摘要：从前期实地勘查，到中期结构校核、支座选型以及后期安全施工，通过阐述彩钢瓦屋面光伏支架设计的完整流程，为光伏结构设计提供了一个初步的思路。
关键词：彩钢瓦屋面；光伏；支座；选型；设计
0引言
彩钢瓦是采用钢板经辊压冷弯成各种波型在加上彩色涂层的压型板，它适用于工业与民用建筑、仓库、特种建筑、大跨度钢结构房屋的屋面等，具有质轻、高强、色泽丰富、施工方便快捷、抗震、防火、防雨、寿命长、免维护等特点，现已被全世界广泛推广应用。
以广州为例，增城、从化、番禺、黄埔等周边区域的工业园区都是联片建设的标准化厂房，数量多面积大，非常适合大规模铺设太阳能电池组件，往往一次可以建设几十兆瓦的光伏电站，因此彩钢瓦屋面也成为了大容量分布式光伏的首要选择。
十二五以来，我国光伏发电市场逐步扩大，特别是2013年国家出台了《关于促进光伏产业健康发展的若干意见》及其配套扶持政策后，我国光伏产业规模进一步壮大。与此同时，急速发展的势头并未得到有效的监管以及规范化的支撑，市场上出现了大量跑马圈地、过度扩张、恶性价格战、零基础零培训上岗、施工混乱、设计无依据、后期维护管理不力等“乱象”。
本文从土建设计角度出发，对彩钢瓦屋面光伏支座从选择到设计进行探讨，提供一个光伏结构设计的理论思路。
1实地考察
每一个光伏项目立项至实施过程中，均有必要会同业主、施工、供电局等相关部门前往拟选屋面所在地进行实地考察。考察方向建议由总体至细部可分为：
1）了解厂区总体情况。需了解厂区有无明显污染源，有无爆炸性气体或粉尘；了解厂区总平面布置情况；了解周围建筑布置情况；了解建筑物相互之间的关系以及遮挡情况；
2）了解厂区设备运输及吊装条件；
3）了解光伏施工时的停电或停工条件；
4）了解屋面情况。结合图纸及现场勘查，明确屋面形式和锈蚀、变形、破损情况；了解屋面及主体结构的维护修理情况；复核屋顶女儿墙的高度；复核屋顶气楼的高度、尺寸和位置；复核采光带的位置和尺寸；
5）明确光伏组件的形式及铺设方式，电缆走线的初选路径。
6）明确光伏构件后期维护方案的实施是否可行，组件清洗水源、维护人员行进路径是否能够满足需求。
2结构校核
目前光伏荷载复核大致分为两类：第一类主要为近年来新建厂房，根据业主规划需求，该类厂房已预留光伏荷载，需根据具体光伏形式复核增加荷载是否满足预留额度；第二类主要为老旧厂房，该类厂房并未考虑光伏荷载，需将实际光伏荷载按照活荷载施加于屋面上，重新核算屋面以及主体结构的承载力及正常使用极限状态是否满足，对于不满足区域，考虑放弃敷设或者进行加固后再敷设。本文所述设计结构校核主要针对第二类厂房形式，校核过程中，设计需注意以下几点：
1)收集厂房图纸。因许多厂区的竣工图纸或缺失，或图纸与现场不符等，因此需结合图纸及现场勘查，明确主体结构形式，向业主了解主体结构的维护修理历史；
2)根据原有建筑物的屋面形式、结构形式、可能的施工措施等，确定光伏阵列的布置形式以及支架布置方案，最后可计算得出光伏荷载及施工荷载。
3)结合3D3S、盈建科、PKPM、SAP2000等软件，对主要结构受力构件进行建模核算，注意不能仅对屋面檩条进行核算，主体结构也需要严格复核。
4)对不满足承载力或正常使用条件的结构区域，出具加固方案，需结合投资造价、厂区业主需求、加固施工可行性，最后决定放弃部分光伏屋面或进行结构加固。
