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光伏柔性支架結構選型與成本分析
瀏覽： 發表時(shi)間：2023-03-06 13:52:15
隨著(zhu)近幾年新能源行(xing)業的興起，光伏土(tu)地資源日趨緊張，為(wei)實(shi)現(xian)光伏多種(zhong)應用場景的有效利用，柔(rou)性支架應運而(er)生(sheng)。
面對(dui)復雜多變的應用場景，柔性(xing)支架(jia)如何選型；與傳統支架(jia)相比(bi)，柔性(xing)支架(jia)成本如何？這兩個問題(ti)是投(tou)資企業(ye)、設計單(dan)位(wei)、施(shi)工單(dan)位(wei)等多方關注(zhu)的重點。
在進行結構選型之前，先要了解柔性支架的結構特點：
大致歸納了6個方面：
1、大跨度
通過(guo)對(dui)拉(la)索施加預張(zhang)力，使結(jie)構(gou)獲得初始(shi)剛(gang)度(du)，預張(zhang)力可以抵消上(shang)部結(jie)構(gou)的(de)荷載，通過(guo)控制索力與結(jie)構(gou)整體變(bian)形實現大(da)的(de)跨度(du)。
2、多場景
柔(rou)性支架(jia)具(ju)有形式多(duo)樣性，可適用(yong)于山(shan)地、水(shui)廠、魚(yu)塘、水(shui)庫、農業大棚(peng)、廠房、停車場等(deng)多(duo)種場景。
3、多連跨
柔性支架根據(ju)地形條(tiao)件(jian)可(ke)以布置(zhi)成連續多跨(kua)的(de)形式，中間不需(xu)要斷開，將陣列長(chang)度加長(chang)，中間在一(yi)定(ding)的(de)跨(kua)度范圍內設置(zhi)搖擺柱，端(duan)部設置(zhi)支承結構。
4、高容量
柔性支(zhi)架可充分(fen)利用場(chang)地條件，按“多(duo)連跨，多(duo)聯排”的原則(ze)，將結構合理布局，最大限度提(ti)高土地利用率。
5、高凈空
柔(rou)性支架可采用架高(gao)立(li)柱的(de)方案以適(shi)應場地凈空要求，如水(shui)廠(chang)、廠(chang)房、連廊等(deng)項目(mu)高(gao)度可做到10m以上。
6、低含鋼量
與傳統剛(gang)架或桁架相比，柔性支(zhi)架具有低(di)含鋼量的(de)特點。用(yong)高強度拉索(suo)替(ti)代(dai)一般受(shou)拉構(gou)件，大(da)大(da)降(jiang)低(di)結構(gou)自重，從而降(jiang)低(di)結構(gou)整體(ti)用(yong)鋼量。拉索(suo)為(wei)結構(gou)提供整體(ti)剛(gang)度的(de)同時(shi)貢獻應力剛(gang)度。
面對形式多樣的柔性支架，可結合其結構形式和受力特點，總結出適用條件，作為結構選型的依據。
1）單層懸索結構
單層懸索(suo)(suo)結構一般由梁柱組(zu)(zu)成的(de)主(zhu)鋼(gang)架、斜(xie)拉、索(suo)(suo)體(ti)(ti)等主(zhu)要構件組(zu)(zu)成，索(suo)(suo)體(ti)(ti)為(wei)兩道平(ping)行于組(zu)(zu)件平(ping)面的(de)拉索(suo)(suo)，使(shi)用(yong)索(suo)(suo)體(ti)(ti)代替一般受拉構件。組(zu)(zu)件支承(cheng)索(suo)(suo)張(zhang)拉完成后經由鋼(gang)梁端部的(de)錨具固定(ding)，通(tong)過(guo)張(zhang)拉設備使(shi)支承(cheng)索(suo)(suo)獲得應力剛度，用(yong)于支承(cheng)組(zu)(zu)件，依(yi)靠端部斜(xie)拉形成自平(ping)衡體(ti)(ti)系。
圖1.1 單層懸索結構
優點：形(xing)式(shi)簡單、受力模式(shi)單一、地形(xing)適應性強、施工(gong)效率高(gao)。
缺點：采用(yong)全(quan)柔性(xing)體系，結(jie)構整體剛度(du)弱(ruo)，在風(feng)(feng)壓或風(feng)(feng)吸力作用(yong)下，易產生(sheng)較大變形，難以實現(xian)更大跨度(du)。
適用條件：
跨度：≤20m
基本風壓：≤0.5kN/m^2，超過0.5kN/m^2宜(yi)設置防風裝置。
應用場景：
1）沙(sha)漠、魚塘、農棚、停(ting)車場等平地
2）坡度陡峭的山地
2）雙層索桁架結構
雙層索(suo)(suo)桁(heng)架結構由(you)梁柱組成的(de)(de)主鋼架、斜拉、索(suo)(suo)體(ti)(ti)以(yi)及(ji)索(suo)(suo)體(ti)(ti)間的(de)(de)剛(gang)性(xing)撐桿(gan)組成，索(suo)(suo)體(ti)(ti)由(you)兩(liang)道(dao)平行(xing)的(de)(de)上弦(xian)索(suo)(suo)與(yu)一道(dao)曲(qu)率(lv)向上的(de)(de)下(xia)弦(xian)索(suo)(suo)構成。與(yu)單層懸索(suo)(suo)結構相比，多(duo)了承重索(suo)(suo)和剛(gang)性(xing)撐桿(gan)，通過(guo)張拉索(suo)(suo)體(ti)(ti)獲得應(ying)力(li)剛(gang)度形成自(zi)平衡(heng)體(ti)(ti)系。
