目前，我国大多数工业厂房均采用大跨度钢结构建筑形式，以彩 钢板作为屋面建筑材料。该材料具有重量轻、强度高、抗震性能好等 优点，但由于多数情况下先有屋顶后建电站，因而在安装光伏阵列时 存在屋面承重是否达标的问题， 特别是在发生风雪天气及人工维护光 伏组件时更需注意。因此，在安装分布式光伏系统前应审慎进行荷载 分析和验算，以评估屋面结构的安全性和可靠性。 该项目所在工业厂房为带女儿墙的封闭式单跨双坡屋面， 坡度为 6° ， 屋面高度 14.6m， 屋顶面积 2983 ㎡， 厂房占地 2966 ㎡ （宽 42.5m， 长 69.8m） ，光伏组件平行于屋面铺设。 屋面荷载的分析包括荷载和可变荷载， 均按正常使用极限状 态考虑。关于该项目的计算和取值均按照 2012 版《建筑结构荷载规 范》进行荷载分析 由于该项目中的光伏组件采用平铺方式， 因此荷载主要包括 光伏组件和零配件的自重， 分别以 装，则还需计入支架的重量。 和 表示。 如果采用支架方式安 光伏组件的重量一般在 15kg/㎡至 20 kg/㎡之间， 经测算该项目 使用的组件自重 为 0.15kN/㎡。 零配件包括放置于光伏组件和屋面 取 0.05 kN/㎡。 。 之间支撑件及各类固定件，为铝合金材料， 于是，该项目的荷载组合值 2.2 可变荷载分析 该项目中的可变荷载主要包括屋面活荷载 、雪荷载 、风荷 载 和积灰荷载 。其中由于光伏组件需定期清洗，因此积灰荷载 可忽略不计。 屋面活荷载包括施工或维修人员、 小型工具和光伏组件等临时性 活荷载。由于对屋面结构进行设计及复核时，屋面活荷载中已经包括 了施工人员临时性活荷载， 在此次分析时应扣除光伏屋面施工人员临 时性活荷载 （一般取 2 kN/㎡） ， 而只计入光伏组件的均布活荷载 0.54 kN/㎡[6]。
一、屋面光伏荷载检测-雪荷载标准值 的计算如式 1）所示。
1） 其中， 为屋面积雪分布系数，该项目所在屋顶为单跨双坡结构 且坡度小于 25°，因此 取 1.25； 为基本雪压，查表可知泰安地 为 区 应取 0.35 kN/㎡[5]。于是，可得 为 0.44 kN/㎡。 风荷载标准值 的计算如式 2）所示。 2） 其中， 指高度 z 处的风振系数，该项目的屋面在 30m 以下且 高宽比小于 1.5，可以不考虑脉动风压影响，此时风振系数取指风荷载体型系数，该项目为封闭式双坡屋面，坡度小于 15°， 光伏组件迎风面及背风面均承受负压， 按取*不利者原则应取其背风 面系数指风压高度变化系数，该项目位于郊区，地面粗糙 度属于 B 类，屋面高 14.6m，应取值 1.13； 知泰安地区 应取 0.40 kN/㎡[5]。于是，可得 指基本风压，查表可 为-0.23 kN/㎡。 由于以上不利因素同时出现的可能性较低， 因此可将各种可变荷 载的标准值同时乘以相应的折减系数，从而得到组合值。可变荷载组 合值 的计算如式 3）所示。 3） 其中、 分别代表工业楼面活荷载、雪荷载和风荷载的组合 值系数，根据文献[5]可依次取和 0.6。 将式代入式 3） ，可计算得 2.3 可靠性判断 为确保该项目所在屋面具备施工安装条件， 业主单位专门委托建 筑工程评估机构对屋面承载能力进行复核并出具评估报告。 复核结果 （ 和）和计算结果对比如表 1 所示。 表 1 项目所在屋面承载能力复核值与计算值比较 荷载类别 荷载 G 可变荷载 Q 表 1 显示 ，且 与 值较为接近，以上结果表明该屋面 复核值 （kN/㎡） 计算值 （kN/㎡） 判断结果 =0.55 kN/㎡。 基本具备安装光伏发电系统的条件， 但不宜全部、 集中铺设光伏组件。 根据以上评估结果， 安全起见， 该项目适当缩小装机规模， 由 300kW 缩减至 250kW，并且在施工过程中采取措施避免荷载过于集中，比 如分散放置物料、施工通道设置在承重梁上方、施工人员分段站位且 脚下铺设大面积板材等。 3、施工设计 屋面光伏组件的安装分为穿透式和非穿透式两种， 其中穿透式施 工方法将光伏组件所在支撑构件与彩钢板下的承重梁通过铆钉连接， 其优点是结实、不易受外力影响，但缺点是容易导致屋面漏水且不易 维护[9]。目前国内大多采用非穿透式施工方法，即根据彩钢板的安装 型式定制相应的夹具，从而将支撑件与屋面连接在一起，然后通过螺 栓将光伏组件固定在支撑件上。具体方法如下。 屋面系统采用的彩钢板分为直立锁边式、咬口式、卡扣式等几个 类型，该项目屋顶的彩钢板采用咬口式，如图 1 所示。根据图 1 中彩 钢板咬口处的形状和尺寸，该项目设计加工了与之配套的固定夹具， 如图 2 所示，由夹具 1 和夹具 2 通过螺栓连接。 图 1 该项目所在屋面的彩钢板类型 夹具 2 上方的椭圆孔用于连接支撑光伏组件的内工字型铝合金 导轨，该导轨（支撑件）的横截面如图 3 所示，在上下方各有一个滑 槽，用于与其他部件的连接。其中，G1 槽与椭圆孔通过螺栓连接， G2 槽通过紧固件 1（见图 4）将光伏组件的边框予以固定。