CN208415635U - 用于分布式光伏屋面的檩条加固的隅撑装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于分布式光伏屋面的檩条加固的隅撑装置及其施工方法，包括固定在屋顶的屋面钢梁所构成的支座和利用檩托连接在屋面钢梁上的Z字型或C字型檩条，在屋面钢梁的两侧分别倾斜地设置有隅撑，隅撑的上端与檩条固定连接，隅撑的下端与屋面钢梁的下部固定连接；隅撑在檩条上的连接点距支座中点的长度Lc与檩条跨度L₀的比值在0.1～0.2之间，隅撑与檩条的夹角α在20°以上。本实用新型改善檩条支撑结构状态，大幅提高荷载强度，且用料省、用工少和成本低，用于安装分布式光伏发电设备屋顶加强结构。

Description

用于分布式光伏屋面的檩条加固的隅撑装置

技术领域

本实用新型属于光伏发电技术领域，具体涉及一种安装分布式光伏发电设备的屋顶结构加强。

背景技术

屋顶分布式光伏发电近些年来取得了迅猛发展。分布式光伏需要大量的光照地面资源，而充分利用既有建筑屋面，不仅节地，而且对太阳能的利用是分散获取、就地消费，可节省高压传输与变配电成本。

分布式光伏的安装场地。目前常用的安装场地有空地、建筑屋顶、高速公路或铁路旁以及如滩涂等其他场合。这几种安装场地类型中，建筑屋面占比最大，且具有以下优势：

如上所述电能可以就地利用，节省高压传输变电等设施的投入，避免电能的传输损耗，提高利用效率；尤其是无需占用本已有限的土地资源；维护方便。

需要指出的是，既有建筑屋面基本都未考虑安装太阳能光伏的荷载，一般而言，现有屋面的承载力是不足以增加安装太阳能光伏设备的荷载的。如本实用新型项目重点针对的量大面广的工业厂房和物流建筑屋面基本都是轻钢结构形式，而且为节省建造成本，这类建筑原设计的容许承载力富余很小，因此在安装光伏设备前一般需要对屋面结构进行加固。

现有技术在轻钢屋面安装分布式太阳能光伏前，虽然也对轻钢屋顶进行加固，但其加固方案存在诸多的不尽如人意的之处。例如，常规的屋面***加固方案是将檩条加密，另一种是在檩条下翼缘加角钢。该加固方法是在原有轻钢屋面的每两相邻檩条之间加插一根檩条予以加密，如此一来，屋面承载加强显著，但其用材成本大，而且基本上需要全面积施工，因而对生产的影响比较大；现场需要新增檩托，以及和屋面板连接需要安装自攻螺钉，其安装成本大幅提高。

例如，专利号201320759000.0，名称为隅撑冷加工加固装置的专利，公开了一种隅撑冷加工加固装置，包括表面热镀锌处理的加固构件和紧固件，加固构件包括T型连接件、圆钢拉杆和角钢，其中：所述T型连接件用于隅撑一端与钢架横梁下翼缘板上方腹板之间的连接，所述隅撑另一端连接檩条；位于钢架横梁两侧的多根隅撑中每相邻两根之间均采用一圆钢拉杆拉结。

该专利虽然是设置了隅撑加固屋面，但其存在以下两点明显的不足。

其一，该专利将相邻的两根隅撑中部用圆钢拉杆吊拉连接，本来，隅撑与屋面檩条以及钢梁组成桁架结构，桁架结构主要利用的就是各杆件的轴向拉伸或轴向压缩能力远超于杆件的抗弯能力，以充分发挥杆件的力学优势，而今该专利却将杆件的中部施加横向拉力，实在是结构设计的大忌。而且为了连接横向拉杆，竟然还在隅撑的中部加工连接孔，更是削弱其抗拉强度和抗弯强度。

其二，隅撑与檩条的连接有个夹角，隅撑在檩条上的连接点距支座中点的长度Lc与檩条跨度L₀的比值，该角度及比值也不是任意的，有个从力学方面和经济效益方面考虑的较好的综合选择范围，但该专利对这一点毫无涉及。

发明内容

本实用新型需要解决的技术问题是，克服既有轻钢屋面安装分布式太阳能光伏所进行的加固技术方案存在的缺陷，提供一种力学设计合理、经济效益又好又省的屋顶加强结构。

本实用新型的目的是通过下述技术方案予以实现的：

一种用于分布式光伏屋面的檩条加固的隅撑装置，包括固定在屋顶的屋面钢梁所构成的支座和利用檩托连接在屋面钢梁上的Z字型或C字型檩条，其特征是，在屋面钢梁的两侧分别倾斜地设置有隅撑，隅撑的上端与檩条固定连接，隅撑的下端与屋面钢梁的下部固定连接；隅撑在檩条上的连接点距支座中点的长度Lc与檩条跨度L₀的比值在0.1～0.2之间，隅撑与檩条的水平夹角α在20°以上。

