钢结构厂房安装光伏后钢柱平面外稳定性超限加固方法

钢结构厂房安装光伏后钢柱平面外稳定性超限加固方法

张凯

华茗设计集团有限公司宁波高新区分公司 宁波 315000

摘要：为响应国家发展环保能源的号召，许多新建厂房和旧厂房在屋顶纷纷装上了光伏发电系统，部分旧厂房由于没有预留足够的荷载则需要进行加固，本文中举例说明了当钢柱平面外稳定性超限时的加固方法：增加刚性系杆加固。

关键词：光伏   钢柱平面外稳定性超限   系杆加固   不动火

福建厦门港某物流仓库单体屋顶面积约28350㎡；长度262.50m，宽度108.00 m；门式钢架结构；建筑檐口高度10.50 m，柱距 6.5、6.2 m，屋面构造做法（从上往下）：0.6mm厚灰色压型钢板+保玻璃温棉+檩条+钢梁，钢柱、钢梁材质 Q345-B ；檩条截面XZ200X75X20X1.6，材质 Q345-B，檩条间距1.550 m。

建设方拟在屋面上铺设太阳能电池板及附件设备，光伏组件系统通过导轨支架固定彩钢瓦的瓦楞上，光伏组件系统的折算均布恒荷载标准值不大于15kg/㎡（0.15KN/㎡）。

复核荷载取值1、钢结构屋面：

①屋顶设计恒荷载标准值： 0.25 KN/ m2

②屋面设计活荷载标准值： 0.30 KN/ m2（钢架）

                                     0.50 KN/ m2（檩条）

③光伏荷载：  不大于0.15 KN/ m2

2、气象条件：

①基本风压：  0.80 KN/ m2

②基本雪压：  0.00 KN/ m2（百年一遇）

3、屋面荷载复核计算：

根据建设方提供的电子版施工图及光伏技术资料，采用中国建筑科学研究院的PKPM系列结构计算软件V5.2版本，按现有结构布置、构件截面、材质和荷载情况建立计算模型，按增加太阳能设备荷载后的工况进行计算复核。

物流仓库屋顶后增光伏组件系统恒荷载标准值：不大于0.15 KN/㎡，檩条满足设计要求；钢梁满足设计要求；钢柱强度满足设计要求,局部稳定性不满足设计要求。

钢架计算书如下：

                        ---- 总信息 ----

    结构类型: 门式刚架轻型房屋钢结构

    设计规范: 按《门式刚架轻型房屋钢结构技术规范》(GB51022-2015)计算

    结构重要性系数:  1.00

    节点总数:    17

    柱数:     4

    梁数:    12

    支座约束数:  4

    标准截面总数:  9

    活荷载计算信息: 考虑活荷载不利布置

    风荷载计算信息: 计算风荷载

    钢材: Q345(Q355)

    梁柱自重计算信息: 柱梁自重都计算

    恒载作用下柱的轴向变形: 考虑

    梁柱自重计算增大系数:  1.15

    基础计算信息: 计算基础

    梁刚度增大系数:  1.00

    钢结构净截面面积与毛截面面积比:  0.95

    门式刚架梁平面内的整体稳定性: 不验算

    程序自动确定允许的长细比

    钢梁(恒+活)容许挠跨比:   l /  180

    柱顶容许水平位移/柱高:   l /   60

    地震影响系数取值依据: 10抗规(2010版)

    特征周期(s):  0.45

    水平地震影响系数最大值αmax:  0.12

    地震作用计算: 计算水平地震作用

    计算振型数：  3

    地震烈度： 7.50

    场地土类别：Ⅱ类

    附加重量节点数：  0

    设计地震分组：第三组

    周期折减系数:0.80

    地震力计算方法：振型分解法

    结构阻尼比：0.050

按GB50011-2010 地震效应增大系数 1.050

计算结果显示：钢梁满足设计要求；钢柱强度满足设计要求,平面外稳定性不满足设计要求。故需要对钢柱进行加固处理。

加固方式：边柱钢柱间增加刚性系杆。由于仓库内堆满了货物，业主安全考虑要求不能动火，则选用了螺栓连接的方式。

加固节点图如下所示：

加固完成后，重新复核计算：

结果显示：物流仓库钢柱经过加固处理后，屋面增加光伏组件系统，整体荷载满足国家规范标准要求。

规范依据《建筑结构可靠度设计统一标准》（GB50068-2018）

《建筑结构荷载规范》（GB50009-2012）

《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）（2016年版）

《民用建筑可靠性鉴定标准》GB50292

《工业厂房可靠性鉴定标准》GB50144

《钢结构设计标准》（GB50017-2017）

《冷弯薄壁型钢结构技术规范》（GB50018-2002）

《门式刚架轻型房屋钢结构技术规范》（GB51022-2015）

《钢结构加固设计标准》GB51367-2019