轻钢屋面与光伏组件支撑复合增大承载力方法与结构体系的制作方法
【专利摘要】本发明涉及轻钢结构厂房上光伏太阳能布设技术，具体是轻钢屋面与光伏组件支撑复合增大承载力方法与结构体系。包括以下步骤：（1）分别计算既有轻钢屋面支撑结构的立柱、横梁及檩条的承载能力；（2）分别计算既有光伏组件支撑结构中的导轨、副梁及支座的承载能力；（3）分别计算既有轻钢屋面与光伏组件系统施加的载荷；（4）计算既有轻钢屋面与光伏组件共同施加的载荷；（5）将光伏组件支撑结构中的导轨及副梁对应固定于既有轻钢屋面支撑结构的檩条及横梁上方构成光伏轻钢屋面复合支撑结构；(6)根据上述（1）、（2）、（3）、（4）的计算结果，确定（5）中导轨与檩条、副梁与横梁之间的连接方式和导轨、副梁及其支座几何尺寸、使用材料。
【专利说明】
轻钢屋面与光伏组件支撑复合増大承载力方法与结构体系
技术领域
[0001] 本发明设及轻钢结构厂房上光伏太阳能布设技术，具体是轻钢屋面与光伏组件支 撑复合增大承载力方法与结构体系。
【背景技术】
[0002] 太阳能光伏发电因其具有清洁、安全、便利、高效、可再生、可持续发展等优点，现 已成为世界各国普遍关注和重点发展的新兴产业。太阳能电池组件(光伏电板)作为发电系 统的重要构件，需要安置到合适的地方吸收太阳能。工业厂房的屋顶因为面积大并且较为 平坦，是理想的安置光伏电板的场所，适于屋顶光伏发电项目的建设。
[0003] 目前，既有建筑屋顶光伏W轻钢厂房屋面为主，其原结构设计中并没有考虑光伏 组件及支撑体系的载荷，因此，大多轻钢(厂房)屋面需要进行既有建筑结构增大荷载承载 能力的加固或改造。对钢屋盖部分进行结构加固的技术可有多种，例如加大截面法、粘钢 法、增加支撑法等，但是运些加固方法对厂房内的生产活动影响较大，而且加固施工的工期 较长，增大制作成本。
[0004] 因此，轻钢厂房上光伏太阳能的布设不进行原结构加固，能够在厂房外施工，不影 响厂房内正常工作，成为了本领域技术研发的目标。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的是提供一种增加既有轻钢屋面承载能力，来满足其光伏布设载荷要 求的轻钢屋面与光伏组件支撑复合增大承载力方法与结构体系。
[0006] 为实现上述目的，本发明采用W下技术方案，轻钢屋面与光伏组件支撑复合增大 承载力方法，包括W下步骤： (1)分别计算既有轻钢屋面支撑结构的立柱、横梁及標条的承载能力； 间分别计算既有光伏组件支撑结构中的导轨、副梁及支座的承载能力； 间分别计算既有轻钢屋面与光伏组件系统施加的载荷； (4)计算既有轻钢屋面与光伏组件共同施加的载荷； 间将光伏组件支撑结构中的导轨及副梁对应固定于既有轻钢屋面支撑结构的標条及 横梁上方构成光伏轻钢屋面复合支撑结构； (6)根据上述(1)、（2)、（3)、（4)的计算结果，确定(5)中导轨与標条、副梁与横梁之间的 连接方式和导轨、副梁及其支座几何尺寸、使用材料。
[0007] 光伏组件中导轨、副梁分别固定在既有轻钢屋面的標条和横梁之上，支座固定在 导轨和標条、副梁和横梁之间，通过设置支座的位置来提高轻钢屋面承载力，同时，使既有 轻钢屋面结构与光伏组件支撑体系构成复合结构能够承载轻钢屋面与光伏组件共同施加 的载荷。光伏组件中导轨、副梁组成的支撑系统能够单独承载光伏组件，则光伏组件的副梁 固定在既有轻钢屋面的横梁上，导轨固定在副梁上，支座固定在副梁和横梁之间，通过设置 支座的位置来提高横梁承载力。
