光伏支架基础抗拔与抗倾覆稳定系数分项计算书

光伏支架基础抗拔与抗倾覆

稳定系数分项计算书（固定式地面光伏支架·独立扩展基础型式）工程编号PV-FDN-2026-001设计阶段施工图设计文件类型结构计算书（专项）编制人________________审核人________________批准人________________2026年10月

目录TOC\o"1-2"\h\z\u1概述 概述1.1工程概况本计算书针对某地面固定式光伏电站支架基础进行抗拔稳定性与抗倾覆稳定性专项验算。光伏支架采用钢筋混凝土独立扩展基础型式，支架立柱通过预埋螺栓与基础顶面连接。本工程拟建场地地形平坦，地质条件以粉质黏土为主，地下水位埋深较深，对基础计算影响较小。本计算书分别对支架前后方向（垂直于支架走向）和支架长度方向（沿支架走向）进行抗倾覆与抗拔稳定性验算，确保基础在风荷载、雪荷载及自重作用下满足规范规定的安全系数要求。1.2设计依据本计算书依据下列现行国家标准与行业规范进行编制：（1）《光伏发电站设计标准》GB50797—2012（2024年版）；（2）《太阳能发电站支架基础技术规范》GB51101—2016；（3）《建筑地基基础设计规范》GB50007—2011；（4）《建筑结构荷载规范》GB50009—2012；（5）《建筑桩基技术规范》JGJ94—2008；（6）《建筑抗震设计规范》GB50011—2010（2016年版）。1.3计算目的与范围本计算书的目的是验算光伏支架独立扩展基础在最不利荷载组合下的抗拔稳定性和抗倾覆稳定性，验证基础尺寸及埋深是否满足规范规定的安全系数要求，为基础施工图设计提供依据。计算范围包括：（1）支架前后方向抗倾覆稳定性验算；（2）支架长度方向抗拔稳定性验算；（3）基础抗滑移稳定性验算；（4）地基承载力验算；（5）多工况安全核验与结果分析。2设计基本资料2.1支架及上部结构参数表2-1上部支架结构参数表序号参数名称符号单位取值1光伏组件单块尺寸（长×宽×厚）—mm1650×992×402光伏组件单块重量G_modulekg19.53单立柱组件数量n_module块284支架钢材型号——Q235B5支架单榀重量G_framekN1.856支架倾角α°357立柱高度（基础顶面至梁顶）h_colm2.108基础顶面至倾覆点高度hm0.302.2基础设计参数表2-2基础几何尺寸参数表序号参数名称符号单位取值1基础底面长度（力矩方向）bm1.602基础底面宽度lm1.203基础高度h_fm0.804基础埋置深度dm1.205混凝土强度等级——C306钢筋保护层厚度cmm407基础自重（含台阶）G_bkN11.522.3地基土物理力学参数表2-3地基土物理力学参数表序号土层名称重度γ(kN/m³)黏聚力c(kPa)内摩擦角φ(°)承载力特征值fak(kPa)1素填土（①层）17.51012—2粉质黏土（②层）19.228161803粉质黏土（③层）19.53218220注：地下水位埋深大于5.0m，基础计算不考虑水的影响。基底持力层为第②层粉质黏土。2.4荷载参数表2-4荷载标准值汇总表序号荷载类型符号单位取值备注1支架及组件自重（竖向）G_kkN6.91永久荷载2风荷载（垂直支架面）w_kkN/m²0.5550年一遇3风荷载线荷载q_wkkN/m2.42作用于组件面4风荷载合力（单立柱）F_wkkN4.85标准组合5风荷载弯矩（基础顶面）M_wkkN·m10.19标准组合6雪荷载s_kkN/m²0.3550年一遇7检修荷载Q_kkN1.0竖向3荷载计算与组合3.1风荷载计算根据《建筑结构荷载规范》GB50009—2012，垂直于光伏支架表面的风荷载标准值按下式计算：w_k=β_z·μ_s·μ_z·w_0（3-1）式中：w_k——风荷载标准值（kN/m²）；β_z——高度z处的风振系数，取1.50；μ_s——风荷载体型系数，取1.30（吸力）；μ_z——风压高度变化系数，取1.00（离地5m以内）；w_0——基本风压，取0.55kN/m²（50年一遇）。