一种基于条形基础的光伏支架设计方法与流程

本发明属于光伏太阳能
技术领域：
，具体涉及一种基于条形基础的光伏支架设计方法。
背景技术：
：随着光伏电站容量不断增加，地势平坦、建设条件好的土地资源日趋减少。荒山、荒坡、鱼塘、沼泽等正成为光伏电站的主要建设场地。然而许多光伏建设场地地基承载能力差，使用独立基础不能满足承载力要求。因此需要考虑使用条形基础，例如场地表层有较厚的湿陷性黄土或者软粘土的情况。条形基础的整体性比较强，可以有效地调整不均匀沉降给上部支架结构带来的影响，减少组件隐裂情况的发生。一般在带有条形基础的光伏支架设计过程中，先确定光伏组件的安装方式(例如组件横向布置或竖向布置)，然后根据风、雪及重力荷载来确定檩条、斜梁、斜撑及立柱的截面尺寸和立柱间距。在这种设计方法中，构件截面尺寸和立柱间距的选择需要一定的设计经验，要设计出结构合理、用钢量最少的支架需要依靠具有丰富设计经验的设计者，相关的技术人才比较缺乏，同时很多企业并不具有这样的条件。在目前光伏行业竞争激烈、建造成本压力大的背景下，进一步降本增效已经成为企业寻求的生存法则。技术实现要素：本发明的目的就是为了解决上述问题而提供一种不需要设计者具有丰富设计经验也能达到减少光伏支架用钢量和降本增效目的的基于条形基础的光伏支架设计方法。本发明的目的通过以下技术方案实现：一种基于条形基础的光伏支架设计方法，具体包括以下步骤：(1)确定光伏组件的排布方式以及各主要受力构件的截面形状(例如立柱使用方形钢管，檩条使用u型钢)；(2)给立柱东西向间距设定一个初定值d1，给各主要受力构件的截面设定一个初定尺寸(先取一个较小的试探值)，并根据项目地的风、雪荷载及重力荷载获取主要受力构件的应力及变形位移，如果主要受力构件的强度和刚度都满足设计规范要求，则停止，并统计整体支架用钢量q1；否则调整主要受力构件的截面尺寸继续上述过程；(3)重新给定立柱东西向间距若干值d2，d3，d4…dn，分别重复步骤(2)，并统计整体支架用钢量q2，q3，q4…qn；(4)把由步骤(3)得到的一组数据，绘制以立柱间距d为横坐标，以整体支架用钢量q为纵坐标的二维关系曲线图，并拟合得到一条平滑曲线，找出整体支架用钢量最小为qmin时的立柱间距do；(5)根据支架整体长度和支架结构布置的实际需要，对do进行取整，重新进行步骤(2)的操作，得到各主要受力构件的最终截面尺寸和整体支架用钢量。本设计方法所涉及的光伏支架的主要受力构件包括立柱、斜梁和檩条，所述的立柱垂直安装在地面上的条形基础上，所述的斜梁倾斜安装在立柱上端，所述的檩条安装在斜梁上部，光伏组件安装在檩条上，所述的斜梁与立柱之间还可以设有用于加固的斜撑，所述的条形基础双排沿东西向布置在地面上。步骤(2)所述的在无任何设计经验情况下设计参数(立柱东西向间距d和构件截面尺寸)的确定方法，其具体设计流程为：立柱东西向间距d1和主要受力构件的初始截面尺寸随意指定，风、雪荷载及重力荷载组合根据《建筑结构荷载规范》(gb50009-2012)来确定，然后利用材料力学有关梁和杆的应力和变形位移计算公式，或用力学分析软件计算各主要受力构件的应力σ和变形位移y；若σ<[σ]则强度满足要求，若y<[y]则刚度满足要求([σ]和[y]分别为构件材料允许的应力和变形量)，可停止计算，当前选择的构件截面尺寸可作为设计尺寸；否则增大构件截面尺寸，重复上述计算，直至强度和刚度满足要求，此时统计支架用钢量，即把各个构件的重量相加可得。步骤(3)、(4)和(5)所述的找出钢支架重量最小的具体设计流程为：给立柱间距其他随意值d2，d3，d4…dn，并重复步骤(2)的计算过程得到对应的支架用钢量q2，q3，q4…qn；绘制以d为横坐标，以q为纵坐标的二维曲线图，并拟合得到一条平滑曲线，在曲线上找出q的最小值qmin，此时的立柱间距为do；对do进行取整，重新进行步骤(2)的操作，得到各主要受力构件的最终截面尺寸和最终用钢量。