[0008] 既有轻钢屋面结构的横梁承载力能够满足光伏组件设置，则光伏组件中导轨固定 在既有轻钢屋面的標条上，支座固定在导轨和標条之间，通过设置支座的位置来提高標条 承载力。
[0009] 標条不足W承载光伏组件载荷，但材料性能又具备一定承载能力时，则標条与导 轨之间设N个固定支座构成光伏轻钢屋面复合標条，N的个数和位置由结构分析计算软件 PK-PM确定； 当N = 2时，支座到標条端部固定支点的距离为a,
qi为 原结构屋面恒荷载，Q2为光伏组件荷载与屋面活、风、雪等荷载的组合，L为横梁的跨度； 当N = 4时，两个支座位于標条的端部，另外两个支座到標条端部的距离为a,
L为標条的跨度。
[0010] 横梁不足W承载光伏组件载荷，但材料性能又具备一定承载能力时，则横梁与副 梁之间设N个固定支座构成光伏轻钢屋面复合横梁，N的个数和位置由结构分析计算软件 PK-PM确定； 当N=2时，支座到横梁端部固定支点的距离为
! qi为 原结构屋面恒荷载，Q2为光伏组件荷载与屋面活、风、雪等荷载的组合，L为横梁的跨度； 当N = 4时，两个支座位于横梁的端部，另外两个支座到横梁端部的距离为a,
L为横梁的跨度。
[0011] 既有轻钢屋面的標条与横梁不足W承载光伏组件载荷，则標条与导轨、横梁与副 梁之间分别设N个固定支座构成光伏轻钢屋面复合支撑结构，N的个数和位置由结构分析计 算软件PK-PM确定； 当N = 2时，导轨与副梁下的支座分别到標条或横梁端部固定支点的距离为a,
qi为原结构屋面恒荷载，Q2为光伏组件荷载与屋面活、风、 ? 雪等荷载的组合，L为標条或横梁的跨度；
当N = 4时，导轨与副梁下的两个支座分别位于標条或横梁的端部，导轨与副梁下的另 外两个支座到標条或横梁端部的距离为a L为標条或横梁的跨度。
[0012] 光伏组件支撑中的导轨及副梁对应固定于既有轻钢屋面结构的標条及横梁上，共 同构成支撑光伏组件和轻钢屋面的复合结构。
[0013] ①既有轻钢屋面的横梁及標条的承载能力不能够承载轻钢屋面与光伏组件共同 施加的载荷，则光伏组件支撑体系中的导轨及副梁对应固定于既有轻钢屋面的標条及横梁 上，共同构成支撑光伏组件和轻钢屋面的复合结构;②当光伏组件中导轨、副梁组成的支撑 系统能够单独承载光伏组件，则光伏组件的副梁固定在既有轻钢屋面的横梁上，导轨固定 在副梁上，支座固定在副梁和横梁之间，共同构成复合横梁;③当既有轻钢屋面结构的横梁 承载力能够满足光伏组件设置，则光伏组件中导轨固定在既有轻钢屋面的標条上，支座固 定在导轨和標条之间，共同构成复合標条。
[0014] 既有轻钢屋面的標条不足W承载光伏组件载荷，但材料性能又具备一定承载能力 时，则標条与导轨之间设N个固定支座构成光伏轻钢屋面复合支撑结构，N的个数和位置由 结构分析计算软件PK-PM确定； 当N = 2时，支座到標条端部固定支点的距离为a
qi为 原结构屋面恒荷载，Q2为光伏组件荷载与屋面活、风、雪等荷载的组合，L为横梁的跨度； 当N = 4时，两个支座位于標条的端部，另外两个支座到標条端部的距离为a,
L为標条的跨度。
[0015] 既有轻钢屋面的横梁不足W承载光伏组件载荷，但材料性能又具备一定承载能力 时，则横梁与副梁之间设N个固定支座构成光伏轻钢屋面复合支撑结构，N的个数和位置由 结构分析计算软件PK-PM确定； 当N = 2时，支座到横梁端部固定支点的距离为a
