分布式光伏荷载介绍及快速估算的经验方法

前言

2017年第一季度分布式光伏新增装机4.78GW，同比增长151%；2017年上半年分布式光伏新增装机7.11GW，同比增长2.9倍。截至2016年年底，分布式累计装机占比只有13%左右，2017上半年新增分布式占比提升至将近30%，分布式占比大幅提升。

然而，在分布式光伏发展如火如荼的时候，分布式光伏项目屋顶荷载问题，特别是易形成较大项目规模的钢结构彩钢瓦屋面的荷载问题，成为了项目开发中最为重要的一个痛点。今天兔子君与大家分享分布式光伏屋面荷载的知识以及简便的快速评估的经验方法，让大家在花钱请设计院开具荷载证明之前，能够大致估算项目屋顶荷载是否满足光伏项目的要求。

荷载与载荷

许多开发人员经常会混淆荷载和载荷的概念，为了体现开发人员的专业，我们应当使用正确的专业术语。

荷载：指的是使结构或构件产生内力和变形的外力及其它因素。多用于建筑领域。

载荷：机械设计中通常指施加于机械或结构零件上的外力，侧重指其承担能力。

因此在讨论分布式光伏屋顶承重问题的时候，我们应当使用荷载的概念。

屋面荷载的分类

按时间分类：永久荷载（恒荷载）、可变荷载（活荷载）、偶然荷载（特殊载荷或偶然作用）。光伏电站系统属于新增恒荷载。

作用面大小分类：均布载荷、集中荷载、线性荷载。

作用方向分类：垂直荷载、水平荷载。

屋面分布式光伏项目涉及的荷载

屋面结构自重：钢筋混凝土楼板自重、屋面钢梁檩条彩钢板的自重、屋面保温防水材料的自重、屋面原有构件及设备的自重（属于恒荷载）。

光伏电站系统荷载：光伏组件，支架、基础、电缆、汇流箱等（属于新增恒荷载）。

风、雨、雪荷载：因建设光伏电站，而导致的风、雨、雪荷载的增大。

施工荷载（后期运维荷载）：施工阶段，设备材料的吊装、运输、施工人员、施工设备等产生的作用影响，属于活荷载。

地震不属于荷载，地震是一种作用，关于地震作用的规定及验算，见GB50011-2010《建筑抗震设计规范》。

荷载的预判

图纸的模拟计算：通过建筑物结构图纸，使用软件（如MTStool、理正结构工具箱等）对主要受力构件（如檩条、楼板等）初步核算，

现场勘察：实际建筑物与设计图纸对比，发现设计图以外新增荷载或因后期改扩建变更的荷载。

室外：屋面增建的设备间，电梯间，空调机或天线的设备基础、消防或通风管道等

室内：有无大面积漏水、梁板柱有无开裂、锈蚀及损毁、新增吊顶构件，屋面内部吊挂设备、屋面开洞、新增室内轨道吊车等。

如果想要获得可靠的荷载数据，应当经过现场勘察后，结合现场实际荷载情况，再进行结构建模等系统的核算。

混凝土屋面荷载的预判

钢筋混凝土屋面：新增光伏发系统的承载力校核验算通过率大于80%。结构方面比较适宜安装光伏发电系统。

侧重注意的问题：私自建造的建筑物、建设年代久远的老旧建筑，存在偷工减料的豆腐工程、私自改扩建情况影响了原建筑结构受力安全、与屋主沟通未来是否有屋面结构改扩建计划。

混凝土预制板屋面、预应力双T板屋面、马鞍板屋面，通过选择合适的安装形式，如适当降低安装倾角、避让敏感区域、阵列加装导流板、降低配重块高度和重量等，亦可正在安装光伏电站系统。

混凝土屋面光伏系统按单排组件最佳倾角进行安装、混凝土配重上考虑，约0.45KN/㎡。

金属屋面荷载的预判

金属屋面：新增光伏发系统的承载力校核验算通过率小于50%。结构承载力不足情况较多，使用前需认真校核。

侧重注意的问题：是否为正规设计单位设计、能否获取原设计图纸、是否私自建造、是否建设期替换过钢材等级、私自改扩建情况影响了原建筑结构受力安全、与屋主沟通未来是否有屋面结构改扩建计划。

彩钢瓦屋面光伏光伏系统按组件顺屋面坡度平铺安装、支架檩条采用夹具夹在金属屋面瓦楞上考虑，约0.15KN/㎡。

金属屋面荷载的快速预判方法

经验方法一：

非正规设计院设计、非正规施工单位施工、无图纸或借图建造的厂房，基本都不可使用。因为其结构安全不可控、野蛮施工隐患多、材料以次充好。如Q235材料替换Q345材料使用。

经验方法二：

檩条跨度6米左右，檩条型号小于180，檩条核算易超限；

檩条跨度8米左右，檩条型号小于220，檩条核算易超限；

檩条跨度大于6米，檩条间的拉条仅为1道时，檩条核算易侧向失稳。

以上主要针对常见的C型或Z型檩条的门式钢架结构厂房进行预判，上述情况下通常存在增加光伏电站荷载后，应力比超限或挠度超限。

当然，文中方法仅供各位在开发期间参考，在项目实际设计中，应当由设计院对屋顶，特别是彩钢瓦屋面进行荷载的校验，保证项目安全性。