优选方案，隅撑的上端与檩条采用螺栓连接，螺栓至少设置2个；隅撑的下端与屋面钢梁通过节点板相连，节点板与屋面钢梁的腹板及下翼缘连接；隅撑与节点板、节点板与屋面钢梁的腹板均通过螺栓连接。

优选方案，隅撑采用槽钢、T型钢或π型钢制成。

优选方案，当隅撑的截面积为Ac，长度为L₁，水平夹角为α时，隅撑的等效竖向支撑刚度为：

Ke＝E*Ac*sin²α/L₁

对刚度Ke的取值范围要求是，隅撑承担檩条中受力的80～120％，以达到檩条各跨弯矩值减小20～40％，按上述要求对隅撑的截面主要是刚度需求，隅撑承担的轴压应力比在0.2以下，使轴压稳定性也能够满足小于压杆稳定的临界力要求。

在连续檩条的计算模型上，增设隅撑相当于距支座Lc处增设刚度为Ke的弹性支座。檩条每跨增加了弹性支座，从而减小了支座和跨中弯矩。弹性支座的刚度Ke有一个最佳取值范围，刚度Ke太大，则不仅用钢量大，而且增加支座弯矩，可能导致支座抗弯不足；如果刚度Ke太小，则对檩条承载力提升不明显。计算表面，隅撑承担檩条中受力的80～120％左右是合适的，相应地各跨弯矩值可减小20～40％左右。

按上述要求隅撑的截面主要是刚度需求，而承担的轴力一般都比较小，轴压应力比在0.2以下，轴压稳定也能够满足要求。

优选方案，隅撑与檩条的水平夹角α为20～60°。

优选方案，屋面钢梁两侧的隅撑为对称设置。

一种用于分布式光伏屋面的檩条加固的隅撑装置的施工方法，其特征是，隅撑的加工及装配工艺包括如下工序：

(1)、按设计要求，包括选型材和按尺寸及其精度加工，预制隅撑及节点板，各个加固点配置对称的隅撑及节点板各一副，具体的是，a)、根据图纸和现场尺寸进行配件下料；b)、钢板加工，如坡口加工、连接孔钻孔；c)、支撑或连接件组装焊接。加劲板与主钢板的焊接；d)、连接件校正；e)、防腐处理；

(2)、在行车平台上搭设施工平台，储备工件和工具；

(3)、按设计要求在檩条及屋面钢梁上划线以确定螺栓孔位；

(4)、现场加工所有的螺栓安装孔；

(5)、安装节点板；

(6)、区别左右特征，相应安装隅撑。

本实用新型的有益效果是：

1、选定隅撑承担檩条中受力的80～120％左右，相应地檩条各跨弯矩值可减小20～40％左右；

2、采用槽钢、T型钢或π型钢制作隅撑，对Z字型或C字型檩条都方便连接；

3、选择隅撑与檩条的夹角为20°至60°，力学性能最优且用材最省得以兼顾。

4、用材省，型号规格任选，取材容易；

5、性能可靠、可施工性强、成本低、寿命长。

附图说明

图1是本实用新型一种实施例的结构示意图；

图2是本实用新型实施例的檩条在均布荷载q作用下的弯矩计算模型示意图；

图3是本实用新型实施例的檩条在均布荷载q作用下的弯矩示意图；

图4是檩条截面为c字形的结构示意图；

图5是檩条截面为Z字形的结构示意图；

图6是T型隅撑示意图；

图7是π型隅撑示意图。

图中，屋面钢梁1；腹板11；下翼缘12；檩条2；C型檩条22；Z字型檩条24；檩托25；隅撑4；节点板5；T型隅撑6；π型隅撑7；螺栓8。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的实施例作详细说明：本实施例在以本实用新型技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本实用新型的保护范围不限于下述的实施例。

实施例1：如附图1所示，一种用于分布式光伏屋面的檩条加固的隅撑装置，包括固定在屋顶的屋面钢梁1所构成的支座和利用檩托25连接在屋面钢梁1上的Z字型檩条24或C字型檩条22，在屋面钢梁1的两侧分别倾斜且对称地设置有隅撑4，隅撑4采用槽钢制成，隅撑4的上端与檩条2采用螺栓8固定连接，螺栓8并排设置2个。隅撑4的下端与屋面钢梁1的下部与节点板5固定连接，节点板5与屋面钢梁1的腹板11及下翼缘12连接，隅撑4与节点板5、节点板5与屋面钢梁1的腹板11均通过螺栓8连接；隅撑4在檩条2上的连接点距支座中点的长度Lc与檩条2跨度L₀的比值在0.1～0.2之间，隅撑4与檩条2的夹角α在20°以上，夹角α的优选植为30～60°。

