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近年來，我國光伏業(yè)發(fā)展迅速，但近期在歐美發(fā)達國家的圍剿下，已經(jīng)舉步維艱，只能轉(zhuǎn)向國內(nèi)市場。目前只有采用新思路、新設計、新材料，為國內(nèi)用戶提供安全、經(jīng)濟、可靠、多功能的鋼結(jié)構(gòu)支架，才能為光伏發(fā)電在國內(nèi)的全面推廣與發(fā)展提供更廣闊的運用空間。​

引言：隨著我國綠色經(jīng)濟的快速發(fā)展，單晶硅/多晶硅光伏發(fā)電和薄膜BIPV技術(shù)日趨成熟。鋼結(jié)構(gòu)與其它結(jié)構(gòu)相比，在使用功能、設計、施工以及綜合造價方面都具有巨大優(yōu)勢。因此，積極開發(fā)、生產(chǎn)新型鋼結(jié)構(gòu)光伏支架體系替代現(xiàn)有角鋼支架體系有著重要意義。​

1、太陽能鋼支架用鋼類型​

目前鑒于太陽能光伏支架結(jié)構(gòu)簡單、體積小的特性，在選用鋼材上大多以輕型結(jié)構(gòu)鋼和小截面普通型鋼結(jié)構(gòu)鋼為主。​

輕型結(jié)構(gòu)鋼：輕型結(jié)構(gòu)鋼主要是指圓鋼、小角鋼和薄壁型鋼。其中，角鋼用作支撐構(gòu)件時，能較好的利用鋼材的強度，并且利于整體支架的安裝，但用作受彎和受壓構(gòu)件時，產(chǎn)生的變形相對較大。目前，國標的角鋼相對于太陽能支架來說，可選的型號不多，故而需要更多的小角鋼型號來適應目前飛速發(fā)展的太陽能市場。薄壁型鋼的檁條構(gòu)件，一般采用壁厚1.5-5mm的薄鋼板，經(jīng)冷彎或冷軋后制成各種不同截面形式及尺寸的薄壁型鋼制品。與熱軋型鋼相比，在相同截面面積的情況下，薄壁型鋼的回轉(zhuǎn)半徑可增大50-60%，截面慣性矩和抵抗矩可增大0.5-3倍，因而能較為合理地利用材料的強度，但是由于薄壁型鋼的加工大多是在工廠，需要高精度的鉆孔才能和光伏電池板后的螺絲孔配合。工廠加工鉆扣后，才能熱鍍鋅防銹；運至現(xiàn)場安裝時，由于鋼材截面小，工具難以操作，施工較為困難。目前國內(nèi)的大多數(shù)電池板無法直接和薄壁型鋼連接安裝，均需要其他輔助固定結(jié)構(gòu)（如壓塊等）。​

普通型鋼結(jié)構(gòu)鋼：​

普通結(jié)構(gòu)鋼常采用冶煉容易、成本低廉的碳素結(jié)構(gòu)鋼或低合金鋼，截面有很多種類，光伏常用的主要包括工字型、H型、L型及各種設計要求的異型截面。加工方式也多種多樣，其中焊接型鋼是選用不同厚度的鋼板，根據(jù)設計要求在工廠焊接加工成型鋼，這種成型方式可以根據(jù)光伏工程項目的不同結(jié)構(gòu)部位的受力計算，在不同部位采取不同厚度的鋼板，比熱軋一次成型產(chǎn)品受力更加合理，更適合現(xiàn)場安裝，也可以節(jié)約鋼材。​

2、太陽能支架對鋼材性能的要求太陽能鋼結(jié)構(gòu)的鋼材應具有以下性能：​

1）抗拉強度和屈服點。屈服點高可以減小型鋼構(gòu)件截面，減輕結(jié)構(gòu)自重，節(jié)約鋼材，降低整體項目造價?？估瓘姸雀呖梢栽黾咏Y(jié)構(gòu)的整體安全儲備，提高結(jié)構(gòu)的可靠性。​

2）塑性、韌性及耐疲勞性。較好的塑性可以使結(jié)構(gòu)在破壞前產(chǎn)生較大變形，從而可以使人們及時發(fā)現(xiàn)和采取補救措施。較好的塑性還能調(diào)整局部峰值應力，本身太陽能電池板安裝經(jīng)常為了調(diào)整角度，采用強迫安裝，而塑性能使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生內(nèi)力重分布，讓結(jié)構(gòu)或構(gòu)件中某些原先應力集中部分的應力趨于均勻，提高結(jié)構(gòu)的整體承載力。較好的韌性可以使結(jié)構(gòu)在外力沖擊荷載作用下被破壞時吸收較多的能量，特別是風力較大的沙漠電站和屋頂電站，風振效應明顯，鋼材的韌性能有效降低危險程度。較好的耐疲勞性能同樣也可以使結(jié)構(gòu)具有較強的抵抗交替變化重復風荷載的能力。​

3）加工性能。良好的加工性能包括冷加工性能、熱加工性能和可焊性。光伏鋼結(jié)構(gòu)所采用的鋼材不但要易于加工成各種形式的結(jié)構(gòu)和構(gòu)件，而且還需要這些結(jié)構(gòu)和構(gòu)件不因加工造成強度、塑性、韌性以及耐疲勞性能過大的不利影響。​