本设计方案采用流程化设计思路，通过计算数据建立立柱间距和支架用钢量间的关系，并找出经济合理的设计值。光伏支架立柱的东西向间距会影响主要受力构件(如立柱、斜梁和檩条)的截面尺寸，进而影响整体支架的用钢量，但立柱的数量多少不改变条形基础的成本，采用条形基础的光伏支架，主要优化的内容是合理选择立柱间距，使各主要受力构件截面尺寸尽可能的小，从而减少整体支架用钢量，降低成本。与现有技术相比，本方法提供了一种能够和条形基础相适应的流程化支架设计方法，设计者不需要具有丰富的设计经验，也能达到减少光伏支架用钢量和降本增效的目的，而且流程化的设计方法可以开发出计算机设计程序，提高设计效率。其优点具体为：1、该设计方法分析了条形基础和立柱数量对整体工程造价的影响机制：增加立柱数量并不会增加基础的成本，但可以减小各个主要受力构件尺寸，进而减小整体支架用钢量和总体成本。2、采用流程化的设计方案，不需要具有丰富设计经验也能找出结构合理、用钢量小的支架设计方案。3、流程化的设计方案有利于开发相应的计算机程序，节省人力劳动，提高设计效率。4、绘制立柱间距和用钢量关系曲线图，使设计数据形象化，有利于在不同构件尺寸、立柱间距和支架用钢量数据中选择即经济又符合实际需要的设计值。附图说明图1为光伏支架的侧视结构示意图；图2为条形基础的平面布置图；图3为立柱间距与支架用钢量关系曲线图；图4为本发明支架设计方法的流程框图；图中：1-条形基础，2-立柱，3-斜梁，4-檩条，5-光伏组件，6-斜撑，7-立柱安装位置。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。实施例1某光伏项目支架侧面图如图1所示，基础为条形基础，立柱安装位置7如图2所示，单个阵列光伏组件为2×11竖向布置。该光伏支架的主要受力构件包括立柱2、斜梁3、檩条4和斜撑6，光伏组件5固定在檩条4上，檩条4安装在斜梁3上，斜梁3倾斜安装在立柱2上端，立柱2垂直固定在条形基础1上，斜撑6设于立柱2与斜梁3之间，整个支架东西向长度11.3m，有4根檩条，立柱2南北向距离(前后立柱距离)2.2m。根据《建筑结构荷载规范》(gb50009-2012)确定的荷载组合，分配到每根檩条上的荷载为1.1kn/m。前立柱设计长度0.42m，后立柱长1.78m，斜梁长2.7m，斜撑长1.1m。参照图4，设计过程为：(1)各构件材料均选用q235镀锌钢，檩条选用u型钢，立柱、斜梁及斜撑均选用方管。(2)立柱东西向间距初定2m，檩条初始截面尺寸给定u41mm×41mm×2.5mm(高×宽×壁厚)，立柱、斜梁和斜撑初定截面尺寸均为40mm×40mm×2mm(高×宽×壁厚)。根据初定参数，按照步骤(2)计算各构件应力及变形位移。对于q235钢[σ]＝235mpa/1.2＝195.8mpa，对于简支梁[y]＝2l/180，对于悬臂梁[y]＝l/180，l为梁的长度。经过计算，当d＝2m时支架的最优用钢量为497.8kg。(3)重复步骤(2)，分别计算当d分别取2.2m、2.4m、2.6m、2.8m和3m时的支架最优用钢量，所得结果列于下表。(4)拟合并绘制d-q曲线，形状如图3，得到曲线最低点qmin＝488.2kg，do＝2.33m。(5)取do＝2.3m，计算支架用钢量为488.2kg，此时各构件截面最优尺寸如下表，最终完成设计计算。檩条u41mm×41mm×2.5mm立柱50mm×50mm×2mm斜梁50mm×50mm×2mm斜撑40mm×40mm×2mm当前第1页12