qi为 原结构屋面恒荷载，Q2为光伏组件荷载与屋面活、风、雪等荷载的组合，L为横梁的跨度； 当N = 4时，两个支座位于横梁的端部，另外两个支座到横梁端部的距离为a,
L为横梁的跨度。
[0016] 既有轻钢屋面的標条与横梁均不足W承载光伏组件载荷，则標条与导轨、横梁与 副梁之间分别设N个固定支座构成光伏轻钢屋面复合支撑结构，N的个数和位置由结构分析 计算软件PK-PM确定； 当N = 2时，导轨与副梁下的支座分别到標条或横梁端部固定支点的距离为a,
qi为原结构屋面恒荷载，Q2为光伏组件荷载与屋面活、风、 雪等荷载的组合，L为標条或横梁的跨度； 当N = 4时，导轨与副梁下的两个支座分别位于標条或横梁的端部，导轨与副梁下的另 外两个支座分别到標条或横梁端部的距离为a
L为標条或横梁的跨度。
[0017] 与现有技术相比，本发明的有益效果是:光伏板导轨作为新支撑，承担光伏组件等 载荷，通过在標条或横梁上安装支座来减小导轨或副梁的截面尺寸，达到尽可能减少用材 料量，同时，通过支座位置的调整来减少既有钢结构屋面的標条或横梁中晓度、弯矩等力学 参数，使其满足新的屋面载荷要求，即光伏组件系统支撑与既有轻钢厂房结构构件通过其 间的支座等措施，二者形成钢结构复合体系，共同支撑新屋面所有载荷。
【附图说明】
[001引图1是本发明的结构示意图一。
[0019] 图2是本发明的结构示意图二。
【具体实施方式】
[0020] 轻钢屋面与光伏组件支撑复合增大承载力方法，包括W下步骤： (1)分别计算既有轻钢屋面支撑结构的立柱、横梁及標条的承载能力； 间分别计算既有光伏组件支撑结构中的导轨、副梁及支座的承载能力； 间分别计算既有轻钢屋面与光伏组件系统施加的载荷； (4)计算既有轻钢屋面与光伏组件共同施加的载荷； 间将光伏组件支撑结构中的导轨及副梁对应固定于既有轻钢屋面支撑结构的標条及 横梁上方构成光伏轻钢屋面复合支撑结构； (6)根据上述(1)、（2)、（3)、（4)的计算结果，确定(5)中导轨与標条、副梁与横梁之间的 连接方式和导轨、副梁及其支座几何尺寸、使用材料。
[0021] 既有轻钢屋面结构与光伏组件支撑体系构成复合结构的承载能力能够承载轻钢 屋面与光伏组件共同施加的载荷，则光伏组件支撑中的导轨4及副梁对应固定于既有轻钢 屋面结构的標条7及横梁8上，共同构成支撑光伏组件和轻钢屋面的复合结构。
[0022] 光伏组件中导轨4、副梁5组成的支撑系统能够单独承载光伏组件，则光伏组件的 副梁5固定在既有轻钢屋面的横梁8上，导轨4固定在副梁5上，支座3固定在副梁5和横梁8之 间，通过设置支座3的位置来提高横梁8承载力。
[0023] 既有轻钢屋面结构的横梁8承载力能够满足光伏组件设置，则光伏组件中导轨4固 定在既有轻钢屋面的標条7上，支座3固定在导轨4和標条7之间，通过设置支座3的位置来提 高標条7承载力。
[0024] 光伏组件中导轨4、副梁5分别固定在既有轻钢屋面的標条7和横梁8之上，支座3固 定在导轨4和標条7、副梁5和横梁8之间，通过设置支座3的位置来提高轻钢屋面承载力。
[0025] 標条7不足W承载光伏组件载荷，但材料性能又具备一定承载能力时，则標条7与 导轨4之间设N个固定支座3构成光伏轻钢屋面复合標条，N的个数和位置由结构分析计算软 件PK-PM确定； 当N = 2时，支座3到標条7端部固定支点的距离为a
