單獨設置于屋面上光伏系統面板和支承結構的設計

　　地震時，小附屬結構的反應加速度大于主體結構的地震反應加速度，而主體結構的地震反應加速度又大于地面加速度。突出屋面小附屬結構的地震作用與其放在地面時的地震作用的比值，稱為地震作用放大系數，其數值取決于小附屬結構與主體結構剛度比和質量比，剛度比越小、質量比越大，放大系數越大。屋面光伏系統剛度比很小，但質量比也很小，地震放大系數可以達到3.0。

　　歷次地震中，突出屋面小附屬結構的震害是較為普遍的（圖21～圖24）。屋面光伏系統不僅是小附屬結構，而且它的剛度比樓梯間、電梯間等一般的附屬結構還要小，其鞭梢效應更為嚴重，抗震設計時要更為重視（圖25）。

　　有支架的光伏結構系統可按放置于地面的單質點結構計算其地震作用，再考慮突出屋面小結構的地震力放大作用，乘以放大系數3.0。必要時可連同主體結構一起進行地震反應分析（圖26），得出的小附屬結構地震作用應放大1.5～2倍。

　　由平臥的金屬梁和金屬框支承、緊靠著屋面水平放置的光伏系統，受地震作用影響較小，不必特別計算地震作用，只要求各連接部位能有效固定，能抵抗地震作用引起的相對滑移。

　　4.3  溫度作用
　　光伏結構的支架位于室外，應考慮溫度作用的影響，必要時可進行鋼支架的溫度應力計算。

　　4.4  荷載及作用效應的組合
　　光伏結構系統的荷載組合可按照國家標準《建筑結構荷載規范》GB 50019 2006版本的原則進行。

　　進行構件承載力計算時，可考慮重力荷載、重力荷載加風荷載以及重力荷載加地震作用等組合。分項系數可按下列數值取用：

　　1）重力荷載的分項系數：只有重力荷載參加組合時，取1.35；其他組合取1.2；當重力荷載的效應對構件有利時，取1.0；

　　2）風荷載的分項系數取1.4；地震作用的分項系數取1.3。

　　進行構件撓度計算時，可考慮重力荷載或重力荷載加風荷載的組合。分項系數均取為1.0。

　　5  面板設計
　　設計為水平放置的屋面光伏面板，實際上應有不小于3% 的坡度，防止積水。

　　面板的玻璃應能承受施加于面板的荷載、地震作用和溫度作用。其厚度除應由計算確定外，尚應滿足最小厚度的要求：

　　屋面光伏面板采用單片玻璃時，其厚度不應小于3.5mm。

　　屋面光伏面板采用夾膠玻璃時，兩片單片玻璃的厚度均不應小于3mm。

　　面板的結構計算可按《玻璃幕墻工程技術規范》JGJ 102-2003的規定進行。

　　由荷載標準值產生的面板撓度，邊支承面板不宜大于短邊的1/60；點支承面板不宜大于沿較大邊長支承點間距的1/60。并且面板的變形還應滿足電氣性能對撓度的限制。

　　6  支承結構設計
　　支承結構設計應遵照《鋼結構設計規范》GB 50017-2003 和《鋁合金結構設計規范》GB 50429-2007 的規定進行。

　　鋼支架構件的截面厚度不應小于2.0mm，其鋼種、牌號和質量等級應符合現行國家標準和行業標準的規定。鋼材之間進行焊接時，應符合現行國家標準和行業標準的規定。

　　鋼支架應采取有效的防腐措施。當采用熱浸鋅防腐處理時，鋅膜厚度不宜小于80um。采用氟碳噴涂時涂膜厚度不宜小于40um。采用防銹漆或其他防腐涂料時應遵照相應的技術規定。

　　腐蝕嚴重地區的鋼支架，必要時可預留截面的腐蝕厚度。例如，原設計壁厚為4mm的鋼型材，考慮到鋼材的腐蝕速度為 0.01mm～0.02mm / 年，實際下料時選用6mm的型材，即使不加防腐，任由鋼材腐蝕，50 年后鋼材的有效壁厚還會剩下不小于 4mm，滿足設計要求。

　　在風荷載標準值作用下，面板支架的頂點水平位移不宜大于其高度的1/150。

　　7  連接設計
　　鋼支架的連接采用焊接時，鋼材的材質應采用Q235B或Q345B。焊縫應按國家標準《鋼結構設計規范》GB 50017進行設計。焊接應符合國家標準《建筑鋼結構焊接規程》 GB/T 8162和行業標準《建筑鋼結構焊接技術規程》JGJ 81的規定（圖27～圖30）。

　　鋼支架的連接采用螺栓連接時，應按照國家標準《鋼結構設計規范》GB 50017進行設計，連接處的螺栓不應少于2個。碳素鋼螺栓應符合國家標準的要求，并應進行防腐處理；不銹鋼螺栓的材質不應低于S304XX（圖31）。

　　鋼支架與主體結構的連接應能承受光伏系統結構傳來的內力設計值。

　　鋼支架與主體鋼結構相連接時，可采用焊接或螺栓連接，并應符合相應規范的規定。鋼支架與主體鋼結構宜通過主體鋼結構事先焊好的連接板進行焊接，直接在主體鋼結構上進行焊接應取得鋼結構設計和施工單位的同意。

　　鋼支架與主體混凝土結構應通過預埋件連接。預埋件應在主體結構混凝土施工時埋入，預埋件的位置應準確。預埋件應按國家標準《混凝土結構設計規范》GB 50010 進行設計。

　　鋼支架與主體混凝土結構采用后加錨栓連接時，應符合下列規定：

　　1.產品應有出廠合格證；

　　2.碳素鋼錨栓應經過防腐處理；不銹鋼錨栓的材質不低于S304XX；

　　3.應通過現場拉拔實驗確定承載力標準值；確定其承載力設計值時，材料分項系數不應小于2.15；

　　4.每個連接點錨栓不應少于2個，錨栓直徑不應小于8mm；

　　5.采用化學錨栓時，不宜在錨板上進行連續的、受力的焊縫焊接。

　　8  小結
　　突出屋面的分離式光伏系統不同于合一式的光伏系統，屋面光伏組件不要求具有建筑功能，不需要密封。它是屋面的小附屬結構，破壞后有承重屋面承托，并不產生大的安全問題，安全性要求可以按最低標準考慮。因此屋面光伏系統不應按通常的屋面或采光頂進行設計。

　　按照本文的建議進行屋面光伏系統設計，將顯著減少面板和支架的材料用量，顯著減低結構造價，有利于屋面光伏系統的推廣應用。【完】

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