光伏支架及基础设计计算书

光伏支架及基础设计计算书项目名称：××光伏发电项目设计阶段：施工图设计设计单位：××××××

1项目概述1.1项目概况项目信息参数项目类型地面固定式光伏电站项目地点西北地区某地单机容量约5MWp组件规格2278mm×1134mm×35mm组件重量32kg/块方阵倾角15°支架高度前立柱1.5m/后立柱2.5m使用年限25年安全等级三级（重要性系数γ0抗震设防烈度7度（0.10g）场地类别Ⅱ类1.2地质条件根据岩土工程勘察报告（报告编号：×××-2024-XXX），拟建场区地层自上而下依次为：①粉质黏土层：层厚2.5~3.0m，fak=120②圆砾层：层厚>3.0m，fak=260kPa

建议基础持力层选用粉质黏土层，基础设计参数详见表7.1（第2设计依据2.1主要设计规范及标准标准编号标准名称GB50009-2012《建筑结构荷载规范》（2024年版局部修订）GB50017-2017《钢结构设计标准》GB50797-2012《光伏发电站设计规范》NB/T10115-2018《光伏支架结构设计规程》GB51101-2016《太阳能发电站支架基础技术规范》GB50010-2010《混凝土结构设计规范》（2015年版）GB50007-2011《建筑地基基础设计规范》GB50011-2010《建筑抗震设计规范》（2016年版）JGJ94-2008《建筑桩基技术规范》2.2设计原则（1）设计使用年限：25年，光伏支架基础设计使用年限不应小于25年，重要性系数γ0（2）极限状态设计原则：支架及基础应按承载能力极限状态和正常使用极限状态进行设计。（3）荷载取值原则：风荷载、雪荷载按25年一遇的荷载数值取值。地基基础设计时雪荷载按50年一遇确定。地面和楼顶支架风荷载体型系数取1.3。3材料参数3.1钢材（支架结构）本工程支架构件选用Q235B热轧型钢及冷弯薄壁型钢，表面采用热浸镀锌防腐处理（镀锌层厚度≥65μm）。材料参数Q235BQ355B（备用）屈服强度fy235345抗拉/压/弯强度f(N/mm²)215310抗剪强度fv125180弹性模量E(N/mm²)2.06×2.06×密度ρ(kg/m³)78507850泊松比ν0.30.3线膨胀系数α(1/℃)1.2×1.2×3.2基础结构材料材料参数取值混凝土强度等级C30（承压承载力）混凝土轴心抗压强度设计值fc14.3混凝土轴心抗拉强度设计值ft1.43钢筋等级HRB400钢筋抗拉/压强度设计值fy360保护层厚度(mm)40（灌注桩）/50（扩展基础）GB51101-2016规定支架基础混凝土强度等级不应低于C25，本工程采用C30混凝土，满足规范要求。4荷载计算4.1符号说明符号含义单位W风荷载标准值kN/m²S雪荷载标准值kN/m²G永久荷载标准值kNβ高度z处的风振系数—μ风荷载体型系数—μ风压高度变化系数—w基本风压kN/m²s基本雪压kN/m²μ屋面积雪分布系数—γ永久/可变荷载分项系数—ψ荷载组合值系数—N轴力/压桩力kNM弯矩kN·mV剪力kNσ正应力N/mm²τ剪应力N/mm²f钢材强度设计值N/mm²λ长细比—R单桩竖向承载力特征值kNR单桩抗拔承载力特征值kNF水平承载力kNK抗滑移安全系数—K抗倾覆安全系数—4.2永久荷载（恒荷载）4.2.1组件自重光伏组件每块重32kg，受风面积（单块）A=2.278m×1.134m=2.58m²组件自重标准值（按受风面积折算）：