qi 为原结构屋面恒荷载，q2为光伏组件荷载与屋面活、风、雪等荷载的组合，L为横梁的跨度； 当N = 4时，两个支座3位于標条7的端部，另外两个支座3到標条7端部的距离为a,
L为標条的跨度。
[0026] 横梁8不足W承载光伏组件载荷，但材料性能又具备一定承载能力时，则横梁8与 副梁5之间设N个固定支座3构成光伏轻钢屋面复合横梁，N的个数和位置由结构分析计算软 件PK-PM确定； 当N = 2时，支座3到横梁8端部固定支点的距离为C qi 为原结构屋面恒荷载，Q2为光伏组件荷载与屋面活、风、雪等荷载的组合，L为横梁的跨度； 当N = 4时，两个支座3位于横梁8的端部，另外两个支座3到横梁8端部的距离为a,
L为横梁的跨度。 ，'
[0027] 既有轻钢屋面的標条7与横梁8不足W承载光伏组件载荷，则標条7与导轨4、横梁8 与副梁5之间分别设N个固定支座3构成光伏轻钢屋面复合支撑结构，N的个数和位置由结构 分析计算软件PK-PM确定； 当N = 2时，支座到標条7或横梁8端部固定支点的距离为a，
qi为原结构屋面恒荷载，q2为光伏组件荷载与屋面活、风、 雪等荷载的组合，L为標条或横梁的跨度； 当N=4时，两个支座3位于標条7或横梁8的端部，另外两个支座3到標条7或横梁8端部 的距离为a
^为標条或横梁的跨度。
[0028] 轻钢屋面与光伏组件支撑复合增大承载力方法的结构体系，光伏组件支撑中的导 轨4及副梁5对应固定于既有轻钢屋面结构的標条7及横梁8上，共同构成支撑光伏组件和轻 钢屋面的复合结构。①既有轻钢屋面的横梁8及標条7的承载能力不能够承载轻钢屋面与光 伏组件共同施加的载荷，则光伏组件支撑体系中的导轨4及副梁5对应固定于既有轻钢屋面 的標条7及横梁8上，共同构成支撑光伏组件和轻钢屋面的复合结构;②当光伏组件中导轨 4、副梁5组成的支撑系统能够单独承载光伏组件，则光伏组件的副梁5固定在既有轻钢屋面 的横梁8上，导轨4固定在副梁5上，支座3固定在副梁5和横梁8之间，共同构成复合横梁;③ 当既有轻钢屋面结构的横梁8承载力能够满足光伏组件设置，则光伏组件中导轨4固定在既 有轻钢屋面的標条7上，支座3固定在导轨4和標条7之间，共同构成复合標条。
[0029] 如图1所示，既有轻钢屋面的標条不足W承载光伏组件载荷，但材料性能又具备一 定承载能力时，则標条与导轨之间设N个固定支座构成光伏轻钢屋面复合支撑结构，N的个 数和位置由结构分析计算软件PK-PM确定； 当N = 2时，支座到標条端部固定支点的距离为E
qi为 原结构屋面恒荷载，Q2为光伏组件荷载与屋面活、风、雪等荷载的组合，L为横梁的跨度； 当N = 4时，两个支座位于標条的端部，另外两个支座到標条端部的距离为a,
L为標条的跨度。
[0029]如图2所示，既有轻钢屋面的横梁不足W承载光伏组件载荷，但材料性能又具备一 定承载能力时，则横梁与副梁之间设N个固定支座构成光伏轻钢屋面复合支撑结构，N的个 数和位置由结构分析计算软件PK-PM确定； 当N = 2时，支座到横梁端部固定支点的距离为a, 化为 原结构屋面恒荷载，Q2为光伏组件荷载与屋面活、风、雪等荷载的组合，L为横梁的跨度； 当N = 4时，两个支座位于横梁的端部，另外两个支座到横梁端部的距离为a,
横梁的跨度。
[0030]既有轻钢屋面的標条与横梁均不足W承载光伏组件载荷，则標条与导轨、横梁与 副梁之间分别设N个固定支座构成光伏轻钢屋面复合支撑结构，N的个数和位置由结构分析 计算软件PK-PM确定； 当N = 2时，支座到標条或横梁端部固定支点的距离为a，
