屋頂光伏承重檢測(cè)鑒定——光伏支架常見形式

光伏支架具有多種分類方式，如按照連接方式分為焊接式和組裝式，按照安裝結(jié)構(gòu)分為固定式和逐日式，按照安裝地點(diǎn)分為地面式和屋面式等。無論哪種光伏系統(tǒng)，其支架構(gòu)成大體相似，都包括連接件、立柱、龍骨、橫梁、輔助件等部分。

1.1固定式光伏支架

固定式光伏支架，顧名思義，是指安裝之后方位、角度等保持不變的支架系統(tǒng)。固定安裝方式直接將太陽能光伏組件朝向低緯度地區(qū)放置（與地面成一定的角度），以串并聯(lián)的方式組成太陽能光伏陣列，從而達(dá)到太陽能光伏發(fā)電的目的。其固定方式有多種，如地面固定方式就有樁基法（直接埋入法）、混凝土塊配重法、預(yù)埋法、地錨法等，屋面固定方式隨屋面材料不同而有不同的方案。

1.1.1屋面光伏系統(tǒng)支架

屋面光伏支架所安裝的環(huán)境包括坡屋面、平屋面，安裝時(shí)需順應(yīng)屋面環(huán)境，不破壞固有結(jié)構(gòu)及自防水系統(tǒng)，屋面材料包括琉璃瓦、彩鋼瓦、油氈瓦、混凝土面等。針對(duì)不同的屋面材料采用不同的支架方案。

屋面按傾斜角度分為坡面和平面兩種，所以屋面光伏系統(tǒng)的傾斜角度有多種選擇，對(duì)于坡屋面通常采用平鋪的方式順應(yīng)屋頂坡度布置，也可以采用與屋頂成一定傾角的布置方式，但是這種做法相對(duì)比較復(fù)雜，案例較少；對(duì)于平屋面則有平鋪和傾斜一定角度兩種選擇。

針對(duì)不同的屋面材料，會(huì)有不同的支架系統(tǒng)。

1）琉璃瓦屋面支架

2）彩鋼瓦屋面支架

彩鋼板是薄鋼板經(jīng)冷壓或冷軋成型的鋼材。鋼板采用**涂層薄鋼板（或稱彩色鋼板）、鍍鋅薄鋼板、防腐薄鋼板(含石棉瀝青層)或其他薄鋼板等。

壓型鋼板具有單位重量輕、強(qiáng)度高、抗震性能好、施工快速、外形美觀等優(yōu)點(diǎn)，是良好的建筑材料和構(gòu)件，主要用于圍護(hù)結(jié)構(gòu)、樓板，也可用于其他構(gòu)筑物。

屋面彩鋼瓦一般分為：直立鎖邊型、咬口型（角馳式）型、卡扣型（暗扣式）型、固定件連接（明釘式）型。

圖4彩鋼瓦屋面支架固定方式

3）混凝土屋面支架

  混凝土屋面光伏支架一般為固定傾角的固定方式，也可以采用平鋪方式布置。該型屋面固定方式主要為混凝土基礎(chǔ)和標(biāo)準(zhǔn)化固定連接件固定，分為現(xiàn)澆型和預(yù)澆型兩種方式。

屋頂光伏承重檢測(cè)鑒定——載荷計(jì)算

    將太陽能電池陣列安裝在地面上或者房屋屋頂上，以及住宅的平屋頂上的場(chǎng)合，首先打好牢固的地基，然后再作支架設(shè)計(jì)。支架(支持物)大部分都是鋼結(jié)構(gòu)。支架是安裝從下端到上端高度為4m以下的太陽能電池陣列時(shí)使用。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)把允許應(yīng)力設(shè)計(jì)作為基本，設(shè)計(jì)用的荷重是以等價(jià)靜態(tài)荷重為前提。到現(xiàn)在為止關(guān)于太陽能電池陣列的支架沒有設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，如果作為電氣設(shè)備考慮的場(chǎng)合，按照送電支撐物設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，如果作為建筑物考慮，則按照建筑法、建筑物荷重等。但是，這些標(biāo)準(zhǔn)在設(shè)計(jì)對(duì)象和設(shè)計(jì)方法的考慮中存在一些差異，不適合稱為太陽能電池陣列的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。

2.1假想荷重

作為太陽能電池陣列用支架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)的假想荷重，有持久作用的固定荷重和自然界外力的風(fēng)壓荷重、積雪荷重及地震荷重等。此外，也有因溫度變化產(chǎn)生的“溫度荷重”，但是在除了焊接結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)部件以外的支撐物中，與其他荷重相比很小，因此忽略不計(jì)。

