s取平均值1.3：表8.3.1风荷载体型系数项次类别体型及体型系数μs备注29单坡及双坡顶盖1.中间值按线性插值法计算2.(b)项体型系数按第27项采用3.(b)、(c)应考虑第27项注2和注3注：节选自《建筑结构荷载规范》(GB50009-2012)第44页按照《建筑结构荷载规范》中风振系数βz取1。基本风压：w0=0.75kN/m2至此所有参数计算完成，则0wwzszk＝1×1.3×1.0×0.75＝0.975kN/m2（3）雪载S根据《建筑结构荷载规范》(GB50009-2012)中规定的雪压公式：0SSrk系数取0.5基本雪压：S0=0.8kN/m20SSrk＝0.5×0.8＝0.4kN/m22.选用梁截面形状及参数（1）横梁及斜支撑：Ｕ62×41.3×2项目数值单位项目数值单位材质Q235B-屈服极限σs235Mpa面积A3.82cm2弹性横量E210Gpa对y轴惯性矩Iy19.121cm4对y轴惯性半径iy22.37296892mm对z轴惯性矩Iz10.733cm4对z轴惯性半径iz16.7621176mm极惯性积Ip29.854cm4极惯性半径ip27.95564924mm上端离质心距离32.712mm左端离质心距离20.65mm下端离质心距离29.288mm右端离质心距离20.65mm抗弯截面系数Wy(上)5.845255564cm3抗弯截面系数Wz(左)5.197578692cm3抗弯截面系数Wy(下)6.528612401cm3抗弯截面系数Wz(右)5.197578692cm3（2）斜梁：Ｕ62×41.3×2.5项目数值单位项目数值单位材质Q235B-屈服极限σs235Mpa面积A4.705cm2弹性横量E210Gpa对y轴惯性矩Iy23.059cm4对y轴惯性半径iy22.13810387mm对z轴惯性矩Iz12.935cm4对z轴惯性半径iz16.58072066mm极惯性积Ip35.994cm4极惯性半径ip27.65892154mm上端离质心距离32.862mm左端离质心距离20.65mm下端离质心距离29.138mm右端离质心距离20.65mm抗弯截面系数Wy(上)7.016919238cm3抗弯截面系数Wz(左)6.263922518cm3抗弯截面系数Wy(下)7.913720914cm3抗弯截面系数Wz(右)6.263922518cm3（3）后立柱：方管60×40×2.5项目数值单位项目数值单位材质Q235B-屈服极限σs235Mpa面积A4.75cm2弹性横量E210Gpa对y轴惯性矩Iy23.474cm4对y轴惯性半径iy22.23037277mm对z轴惯性矩Iz12.349cm4对z轴惯性半径iz16.12386267mm极惯性积Ip35.823cm4极惯性半径ip27.46212703mm上端离质心距离30mm左端离质心距离20mm下端离质心距离30mm右端离质心距离20mm抗弯截面系数Wy(上)7.824666667cm3抗弯截面系数Wz(左)6.1745cm3抗弯截面系数Wy(下)7.824666667cm3抗弯截面系数Wz(右)6.1745cm33.方阵结构力学分析根据对方阵立面结构的力学分析及优化，可得出方阵立面结构及尺寸为下图所示：（1）恒载加风载单组方阵恒载：G＝7840N单组方阵风载：W=Wk×A=0.975×1.64×0.99×40=63.3204kN=63320Nq1=G/4/20.4=96N/m(竖直向下)q2=W/4/20.4=776N/m(垂直于光伏组件)NODEFX(N)FY(N)FZ(N)MX(Nm)MY(Nm)MZ(Nm)1-1681.1932.34-299.87-93.698-17.381430.84-1513.63881.2-13.776-13.954-5.5859234.4111804.35-1269252.25-13.366-10.1930.4018716796.63-1267.454.505-9.04024.85366.80E-0228796.54-1264.8-6.7869-4.44334.86980.1466839797.23-1266.213.673-5.74814.36880.12007（2）恒载加雪载单组方阵恒载：G＝7840N单组方阵雪载：S=Sk×A=0.4×1.64×0.99×40=25.9776kN=26000Nq=S/4/20.4=318.35N/m在ANSYS中建模计算结果如下：