4）使用壽命。由于太陽能光伏系統(tǒng)的設計使用壽命都在20年以上，故而良好的防腐蝕性能也是衡量支架系統(tǒng)好壞的重要指標。如果支架壽命短，勢必影響整個結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，導致投資回收期延長而降低整個項目的經(jīng)濟效益。​

5）在符合上述條件下，光伏鋼結(jié)構(gòu)用鋼還應該易于購買，生產(chǎn)，并且還要價格便宜。​

3、新型太陽能鋼結(jié)構(gòu)支架技術(shù)性分析​

目前角鋼太陽能支架的使用受到的條件限制越來越多，最主要的原因是目前鋼材質(zhì)量參差不齊，安裝需要大量現(xiàn)場鉆孔，但是鉆孔后鋼材又容易銹蝕，所以需要使用新型的支架來替代這些角鋼支架，以達到減緩腐蝕，延長使用壽命的目的。​

新型太陽能支架主體結(jié)構(gòu)形式：1）異形冷彎薄壁型鋼式支架結(jié)構(gòu)體系。異形冷彎薄壁型鋼是一種批量化生產(chǎn)制造、能快速組裝、完全干作業(yè)的裝配式輕鋼結(jié)構(gòu)體系，具有用鋼量少、建造省時、省工等特點。異形冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)體系的鋼結(jié)構(gòu)支架是將工廠預制的冷彎薄壁型鋼在施工現(xiàn)場用螺栓連接形成結(jié)構(gòu)骨架，再安裝上電池板形成整體光伏陣列。2）工廠預制整體式鋼支架體系。工廠預制帶檁條的鋼結(jié)構(gòu)架，在施工現(xiàn)場只需將支架模塊現(xiàn)場拼裝固定，然后安裝電池板即形成整個光伏陣列，施工速度快，適用于大規(guī)模電站。這種鋼結(jié)構(gòu)支架的安裝要求極高，一般采用的鋼材質(zhì)量最好，表面處理工藝極為優(yōu)秀，而且需要和光伏組件廠家前期充分溝通，才能達到完美的組裝配合。​

3）梁柱框架式幕墻光伏支架結(jié)構(gòu)體系。光伏幕墻適宜采用梁柱框架式鋼結(jié)構(gòu)支架體系。該結(jié)構(gòu)自重輕，結(jié)構(gòu)可靠，由于其側(cè)向剛度小，當結(jié)構(gòu)高度較高或?qū)痈咻^大時，需設置側(cè)向支撐以形成支撐框架結(jié)構(gòu)。高層光伏幕墻設計上，常用鋼結(jié)構(gòu)與現(xiàn)澆預埋件組成混合結(jié)構(gòu)，增強整體結(jié)構(gòu)抗側(cè)移能力，減低用鋼量，從而減低總造價。​

4、新型冷彎薄壁型太陽能支架零部件安裝：​

1）鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的連接新型冷彎薄壁型太陽能支架系由工廠預制的各種鋼塑料混合連接件裝配而成，這些鋼塑料混合連接件型號多種多樣，能夠適合不同的安裝條件，正確選擇混合構(gòu)件連接形式和方式是整體結(jié)構(gòu)設計的重要環(huán)節(jié)。​

2）支架與基礎連接新型冷彎薄壁型太陽能支架自重較輕、多安裝孔洞。一般以獨立基礎為主，必要時需加鋼筋混凝土連梁。對于地質(zhì)條件較差的地方，可采用條形基礎或十字交叉基礎，盡量不采用筏板基礎。所有上部柱腳均采用鉸接形式，而預埋件部分則可選擇插入式柱腳，或預埋螺栓外包防水混凝土。這兩種柱腳形式均加工簡單、施工方便、連性能好。​

3）支架檁條連接安裝節(jié)點連接有三種形式:剛接、鉸接和半剛接，這三種連接方式均已有現(xiàn)成的配套節(jié)點模塊化制作方法。鉸接構(gòu)造簡單，制造安裝最為方便，但風大的地區(qū)需要設置水平支撐或斜撐使女兒墻承受水平荷載和提供額外剛度，不設置支撐時梁與柱的連接節(jié)點都應做成剛接。半剛性連接比剛連接施工簡單，比鉸接性能好，因其受力難以控制，需要結(jié)合經(jīng)驗才能實際采用，目前基本不采用?，F(xiàn)場連接一般為先用螺栓鉸接后兩端現(xiàn)場焊接。​

5、結(jié)束語​

相對而言，新型冷彎薄壁型鋼式光伏支架結(jié)構(gòu)體系能使項目工期大幅度縮減，滿足了太陽能光伏建筑的需求，特別是其優(yōu)越的防腐蝕性、可回收性，體現(xiàn)了鋼結(jié)構(gòu)的綜合造價優(yōu)勢；新冷彎薄壁型結(jié)構(gòu)太陽能支架系統(tǒng)的直接經(jīng)濟效益主要來自結(jié)構(gòu)施工工期縮短和維護費用降低的優(yōu)勢，并且隨著使用年數(shù)的延長，效益增加越明顯。筆者認為大力發(fā)展新型冷彎薄壁型鋼式支架結(jié)構(gòu)體系是必然趨勢​