①固定荷重(G )。組件質(zhì)量( MG )和支撐物等質(zhì)量( K G )的總和。

②風(fēng)壓荷重(W )。加在組件上的風(fēng)壓力( MW )和加在支撐物上的風(fēng)壓力( K W )的總和(矢量和)。

③積雪荷重( S )。與組件面垂直的積雪荷重。

④地震荷重( K )。加在支撐物上的水平地震力(在鋼結(jié)構(gòu)支架中地震荷重一般比風(fēng)壓荷重要小)

荷重條件和荷重組合如表1所示。多雪地區(qū)的荷重組合，把積雪荷重設(shè)為平時(shí)的70%，暴風(fēng)時(shí)及地震時(shí)設(shè)為35%。

2.2風(fēng)壓荷重

在設(shè)計(jì)太陽能電池陣列安裝用支架結(jié)構(gòu)時(shí)，在假想荷重中較大的荷重一般是

風(fēng)壓荷重。在電池陣列中因風(fēng)引起的損壞多數(shù)在強(qiáng)風(fēng)時(shí)發(fā)生。這里規(guī)定的風(fēng)壓荷重只適用于防止因強(qiáng)風(fēng)導(dǎo)致的破壞為目的的設(shè)計(jì)。

(1) 設(shè)計(jì)時(shí)的風(fēng)壓荷重

作用于陣列的風(fēng)壓荷重：W = CW×q ×AW

式中W是風(fēng)壓荷重( N )；C W是風(fēng)力系數(shù)；q設(shè)計(jì)用速度壓(N/m2)；A W是受風(fēng)面積(m2)。

(2)設(shè)計(jì)時(shí)的速度壓

設(shè)計(jì)時(shí)的速度壓：q = q0×α×I×J

式中q 是設(shè)計(jì)用的速度壓(N/m2)；q0是基準(zhǔn)速度壓(N/m2)；α是高度補(bǔ)償系數(shù)；

I 是用途系數(shù)；J是環(huán)境系數(shù)。

對(duì)于設(shè)計(jì)速度壓q，一般應(yīng)按照如下準(zhǔn)則計(jì)算: 對(duì)于地上16m以下和16m以上場(chǎng)合的速度壓算式應(yīng)按照如下準(zhǔn)則計(jì)算：地上16m以下的場(chǎng)合:60；地上16m以上的場(chǎng)合:1204 。這里，h為地面以上的高度。在地面31m以上安裝的場(chǎng)合，風(fēng)力系數(shù)規(guī)定為1.5以上。

①基準(zhǔn)速度壓q0。設(shè)定基準(zhǔn)高度10m，由下式算出：q0=0.5ρ×V 02式中q0是基準(zhǔn)速度壓(N/m2)；ρ是空氣密度風(fēng)速(N·s2/m4)；V0是設(shè)計(jì)用基準(zhǔn)(m/s)。空氣的密度在夏天和冬天不一樣，從安全角度考慮取數(shù)值大的冬天的值1.274N·s2/m4。設(shè)計(jì)用基準(zhǔn)風(fēng)速取在太陽能電池陣列的安裝場(chǎng)所，地上高度10m 處，在50 年內(nèi)再現(xiàn)的較大瞬時(shí)風(fēng)速。

②高度補(bǔ)正系數(shù)α。隨地面以上的高度不同，速度壓也不同，因此要進(jìn)行高度補(bǔ)正。高度補(bǔ)正系數(shù)由下式算出: α= ,式中α是高度補(bǔ)正系數(shù)；h 是陣列的地面以上高度；h0是基準(zhǔn)地面以上高度l0m；n是表示因高度遞增變化的程度，5為標(biāo)準(zhǔn)。

③用途系數(shù)I 。是與太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的用途重要程度對(duì)應(yīng)的系數(shù)(參見表2)。通常，太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的風(fēng)速的設(shè)計(jì)用再現(xiàn)期限設(shè)為50年，這相當(dāng)于用途系數(shù)1.0。

彩鋼瓦屋頂光伏為例，鋼材力學(xué)性能指標(biāo)

抗拉強(qiáng)度fu：反映鋼材受拉時(shí)所能承受的極限應(yīng)力。

伸長(zhǎng)率：試件被拉斷時(shí)的**變形值與試件原標(biāo)距之比的百分?jǐn)?shù)，稱為伸長(zhǎng)率，伸長(zhǎng)率代表材料在單向拉伸時(shí)的塑性應(yīng)變的能力。

冷彎性能：冷彎性能由冷彎試驗(yàn)確定。試驗(yàn)時(shí)使試件彎成l80°，如試件外表面不出現(xiàn)裂紋和分層，即為合格。冷彎性能合格是鑒定鋼材在彎曲狀態(tài)下的塑性應(yīng)變能力和鋼材質(zhì)量的綜合指標(biāo)。