Gk,4.2.2支架自重支架构件分布：立柱2根（C型钢80×40×15×2.5）、斜梁及檩条（C型钢60×40×15×2.0）、连接件及螺栓等。单组支架（2×8组件布置，即2排组件、8列组件）的自重估算：立柱：2×(1.5+2.5)×0.5m≈3.0m→2.5kg/m×3.0m≈7.5kg斜梁：8m×2.9kg/m≈23.2kg檩条：4根×8m×2.4kg/m≈76.8kg斜撑及其他附件：10.5kg总计：约118kg（含组件固定卡具、螺栓等）支架自重标准值（按受风面积折算）：Gk,4.2.3组合永久荷载恒荷载标准值合计：Gk4.2.4特殊说明：面板雪载分摊原理在雪荷载较大的地区，若光伏组件采用倾角布置，雪荷载向屋面板的传递并非线性叠加。通常需要依据《建筑结构荷载规范》GB50009中相关规定，采用屋面活荷载按“互斥原则”与雪荷载取大值，不宜同时叠加。但对于光伏专用支架结构设计规范中，如果雪荷载与施工荷载不同时出现，则可不组合。本工程建议做法：在承载力计算时，雪荷载和活荷载不同时参与组合；标准组合中采用不利组合（最大值）进行控制。4.3风荷载4.3.1基本风压基本风压w0按25年重现期取值。因缺乏当地25年一遇风压数据，采用50年一遇基本风压乘以换算系数估算，或直接取国家场地所在地区：50年一遇基本风压w0,50=0.40kN/m²（GB50009附录E.5，全国基本风压图根据GB50797-2012第6.8.7条，风荷载按25年一遇取值。50年一遇与25年一遇基本风压关系为：w0,25≈w取w0,25=0.40×0.88=0.352kN/m²，暂取w4.3.2风荷载标准值计算公式根据GB50009-2012第8.1.1条，垂直于建筑物表面上的风荷载标准值按下式计算：w式中：βz—高度z处的风振系数（支架高度较低且结构刚度较大时，取βμs—风荷载体型系数（地面和楼顶支架取μs=1.3，依据GB50797-2012μz—风压高度变化系数（地面粗糙度B类，支架最高点高度约3.0m，按5m高度取值μw0—基本风压（25年重现期）w04.3.3风荷载标准值计算w风压工况（向组件正面施加压力）：wk风吸工况（向组件背面施加吸力）：考虑风荷载体型系数可能变化（背风面负压），按规范可取0.6~0.8倍的wk。本工程保守采用wk=0.364kN/m²（按檩条线荷载分解：光伏板倾角θ=15°。檩条承担的风荷载垂直于组件板面。将檩条上的线荷载分解为竖向分力和水平分力：线荷载：q=0.455kN/m²×檩条间距（取1.2m）=0.546kN/m竖向分力：qy=q×水平分力：qx4.4雪荷载4.4.1基本雪压基本雪压s0按25年重现期取值。场地所在地区：50年一遇基本雪压s0,50=0.30kN/m²（GB50009附录E.5），取25s0,25=0.30×0.88≈0.264kN/m²，暂取s4.4.2雪荷载标准值计算GB50009-2012第7.1.1条，雪荷载标准值按下式计算：s式中：μr—屋面积雪分布系数（光伏板倾角θ=15°，按GB50009表7.2.1，坡屋面α≤25°时μs0—基本雪压（25年重现期）s0s与风荷载不同，雪荷载是竖向作用于组件上，不进行倾角分解（雪荷载直接作用于组件表面，沿竖向传递至檩条和斜梁）。积雪分布系数精细化取值讨论：当光伏倾角较大（θ≥30°）时，积雪易于滑落，积雪分布系数μr可按GB50009表7.2.1取值，0°≤θ≤25°时μr=1.0；25°<θ≤50°时μr=1.0-(θ-25°)/15°×1.0（即线性减至0）。本工程倾角4.5温度作用在光伏支架中，温度变化会引起钢材膨胀收缩，从而在结构构件中产生内力。然而，对于跨度较小（一般单跨不超过8m）、约束较弱的光伏支架系统，温度应力的影响很小，通常在常规设计计算中可忽略不计。精细化验算说明：如果温度变化范围较大（如西北地区日温差>30℃）或结构约束较强，可按GB50009-2012附录J计算最大温升和温降，并采用等效荷载法（ΔT×α×E×L4.6荷载组合4.6.1承载能力极限状态根据GB50797-2012第6.8.7条及NB/T10115-2018，荷载效应组合的设计值按下式计算：S=基本组合工况如下：组合编号组合分项系数适用工况COM11.35Gγ恒荷载控制COM21.2G+1.4Sγ雪荷载控制COM31.2G+1.4Wγ风荷载（压力）控制COM41.0G+1.4Wγ风吸力（对结构有利）COM51.2G+1.4W+0.98Sγ风压为主，雪荷载组合COM61.2G+1.4S+0.84Wγ雪荷载为主，风荷载组合COM71.2G+1.4W_吸γ负风压控制符号说明：G——恒荷载；S——雪荷载；W——风荷载。荷载组合值系数（GB50797-2012第6.8.7条）：风荷载组合值系数ψw雪荷载组合值系数ψs4.6.2正常使用极限状态（变形计算）位移计算采用的各荷载分项系数均为1.0：标准组合：S5支架结构计算5.1计算模型与基本假定（1）支架结构：跨度为4组单坡式排架结构，横梁（斜梁）与柱（立柱）均为铰接，柱底刚接（扩展基础）或固结（桩基础），模型见图1。（2）荷载施加方式：将组件及风/雪荷载传递至檩条，再分配到斜梁。本文采用手算方法代替有限元程序，以斜梁为主要受力构件进行单跨跨中最大弯矩估算。（3）假定排架为平面铰接框架，且忽略支座及抗侧力体系的空间效应，偏安全地按简支梁计算框架斜梁的内力。5.2檩条验算5.2.1檩条荷载计算组件范围：每根檩条承担2块组件（宽度1.2m，跨距约8m范围内共有4根檩条）。檩条间距：s=1.2m檩条型号：C型冷弯薄壁型钢C100×50×20×2.5（Q235B）荷载计算：恒荷载线荷载：0.18kN/m²×1.2m=0.216kN/m雪荷载线荷载：0.25kN/m²×1.2m=0.300kN/m风荷载线荷载：0.455kN/m²×1.2m×cos⁡15°在风吸工况下，可忽略组件自重的不利效应，采用1.0G+1.4W_吸组合进行强度计算。挠度组合（标准组合）：qk=Gk+Wk（风压方向自重+风压）取0.743kN/m；但风吸工况下，支承条件可能变化，偏安全取Gk组合Wk5.2.2檩条强度验算简支梁模型：梁长L=3.2m（檩条两端支座在斜梁上的距离，介于3.0~3.5m之间），最大弯矩发生在跨中。按最不利组合COM3（1.2G+1.4W）：