3支座选择
厂房屋面通常为坡屋面，综合考量造价以及受力要求，光伏面板通常不考虑最佳角度而按照屋面坡度顺屋面敷设于光伏支架上。光伏支架主要由导轨及支座组成，一般为成品定制，主要材质有铝合金、碳钢及不锈钢。铝合金材质自重小，一般用作光伏面板的导轨，碳钢及不锈钢材质受力性能好，一般用作光伏面板导轨的支座。光伏导轨按照承受均布荷载的简支梁或连续梁设计，满足承载力及正常使用需求即可，本文主要讨论光伏支座的设计与选用。
目前市面上根据彩钢瓦屋面的形式而衍生出的不同支座形式已比较齐全，主要分为四类：
1）夹具型。即针对彩钢瓦的瓦楞截面形状而生产的相应截面形状的夹具，通过夹具上的紧固螺栓将夹具紧固在瓦楞上，主要形式有直立锁边型（图1）、角驰型（图2）。该类型的优点为不会破坏原有的结构，不易导致屋顶漏水或者整体结构损坏。但缺点也比较明显，在长时间的风荷载，雪荷载及地震荷载的作用下，极易松动甚至脱落从而影响其使用寿命，解决方法为控制施工安装质量，人工定期进行设备的检查以及后期维护。
图1 直立锁边型夹具支座 图2 角驰型夹具支座
2）明钉型（图3）。主要针对梯形瓦屋面，即先在夹具与梯形瓦楞之间放置防水胶条或涂刷防水胶 ，然后将夹具与梯形彩钢瓦的两个斜面或上端面使用螺栓或铆钉固定的连接方式。该类型的缺点是屋面打孔会破坏原有屋面防水效果，即使垫上防水胶条或涂刷防水胶也难以达到原来的防水效果，在长时间的环境和荷载作用下，防水胶条或防水胶会因老化开裂及变形从而造成雨水渗透。其次，夹具通过打孔加螺栓或铆钉与彩钢瓦连接，因彩钢瓦仅为0.25mm~0.8mm厚，螺栓或铆钉的受力截面很薄，连接强度不易满足。因此，该种型式已使用较少。
图3 明钉型支座 图4 角驰型加高冷焊支座
3）胶粘型。即夹具全部采取强力胶同屋面粘接的连接方式。同明钉型类似，其同样面临强力胶老化变形及连接强度不足的风险，设计使用也较少。
4）冷焊型（图4）。即采用专用焊接设备,在屋面焊接螺栓,在焊接螺栓上安装光伏支座。该类型的优点是不破坏原屋面防水，适用性广，承载能力及耐久性均较好。缺点是对对设备及施工人员的要求非常高，极易操作不当造成屋面破坏或连接强度不满足要求。目前该类型还未被广泛采用，成效还有待实践检验。
4 施工安全
屋面光伏项目有其施工上的特殊性，综合考虑现场施工条件，选择合适的施工工艺，论证施工可行性，实地考察安全施工面是否足够，停电、停工措施须得到厂区业主及监管部门的同意。同时严格做好设计交底，并给出高空作业等施工中的安全与质量的注意事项。
5 结语
本文仅从瓦屋面光伏支架设计的角度出发，以点及面，从前期勘查立项至后期施工，整理并提供了一个光伏结构设计的思路。光伏结构设计往往因其看似简单而被设计人员所忽视，容易导致设计毫无依据和章法，经不起推敲，望共勉。
参考文献
[1]章海灿杨松等.分布式光伏电站的屋面选择与支架结构方案研究[J].太阳能，2016,(3)：60-63.
通讯作者：唐雪梅，女，四川德阳人，硕士，从事变电工程设计（E-mail:864778804@qq.com）
论文作者:唐雪梅1,兰灵2
论文发表刊物:《电力设备》2018年第20期
论文发表时间:2018/11/13
标签：屋面论文; 光伏论文; 支座论文; 荷载论文; 夹具论文; 结构论文; 形式论文; 《电力设备》2018年第20期论文;