韌性：韌性是鋼材強(qiáng)度和塑性的綜合指標(biāo)。

由于低溫對(duì)鋼材的脆性破壞有顯著影響，在寒冷地區(qū)建造的結(jié)構(gòu)不但要求鋼材具有常溫（20℃）沖擊韌性指標(biāo)，還要求具有負(fù)溫（0℃、-20℃或-40℃）沖擊韌性指標(biāo)，以保證結(jié)構(gòu)具有足夠的抗脆性破壞能力。

各種因素對(duì)鋼材主要性能的影響

1）化學(xué)成分

碳直接影響鋼材的強(qiáng)度、塑性、韌性和可焊性等。碳含量增加，鋼的強(qiáng)度提高，而塑性、韌性和疲勞強(qiáng)度下降，同時(shí)惡化鋼的可焊性和抗腐蝕性。硫和磷是鋼中的有害成分，它們降低鋼材的塑性、韌性、可焊性和疲勞強(qiáng)度。在高溫時(shí)，硫使鋼變脆，稱之熱脆；在低溫時(shí)，磷使鋼變脆，稱之冷脆。

2）冶金缺陷   

常見的冶金缺陷有偏析、非金屬夾雜、氣孔、裂紋及分層等。

3）鋼材硬化   

冷加工使鋼材產(chǎn)生很大塑性變形，從而提高了鋼的屈服點(diǎn)，同時(shí)降低了鋼的塑性和韌性，這種現(xiàn)象稱為冷作硬化（或應(yīng)變硬化）。在一般鋼結(jié)構(gòu)中，不利用硬化所提高的強(qiáng)度，以保證結(jié)構(gòu)具有足夠的抗脆性破壞能力。另外，應(yīng)將局部硬化部分用刨邊或擴(kuò)鉆予以消除。

4）溫度影響   

鋼材性能隨溫度變動(dòng)而有所變化。總的趨勢(shì)是溫度升高，鋼材強(qiáng)度降低，應(yīng)變?cè)龃?；反之，溫度降低，鋼材?qiáng)度會(huì)略有增加，塑性和韌性卻會(huì)降低而變脆。在250℃左右，鋼材的強(qiáng)度略有提高，同時(shí)塑性和韌性均下降，材料有轉(zhuǎn)脆的傾向，鋼材表面氧化膜呈現(xiàn)藍(lán)色，稱為藍(lán)脆現(xiàn)象。鋼材應(yīng)避免在藍(lán)脆溫度范圍內(nèi)進(jìn)行熱加工。

當(dāng)溫度在260℃～320℃時(shí)，在應(yīng)力持續(xù)不變的情況下，鋼材以很緩慢的速度繼續(xù)變形，此種現(xiàn)象稱為徐變現(xiàn)象。當(dāng)溫度從常溫開始下降，特別是在負(fù)溫度范圍內(nèi)時(shí)，鋼材強(qiáng)度雖有提高，但其塑性和韌性降低，材料逐漸變脆，這種性質(zhì)稱為低溫冷脆。

5）應(yīng)力集中   

構(gòu)件中有時(shí)存在著孔洞、槽口、凹角、截面突然改變以及鋼材內(nèi)部缺陷等。此時(shí)，構(gòu)件中的應(yīng)力分布將不再保持均勻，而是在某些區(qū)域產(chǎn)生局部高峰應(yīng)力，在另外一些區(qū)域則應(yīng)力降低，形成應(yīng)力集中現(xiàn)象。承受靜力荷載作用的構(gòu)件在常溫下工作時(shí)，在計(jì)算中可不考慮應(yīng)力集中的影響。但在負(fù)溫或動(dòng)力荷載作用下工作的結(jié)構(gòu)，應(yīng)力集中的不利影響將十分**，往往是引起脆性破壞的根源，故在設(shè)計(jì)中應(yīng)采取措施避免或減小應(yīng)力集中，并選用質(zhì)量?jī)?yōu)良的鋼材。

6）反復(fù)荷載作用   

在直接的連續(xù)反復(fù)的動(dòng)力荷載作用下，鋼材的強(qiáng)度將降低，**一次靜力荷載作用下的拉伸試驗(yàn)的極限強(qiáng)度，這種現(xiàn)象稱為鋼材的疲勞。疲勞破壞表現(xiàn)為突然發(fā)生的脆性斷裂。材料總是有“缺陷”的，在反復(fù)荷載作用下，先在其缺陷發(fā)生塑性變形和硬化而生成一些較小的裂痕，此后這種微觀裂痕逐漸發(fā)展成宏觀裂紋，試件截面削弱，而在裂紋根部出現(xiàn)應(yīng)力集中現(xiàn)象，使材料處于三向拉伸應(yīng)力狀態(tài)，塑性變形受到限制，當(dāng)反復(fù)荷載達(dá)到一定的循環(huán)次數(shù)時(shí)，材料終于破壞，并表現(xiàn)為突然的脆性斷裂。