qu跨中最大弯矩（按均布荷载简支梁）：

MC100×50×20×2.5截面对x轴（强轴）净截面模量Wnet,xσ=Q235B钢材抗弯强度设计值f=215N/mm²，强度应力比为30.4/215=0.141<1.0，满足。5.2.3檩条挠度验算标准组合荷载qkqk挠度公式（均布荷载简支梁）：

δ=C100×50×20×2.5截面惯性矩Ix≈1.2×106mm⁴δ=挠跨比：δ/L=4.10/3200=1/780变形容许值（钢檩条）为L/200。1/780<1/200，满足。5.3立柱（钢柱）验算5.3.1立柱荷载选取受力较大的后立柱（H=2.5m，截面C型钢C80×40×15×2.5，Q235B）。立柱承受的轴向力主要来源于斜梁传递的竖向荷载（组件自重、雪荷载及风荷载的竖向分量）。由框架结构受力分析可知，后立柱支座反力较大。轴向压力设计值Nd（组合COM3：1.2G+1.4W，W为风压方向，θ=15°首先计算斜梁总竖向荷载qbeam=檩条传递的荷载（组件自重+风压竖向分量+雪荷载）×宽度（实际直接计算更简便：每组支架（含8块组件）恒荷载约NG,k=8块×(0.122+0.056)kN/m²×2.58m²的近似计算，比较繁琐，但取竖向荷载标准值Gk约1.44其实手算立柱抗压时，更关注长细比和整体稳定性。故采用程序输出或估算设计轴力Nd=1.2×1.44+1.4×2.0=4.5但为了规范完整性，补充压弯稳定性分析。5.3.2长细比验算截面回转半径（近似取ix=2.5cm），计算长度lλ受压主要构件容许长细比[λ]=180。λx5.3.3压弯稳定性验算对于单柱受力模式，按GB50017-2017轴心受压验算稳定系数φ。计算Nd=4.5kN，截面积A≈6.0cm²=600mm²，6基础设计计算光伏支架基础根据现场地质条件及荷载特征，依据《太阳能发电站支架基础技术规范》（GB51101-2016）进行设计。支架基础的验算要求包括：各类型基础均应进行竖向承载力计算。桩基础应进行水平承载力计算。扩展式基础应进行抗滑移、抗倾覆验算。根据本工程地质条件，本节分别按微孔灌注桩和扩展基础两种基础形式进行验算。以单组支架（每8块组件，2×4布置）为验算单元。6.1基础荷载计算6.1.1基础顶面作用力单组支架（含8块组件）作用在基础顶面上的荷载效应（基本组合）：竖向力设计值Vd=12.0水平力设计值Hd=3.5弯矩设计值Md=11.0kN・m（风荷载引起的水平力6.1.2基础类型与承载力校核项目本工程基础采用混凝土强度等级C30的微孔灌注桩（桩长2.5m，桩径D=250mm，配筋4Φ12HRB400，箍筋Φ6@200）。竖向承载力验算时，桩侧摩阻力标准值qsik按粉质黏土层取值（取20kPa），桩端承载力（粉质黏土）qpk6.2微孔灌注桩承载力验算6.2.1单桩竖向抗压承载力（按土层参数估算）依据JGJ94-2008第5.3.5条，单桩竖向承载力特征值RaR参数取值：桩身周长u=πD=0.785m桩长l=2.5m桩径D=0.25m→桩端面积Apqsik（粉质黏土）qpk（粉质黏土，深度修正后）代入计算：

