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:
单体名称 | 复核恒荷载 KN/㎡ | 复核活荷载KN/㎡ | 备注 |
物流仓库 | 0.40(刚架) 0.35(檩条) | 0.30(刚架) 0.50(檩条) | 光伏组件荷载不大于0.15KN/㎡ |
注:车间不考虑吊挂荷载 |
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