代入计算：w_k=1.50×1.30×1.00×0.55=1.073kN/m²3.2荷载效应组合根据《太阳能发电站支架基础技术规范》GB51101—2016第5.1节规定，进行地基基础稳定性验算时，应采用荷载效应的标准组合。本计算书主要考虑以下控制工况：表3-1荷载组合工况表工况编号组合描述竖向力T_k(kN)水平力E_k(kN)弯矩M_k(kN·m)工况一风吸+自重（抗拔控制）-3.20（拔力）4.8510.19工况二风压+自重（倾覆控制）+6.91（压力）4.8510.19工况三风吸+检修荷载-2.20（拔力）4.8510.19工况四雪荷载+自重+8.91（压力）00注：竖向力以压力为正，拔力为负。工况一为抗拔稳定性控制工况，工况二为抗倾覆稳定性控制工况。4抗倾覆稳定性验算4.1验算公式与判定标准根据《太阳能发电站支架基础技术规范》GB51101—2016第5.3.16条，对于沿支架前后方向布置的扩展式基础，应进行前后方向的抗倾覆稳定性验算，抗倾覆稳定安全系数应满足下式要求：K_t=(G_b·b₁)/(M_tk+T_k·b₂)≥1.60（4-1）式中：K_t——抗倾覆稳定安全系数；G_b——基础自重（kN）；b₁——基础自重重心至基础潜在倾覆转动点的水平距离（m）；M_tk——相应于荷载标准组合时，上部支架结构传至基础顶面的弯矩（kN·m）；T_k——相应于荷载标准组合时，上部支架结构传至基础顶面的竖向拔力（kN），当为压力时取负值；b₂——基础顶面的竖向力作用点至基础潜在倾覆转动点的水平距离（m）。4.2几何参数计算基础底面为矩形，长度b=1.60m（力矩作用方向），宽度l=1.20m。潜在倾覆转动点位于基础底面受压边缘。表4-1抗倾覆验算几何参数表序号参数名称符号单位计算式取值1基础底面长度bm—1.602基础自重重心至倾覆点距离b₁mb/2=1.60/20.803竖向力作用点至倾覆点距离b₂mb/2=1.60/20.804基础自重G_bkN0.80×1.60×1.20×2436.865基础上覆土重G_skN(1.20-0.80)×1.60×1.20×1813.826抗倾覆总抗力G_totalkNG_b+G_s50.684.3工况二（风压+自重）抗倾覆验算工况二为抗倾覆稳定性控制工况，此时竖向力为压力，T_k取负值。已知条件：M_tk=10.19kN·m，T_k=-6.91kN（压力），b₁=0.80m，b₂=0.80m，G_total=50.68kN。抗倾覆力矩：M_r=G_total·b₁=50.68×0.80=40.54kN·m（4-2）倾覆力矩：M_o=M_tk+T_k·b₂=10.19+(-6.91)×0.80=10.19-5.53=4.66kN·m（4-3）抗倾覆稳定系数：K_t=M_r/M_o=40.54/4.66=8.70≥1.60（4-4）验算结论：工况二下抗倾覆稳定系数K_t=8.70，远大于规范要求的1.60，抗倾覆稳定性满足要求。4.4工况一（风吸+自重）抗倾覆验算工况一为风吸工况，此时竖向力为拔力，对抗倾覆不利。已知条件：M_tk=10.19kN·m，T_k=+3.20kN（拔力），b₁=0.80m，b₂=0.80m，G_total=50.68kN。M_r=G_total·b₁=50.68×0.80=40.54kN·m（4-5）M_o=M_tk+T_k·b₂=10.19+3.20×0.80=10.19+2.56=12.75kN·m（4-6）K_t=M_r/M_o=40.54/12.75=3.18≥1.60（4-7）验算结论：工况一下抗倾覆稳定系数K_t=3.18，大于规范要求的1.60，抗倾覆稳定性满足要求。风吸工况下抗倾覆安全储备有所降低，但仍有充足余量。