圖1.2 雙層(ceng)索桁架結構
優點：索(suo)體張拉后由錨(mao)具固定(ding)于支承(cheng)結構上(shang)，組(zu)件支承(cheng)索(suo)用于支承(cheng)組(zu)件，承(cheng)重索(suo)抵抗(kang)向(xiang)下的豎向(xiang)荷載，結構具有較大的剛度和抗(kang)變形能(neng)力。
缺點：未(wei)設置穩定索，風(feng)吸力由組件(jian)支承索承擔，結構對(dui)風(feng)吸力較為敏感(gan)，不宜(yi)用于大(da)跨度結構或(huo)基本風(feng)壓較大(da)地區。
適用條件：
跨度：20m~30m
基(ji)本風壓(ya)：≤0.5kN/m^2
應用場景：
1）河道、魚塘、停車場等(deng)平地(di)
2）坡度平緩、高差(cha)較大的(de)山地
索桁架結構，因其跨度較大，為保證結構面外穩定(ding)(ding)，通常做成聯(lian)排形式，設置面外穩定(ding)(ding)索，防止發(fa)生面外失穩。
3）三層索桁架結構
三層(ceng)索桁(heng)架結構由梁柱(zhu)組(zu)成的(de)主鋼(gang)架、斜拉、索體(ti)以及索體(ti)間的(de)剛性撐(cheng)桿組(zu)成。與雙層(ceng)索桁(heng)架相比(bi)，索體(ti)增加了穩(wen)定(ding)索，形成曲率相反的(de)上下弦結構，穩(wen)定(ding)索用于抵抗風吸(xi)力作用。
圖1.3 三層索桁架結構(gou)
優點：承重索(suo)抵抗向下(xia)的豎向荷載，穩定(ding)索(suo)抵抗向上(shang)的豎向荷載，結構(gou)面內與面外剛度(du)均由預拉力提供，具有良好的剛度(du)和形狀穩定(ding)性(xing)。
缺點：結構(gou)形式(shi)較復雜(za)，三層索均需(xu)施(shi)(shi)加預(yu)拉(la)力，張拉(la)過程較繁瑣(suo)，為避免預(yu)拉(la)力施(shi)(shi)加過程中支承構(gou)件產(chan)生過大的(de)彎(wan)矩和變形，需(xu)嚴格(ge)把控(kong)施(shi)(shi)工工序和施(shi)(shi)工質量(liang)。
適用條件：
跨度：20m~60m
基(ji)本風壓：適用范圍(wei)廣
應用場景：
1）污(wu)水(shui)廠(chang)、水(shui)庫、灘(tan)涂等大平(ping)地(di)
2）坡度(du)緩、高差大、跨度(du)大的山(shan)地(di)
4）張弦結構
張弦結構是(shi)由梁柱組成(cheng)的主鋼架、斜拉、剛(gang)(gang)性(xing)上(shang)弦、索(suo)體及剛(gang)(gang)性(xing)撐桿組成(cheng)。索(suo)體為承重索(suo)，與三層索(suo)桁(heng)架相比，無(wu)穩定索(suo)。上(shang)弦采(cai)用(yong)剛(gang)(gang)性(xing)結構，下弦采(cai)用(yong)柔(rou)性(xing)拉索(suo)，在預應(ying)力作用(yong)下，撐桿對上(shang)弦起到彈性(xing)支承作用(yong)，以(yi)改善上(shang)部(bu)結構的受力狀態，從而形成(cheng)自平(ping)衡體系。
圖1.4 張弦結構
優點：用(yong)撐(cheng)桿連(lian)接上部壓彎構件和下部受拉構件，通(tong)過施(shi)加預拉力(li)，使上部結構產生(sheng)反撓度，提(ti)高了上部結構的(de)承載(zai)能(neng)力(li)與抗(kang)變(bian)形能(neng)力(li)。
缺點：相(xiang)對于(yu)其他(ta)柔性體(ti)(ti)系，結構整體(ti)(ti)用鋼量較高；屬于(yu)平(ping)面型受(shou)力體(ti)(ti)系，存(cun)在面外失穩問(wen)題。
適用條件：
跨度：30m以上
基本風壓：適用范(fan)圍廣
應用場景：
污水(shui)廠(chang)、廠(chang)房(fang)、礦坑(keng)等(deng)平地(di)
柔性支架的成本
對于光(guang)伏項目開發企業來(lai)說，柔性(xing)支架的造價關乎企業的投(tou)資(zi)收益(yi)率。
本文(wen)以某100MW山地(di)項目為(wei)例，組件(jian)功(gong)率(lv)采(cai)用550Wp，由(you)于用地(di)緊張，其中50MW采(cai)用柔性支架(jia)(jia)，為(wei)適應現(xian)場(chang)地(di)形(xing)條件(jian)，擬采(cai)用單層(ceng)(ceng)索(suo)(suo)與(yu)多層(ceng)(ceng)索(suo)(suo)相結(jie)合的方案，即(ji)分別(bie)采(cai)用單層(ceng)(ceng)懸索(suo)(suo)結(jie)構、雙層(ceng)(ceng)索(suo)(suo)桁架(jia)(jia)結(jie)構、三(san)層(ceng)(ceng)索(suo)(suo)桁架(jia)(jia)結(jie)構三(san)種方案進行材料與(yu)施工成本分析。
1、單層懸索結構
2、雙層索桁架結構
3、三層索桁架結構
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