当隅撑4的截面积为Ac，长度为L₁，水平夹角为α时，隅撑4的等效竖向支撑刚度为：

Ke＝E*Ac*sin²α/L₁

对刚度Ke的取值范围要求是，隅撑承担檩条中受力的80～120％，以达到檩条2各跨弯矩值减小20～40％，按上述要求对隅撑4的截面主要是刚度需求，隅撑4承担的轴压应力比在0.2以下，使轴压稳定性也能够满足小于压杆稳定的临界力要求。

在连续檩条2的计算模型上，增设隅撑4相当于距支座Lc处增设刚度为Ke的弹性支座。檩条2每跨增加了弹性支座，从而减小了支座和跨中弯矩。弹性支座的刚度Ke有一个最佳取值范围，刚度Ke太大，则不仅用钢量大，而且增加支座弯矩，可能导致支座抗弯不足；如果刚度Ke太小，则对檩条2承载力提升不明显。计算表面，隅撑4承担檩条2中受力的80～120％左右是合适的，相应地各跨弯矩值可减小20～40％左右。本实施例的弯矩分布示意参见图2和图3，图中三角形表示简支撑，多折箭头Ke表示隅撑支撑。图3中的M1、M2、M3表示不同的弯矩值,L₀表示檩条跨度。

隅撑可以选用槽钢、T型钢或π型钢制作。

节点板也可以选用T型钢制成。

图4为C字型檩条22的示意图。

图5为Z字型檩条24的示意图。

图6是T型隅撑6示意图。

图7是π型隅撑7示意图。

经核算，本实施例每平米用钢：0.8～2.5kg/m²；与常规方案相比，每平米用钢节省了60％～80％；工作面与厂房面积占比：1/6；

实施例2：一种用于分布式光伏屋面的檩条加固的隅撑装置的施工方法，具体是隅撑的加工及装配工艺包括如下工序：

(1)、按设计要求，包括选型材和按尺寸及其精度加工，预制隅撑及节点板，各个加固点配置对称的隅撑及节点板各一副，具体的是，a)、根据图纸和现场尺寸进行配件下料；b)、钢板加工，如坡口加工、连接孔钻孔；c)、支撑或连接件组装焊接。加劲板与主钢板的焊接；d)、连接件校正；e)、防腐处理；

(2)、在行车平台上搭设施工平台，储备工件和工具；

(3)、按设计要求在檩条及屋面钢梁上划线以确定螺栓孔位置；

(4)、现场加工所有的螺栓安装孔；

(5)、安装节点板；

(6)、区别左右特征，相应安装隅撑。

本实用新型安装用于分布式光伏屋面的檩条加固的隅撑装置及加固方法，具有性能可靠、可施工性强、成本低、寿命长的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (6)

1.一种用于分布式光伏屋面的檩条加固的隅撑装置，包括固定在屋顶的屋面钢梁所构成的支座和利用檩托连接在屋面钢梁上的Z字型或C字型檩条，其特征是，在屋面钢梁的两侧分别倾斜地设置有隅撑，隅撑的上端与檩条固定连接，隅撑的下端与屋面钢梁的下部固定连接；隅撑在檩条上的连接点距支座中点的长度Lc与檩条跨度L₀的比值在0.1～0.2之间，隅撑与檩条的水平夹角α在20°以上。

2.根据权利要求1所述的用于分布式光伏屋面的檩条加固的隅撑装置，其特征是，隅撑的上端与檩条采用螺栓连接，螺栓至少设置2个；隅撑的下端与屋面钢梁通过节点板相连，节点板与屋面钢梁的腹板及下翼缘连接；隅撑与节点板、节点板与屋面钢梁的腹板均通过螺栓连接。

3.根据权利要求2所述的用于分布式光伏屋面的檩条加固的隅撑装置，其特征是，隅撑采用槽钢、T型钢或π型钢制成。

4.根据权利要求1、2或3所述的用于分布式光伏屋面的檩条加固的隅撑装置，其特征是，当隅撑的截面积为Ac，长度为L₁，水平夹角为α时，隅撑的等效竖向支撑刚度为：

Ke＝E*Ac*sin²α/L₁

对刚度Ke的取值范围要求是，隅撑承担檩条中受力的80～120％，以达到檩条各跨弯矩值减小20～40％，按上述要求对隅撑的截面主要是刚度需求，隅撑承担的轴压应力比在0.2以下，使轴压稳定性也能够满足小于压杆稳定的临界力要求。

5.根据权利要求4所述的用于分布式光伏屋面的檩条加固的隅撑装置，其特征是，隅撑与檩条的水平夹角α为20～60°。

6.根据权利要求4所述的用于分布式光伏屋面的檩条加固的隅撑装置，其特征是，屋面钢梁两侧的隅撑为对称设置。