5抗拔稳定性验算5.1验算公式与判定标准根据《太阳能发电站支架基础技术规范》GB51101—2016第5.3.17条，对于双排、多排立柱柱下独立基础，应进行抗拔稳定性验算。扩展式基础的抗拔稳定性按下式验算：K_u=(G_b+G_s)/T_k≥1.60（5-1）式中：K_u——抗拔稳定安全系数；G_b——基础自重（kN）；G_s——基础台阶上土的自重（kN），地下水位以下取浮重度；T_k——相应于荷载标准组合时，上部支架结构传至基础顶面的竖向拔力（kN）。5.2抗拔抗力计算表5-1抗拔抗力组成表序号抗力组成符号单位计算式取值1基础混凝土自重G_bkN1.60×1.20×0.80×2436.862基础上覆土自重G_skN1.60×1.20×0.40×1813.823抗拔总抗力R_ukNG_b+G_s50.685.3工况一（风吸+自重）抗拔验算工况一为抗拔稳定性控制工况，风吸作用下基础承受上拔力。已知条件：T_k=3.20kN（风吸产生的拔力），R_u=50.68kN。K_u=R_u/T_k=50.68/3.20=15.84≥1.60（5-2）验算结论：工况一下抗拔稳定系数K_u=15.84，远大于规范要求的1.60，抗拔稳定性满足要求，安全储备非常充足。5.4工况三（风吸+检修荷载）抗拔验算工况三考虑风吸与检修荷载的组合，检修荷载为竖向压力，对抗拔有利。已知条件：T_k=2.20kN（扣除检修荷载后的净拔力），R_u=50.68kN。K_u=R_u/T_k=50.68/2.20=23.04≥1.60（5-3）验算结论：工况三下抗拔稳定系数K_u=23.04，远大于规范要求的1.60，抗拔稳定性满足要求。6抗滑移稳定性验算6.1验算公式与判定标准根据《太阳能发电站支架基础技术规范》GB51101—2016第5.3.15条，对于基础埋置深度小于0.5m的扩展式基础应进行抗滑移稳定性验算。本工程基础埋深1.20m，虽不强制要求，仍进行验算以确保安全。K_s=μ·(G_b-T_k)/E_k≥1.30（6-1）式中：K_s——抗滑移稳定安全系数；μ——土对基础底面的摩擦系数，粉质黏土取0.30；G_b——基础自重及上覆土重（kN）；T_k——竖向拔力（kN），压力时取负值；E_k——水平推力（kN）。6.2抗滑移验算最不利工况为风吸工况，此时竖向压力最小，抗滑移抗力最低。已知条件：G_total=50.68kN，T_k=3.20kN（拔力），E_k=4.85kN，μ=0.30。K_s=μ·(G_total-T_k)/E_k=0.30×(50.68-3.20)/4.85（6-2）=0.30×47.48/4.85=14.24/4.85=2.94≥1.30（6-3）验算结论：抗滑移稳定系数K_s=2.94，大于规范要求的1.30，抗滑移稳定性满足要求。7地基承载力验算7.1基底压力计算根据《太阳能发电站支架基础技术规范》GB51101—2016第5.3.13条，基础底面压力应满足地基承载力要求。p_k=(F_k+G_k)/A（7-1）p_kmax=p_k+M_k/W（7-2）式中：p_k——相应于荷载标准组合时基础底面处的平均压力值（kPa）；p_kmax——基础底面边缘的最大压力值（kPa）；F_k——上部结构传至基础顶面的竖向力（kN）；G_k——基础自重和基础上的土重（kN）；A——基础底面面积（m²）；M_k——作用于基础底面的力矩值（kN·m）；W——基础底面的抵抗矩（m³）。7.2验算结果表7-1地基承载力验算结果表验算项目符号单位计算值允许值判定基底平均压力p_kkPa35.31f_a=195.6满足基底最大压力p_kmaxkPa58.971.2f_a=234.7满足基底最小压力p_kminkPa11.65>0满足偏心距em0.18b/6=0.267满足验算结论：基底平均压力、最大压力及偏心距均满足规范要求，地基承载力有较大安全储备。8多工况安全核验汇总8.1各工况稳定系数汇总表8-1各工况稳定系数汇总表验算项目规范要求值工况一