qi为原结构屋面恒荷载，q2为光伏组件荷载与屋面活、风、 雪等荷载的组合，L为標条或横梁的跨度； 当N = 4时，导轨与副梁下的两个支座分别位于標条或横梁的端部，导轨与副梁下的另 外两个支座分别到標条或横梁端部的距离为a，
L为標条或横梁的跨度。
【主权项】
1. 轻钢屋面与光伏组件支撑复合增大承载力方法，包括以下步骤： ⑴分别计算既有轻钢屋面支撑结构的立柱、横梁及檩条的承载能力； ⑵分别计算既有光伏组件支撑结构中的导轨、副梁及支座的承载能力； (3)分别计算既有轻钢屋面与光伏组件系统施加的载荷； ⑷计算既有轻钢屋面与光伏组件共同施加的载荷； (5) 将光伏组件支撑结构中的导轨及副梁对应固定于既有轻钢屋面支撑结构的檩条及 横梁上方构成光伏轻钢屋面复合支撑结构； (6) 根据上述（1)、（2)、（3)、（4)的计算结果，确定(5)中导轨与檩条、副梁与横梁之间的 连接方式和导轨、副梁及其支座几何尺寸、使用材料。2. 根据权利要求1所述的轻钢屋面与光伏组件支撑复合增大承载力方法，其特征在于： 光伏组件中导轨、副梁分别固定在既有轻钢屋面的檩条和横梁之上，支座固定在导轨和檩 条、副梁和横梁之间，通过设置支座的位置来提高轻钢屋面承载力，同时，使既有轻钢屋面 结构与光伏组件支撑体系构成复合结构能够承载轻钢屋面与光伏组件共同施加的载荷。3. 根据权利要求1所述的轻钢屋面与光伏组件支撑复合增大承载力方法，其特征在于： 光伏组件中导轨、副梁组成的支撑系统能够单独承载光伏组件，则光伏组件的副梁固定在 既有轻钢屋面的横梁上，导轨固定在副梁上，支座固定在副梁和横梁之间，通过设置支座的 位置来提高横梁承载力。4. 根据权利要求1所述的轻钢屋面与光伏组件支撑复合增大承载力方法，其特征在于： 既有轻钢屋面结构的横梁承载力能够满足光伏组件设置，则光伏组件中导轨固定在既有轻 钢屋面的檩条上，支座固定在导轨和檩条之间，通过设置支座的位置来提高檩条承载力。5. 根据权利要求1所述的轻钢屋面与光伏组件支撑复合增大承载力方法，其特征在于： 檩条不足以承载光伏组件载荷，但材料性能又具备一定承载能力时，则檩条与导轨之间设N 个固定支座构成光伏轻钢屋面复合檩条，N的个数和位置由结构分析计算软件PK-PM确定；当N = 2时，支座到檩条端部固定支点的距离为8: qi为 > 原结构屋面恒荷载，q2为光伏组件荷载与屋面活、风、雪等荷载的组合，L为横梁的跨度； 当N = 4时，两个支座位于檩条的端部，另外两个支座到檩条端部的距离为a，L为檩条的跨度。6. 根据权利要求1所述的轻钢屋面与光伏组件支撑复合增大承载力方法，其特征在于： 横梁不足以承载光伏组件载荷，但材料性能又具备一定承载能力时，则横梁与副梁之间设N 个固定支座构成光伏轻钢屋面复合横梁，N的个数和位置由结构分析计算软件PK-PM确定； 当N = 2时，支座到横梁端部固定支点的距离为a,Ii为 原结构屋面恒荷载，q2为光伏组件荷载与屋面活、风、雪等荷载的组合，L为横梁的跨度； 当N = 4时，两个支座位于横梁的端部，另外两个支座到横梁端部的距离为a，L为横梁的跨度。7. 