Qsk=0.785×20×2.5=39.25kN

Qpk基桩竖向抗压承载力特征值Ra=29.4kN＞竖向力V6.2.2单桩抗拔承载力验算GB51101-2016第5.1.1条规定各类型基础均应进行竖向承载力计算（含抗拔）。单桩抗拔承载力特征值RtaRRta=19.6kN＞桩顶拔力Vt=2.5kN（6.2.3单桩水平承载力验算GB51101-2016第5.1.1条规定桩基础应进行水平承载力计算。钢筋混凝土灌注桩（低配筋率ρ<0.65）时，单桩水平承载力特征值按JGJ94-2008第5.7.2条估算。桩身配筋率ρv=As/A嵌固条件：桩顶自由（柱底刚接），计算深度系数取α=0.7。保守估算单桩水平承载力特征值Rha≥5水平力Hd=3.5kN（每组桩承受的合力）。若每组支架基础含2根桩或采用群桩，单桩受Hd/2=1.75kN<Rha=5kN，满足。若为单柱单桩（独立桩），则需加大桩径或增加配筋率。本工程采用单柱单桩（立柱对应单桩），取桩径D=300mm，配筋4Φ146.3扩展基础（钢筋混凝土独立基础）验算若场地地质条件较差或桩施工有困难，可采用扩展基础，计算其抗倾覆和抗滑移稳定性。6.3.1基础尺寸基础尺寸：底板L×B=1200mm×1200mm，厚度h=300mm，埋深d=1.0m。混凝土C30，配筋Φ10@150（HPB300）。为便于检查，还应验算基底地基承载力和偏心距。6.3.2基础自重与土重标准值混凝土单位重24kN/m³，基础自重Gk=(1.2×1.2×0.3+0.6×0.6×0.7柱脚)×24≈16.4kN（忽略柱脚段的精确值）。回填土重土（约15kN/m³）按计算略，平均G6.3.3基底反力验算总竖向力标准值：N基本组合对应的标准值Vk=12/1.35≈8.9kN。N弯矩Mk基底面积Abase=1.44m²，截面模量基底平均压力pk基底最大压力pk,max地基持力层承载力特征值fak=120kPa，pk,max<1.2fak6.3.4抗倾覆验算（扩展基础）GB51101-2016第5.1.1条规定扩展基础应进行抗滑移、抗倾覆验算。抗倾覆安全系数：

K其中a为竖向合力作用点到倾覆边缘的距离（倾覆边缘取基础底面外边线），取a=B/2=0.6m。计算：

KGB51101-2016规定基础抗倾覆安全系数Ko≥1.6。6.3.5抗滑移验算（扩展基础）抗滑移安全系数按基底摩擦系数μ=0.40（黏性土）计算：

KHkK抗滑移安全系数Ks≥1.3即满足要求。6.4基础配筋计算（扩展基础）底板配筋控制：板底弯矩按基底净反力计算。取荷载基本组合：Nd=12kN，Md=11最大净反力pj,max板底弯矩（在边长L=1.2m时配筋计算）：截面内力（根部）：M=pj,max×悬挑长配筋：底板选用Φ10@150（As=523mm²/m），满足GB50010-2010最小配筋率6.5基础结构设计总结经计算，本工程地基土粉质黏土层承载力fak=120kPa，满足设计要求（计算最大基底压力48.1kPa）。基础形式在一般土层中可采用扩展基础；在土质较差或地基变形要求较高时，应优先选用微孔灌注桩（桩径D=250300mm，桩长L=2.53.0m），单桩承载力完全满足要求。同时，基础设计使用年限为25年，混凝土强度等级建议施工前进行现场试桩，确定施工工艺的可行性和设计参数的可靠