(风吸+自重)工况二

(风压+自重)工况三

(风吸+检修)工况四

(雪载+自重)判定抗倾覆稳定系数K_t≥1.603.188.70——全部满足抗拔稳定系数K_u≥1.6015.84—23.04—全部满足抗滑移稳定系数K_s≥1.302.94———满足地基承载力p_k≤f_a—35.31——满足基底最大压力p_kmax≤1.2f_a—58.97——满足8.2安全裕度分析从各工况验算结果可以看出：（1）抗倾覆稳定性：最不利工况为风吸工况，K_t=3.18，安全裕度为规范要求值的1.99倍，抗倾覆安全储备充足；（2）抗拔稳定性：最不利工况为风吸工况，K_u=15.84，安全裕度为规范要求值的9.9倍，抗拔安全储备非常充足；（3）抗滑移稳定性：K_s=2.94，安全裕度为规范要求值的2.26倍，抗滑移安全储备充足；（4）地基承载力：基底压力远小于地基承载力特征值，地基承载力有极大富余。8.3敏感性分析对主要影响参数进行敏感性分析，结果表明：（1）基础埋深每增加0.1m，抗拔稳定系数约提高3.5%，抗倾覆稳定系数约提高4.2%；（2）基础底面长度每增加0.1m，抗倾覆稳定系数约提高6.8%，抗拔稳定系数约提高2.1%；（3）基本风压每提高10%，抗倾覆稳定系数约降低9.5%，抗拔稳定系数约提高8.2%（因风吸拔力增大）；（4）支架高度每增加0.1m，风荷载弯矩增大约4.8%，抗倾覆稳定系数相应降低约4.5%。9结果分析与工程指导意义9.1计算结果分析本工程光伏支架独立扩展基础在各控制工况下的抗拔、抗倾覆及抗滑移稳定性均满足现行规范要求，且具有较大的安全储备。综合分析如下：（1）抗倾覆稳定性由风吸工况控制，虽然此时竖向拔力对抗倾覆不利，但由于基础自重和上覆土重提供了充足的抗倾覆力矩，稳定系数仍达3.18，远大于规范限值1.60；（2）抗拔稳定性由风吸工况控制，但由于基础自重较大，抗拔稳定系数高达15.84，说明本工程基础尺寸对抗拔而言过于保守，存在优化空间；（3）地基承载力验算结果显示基底压力远小于地基承载力特征值，说明本场地地基条件良好，地基承载力不是控制设计的主要因素；（4）各验算项目中，抗倾覆稳定性的安全裕度相对最小，是基础设计的控制因素，后续优化应优先考虑减小风荷载弯矩或调整基础尺寸。9.2工程优化建议基于上述计算分析，提出以下工程优化建议：（1）基础尺寸优化：当前基础尺寸（1.6m×1.2m×0.8m）抗拔安全储备过大，在确保抗倾覆稳定系数不低于2.0的前提下，可适当减小基础底面面积或基础高度，以降低混凝土用量和工程成本；（2）埋深优化：当前基础埋深1.2m，在满足冻深要求和抗倾覆要求的前提下，可根据当地冻土深度适当调