根据权利要求1所述的轻钢屋面与光伏组件支撑复合增大承载力方法，其特征在于： 既有轻钢屋面的檩条与横梁不足以承载光伏组件载荷，则檩条与导轨、横梁与副梁之间分 别设N个固定支座构成光伏轻钢屋面复合支撑结构，N的个数和位置由结构分析计算软件 PK-PM确定； 当N= 2时，导轨与副梁下的支座分别到檩条或横梁端部固定支点的距离为a，1 9:为原结构屋面恒荷载，q2为光伏组件荷载与屋面活、风、 雪等荷载的组合，L为檩条或横梁的跨度； 当N = 4时，导轨与副梁下的两个支座分别位于檩条或横梁的端部，导轨与副梁下的另 外两个支座到檩条或横梁端部的距离为iL为檩条或横梁的跨度。8. 轻钢屋面与光伏组件支撑复合增大承载力方法的结构体系，其特征在于:光伏组件 支撑中的导轨及副梁对应固定于既有轻钢屋面结构的檩条及横梁上，共同构成支撑光伏组 件和轻钢屋面的复合结构。9. 根据权利要求8所述的轻钢屋面与光伏组件支撑复合增大承载力方法的结构体系， 其特征在于:①既有轻钢屋面的横梁及檩条的承载能力不能够承载轻钢屋面与光伏组件共 同施加的载荷，则光伏组件支撑体系中的导轨及副梁对应固定于既有轻钢屋面的檩条及横 梁上，共同构成支撑光伏组件和轻钢屋面的复合结构;②当光伏组件中导轨、副梁组成的支 撑系统能够单独承载光伏组件，则光伏组件的副梁固定在既有轻钢屋面的横梁上，导轨固 定在副梁上，支座固定在副梁和横梁之间，共同构成复合横梁;③当既有轻钢屋面结构的横 梁承载力能够满足光伏组件设置，则光伏组件中导轨固定在既有轻钢屋面的檩条上，支座 固定在导轨和檩条之间，共同构成复合檩条。10. 根据权利要求8所述的轻钢屋面与光伏组件支撑复合增大承载力方法的结构体系， 其特征在于:既有轻钢屋面的檩条不足以承载光伏组件载荷，但材料性能又具备一定承载 能力时，则檩条与导轨之间设N个固定支座构成光伏轻钢屋面复合支撑结构，N的个数和位 置由结构分析计算软件PK-PM确定； 当Ν = 2时，支座到檩条端部固定支点的距离，qi为 原结构屋面恒荷载，q2为光伏组件荷载与屋面活、风、雪等荷载的组合，L为横梁的跨度； 当N = 4时，两个支座位于檩条的端部，另外两个支座到檩条端部的距离为a，L为檩条的跨度。11. 根据权利要求8所述的轻钢屋面与光伏组件支撑复合增大承载力方法的结构体系， 其特征在于:既有轻钢屋面的横梁不足以承载光伏组件载荷，但材料性能又具备一定承载 能力时，则横梁与副梁之间设N个固定支座构成光伏轻钢屋面复合支撑结构，N的个数和位 置由结构分析计算软件PK-PM确定；当N= 2时，支座到横梁端部固定支点的距离为a qi为 原结构屋面恒荷载，q2为光伏组件荷载与屋面活、风、雪等荷载的组合，L为横梁的跨度； 当N = 4时，两个支座位于横梁的端部，另外两个支座到横梁端部的距离为a，L为横梁的跨度。12.根据权利要求8所述的轻钢屋面与光伏组件支撑复合增大承载力方法的结构体系， 其特征在于:既有轻钢屋面的檩条与横梁均不足以承载光伏组件载荷，则檩条与导轨、横梁 与副梁之间分别设N个固定支座构成光伏轻钢屋面复合支撑结构，N的个数和位置由结构分 析计算软件PK-PM确定； 当N= 2时，导轨与副梁下的支座分别到檩条或横梁端部固定支点的距离为a，9:为原结构屋面恒荷载，q2为光伏组件荷载与屋面活、风、 雪等荷载的组合，L为檩条或横梁的跨度； 当N = 4时，导轨与副梁下的两个支座分别位于檩条或横梁的端部，导轨与副梁下的另 外两个支座分别到檩条或横梁端部的距离为L为檩条或横梁的跨度。
【文档编号】E04B7/00GK106013571SQ201610569310
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年7月19日
【发明人】关喜才
【申请人】关喜才