基于PKPM软件在独栋式光伏农业大棚结构校核中的应用

特变电工新疆新能源股份有限公司 ■ 黄华 姚一波 刘夏伟

1 工程概况

1.1 气象条件

本项目场址地处湖北省的麻城市，属亚热带大陆性湿润季风气候，江淮小气候区；光照充足、热量丰富、降水充沛、无霜期长；四季分明，冬冷夏热，雨、热同季为普遍现象，平均降水量为1111.2～1688.7 mm。

1.2 电站详细地质条件

拟建光伏农业大棚场区在勘探深度内揭露的地层岩性特征描述为：

第一层：耕土(Q4)，褐色，主要由粉土等组成，含有少量粘性土和有机物等，力学性质差。该层结构松散，土质较均匀，力学性差，不宜做地基的持力层使用，该层厚0.3～0.9 m。

第二层：黄土状粉土(Q41pl+dl)，褐黄色，稍湿，稍密，含云母、氧化物，湿陷系数大于0.015，具浸水湿陷性，局部夹薄层粉质粘土，该层层底埋深1.2～10.0 m，层厚0.6～10.0 m，平均厚1.67 m。表1为项目现场持力层岩土主要物理力学性质指标值。

表1 岩土主要物理力学性质指标值

2 光伏农业大棚介绍

2.1 钢结构材质及规格

2.1.1 材质

所用钢结构均为Q235标准型材，热镀锌处理。

2.1.2 主要构件参数

立柱：方钢100 mm×100 mm×3 mm；围合部分框架：方钢50 mm×50 mm×2 mm；棚顶主梁：方钢80 mm×80 mm×2.5 mm；棚顶次梁：方钢40 mm×40 mm×2 mm；光伏电池组件、透光玻璃安装支架：角钢50 mm×50 mm×3 mm。

2.2 大棚主体结构

大棚主体结构包括四周立面的钢结构立柱围合部分和南北两跨设置在立面围合部分上方的棚顶。南北两跨棚顶为带倾角平面顶，南坡面局部区域采用多晶硅太阳电池组件，与钢结构骨架通过专用柔性连接件连接，其余区域采用透光玻璃；北坡面全部采用透光玻璃覆盖。

此次设计的独栋式光伏农业大棚方位东西延长、坐北朝南。东西长30 m，南北宽9 m，围合部分高2.6 m，棚顶高4.7 m，棚顶南坡相对于水平面的倾角为16°，北坡相对于水平面的倾角为42°。大棚的南北侧立面围合部分每隔3.33 m设置1个钢结构立柱，每个立柱下面设置1个400 mm×400 mm×800 mm的钢筋混凝土基础，立柱法兰与基础之间通过预埋在基础内的地脚螺栓固定。图1为独栋式钢结构光伏农业大棚轴立面布置图。

图1 光伏农业大棚轴立面布置图

3 PKPM软件在结构校核中的应用

3.1 风荷载分析

3.1.1 风荷载计算参数

项目所在地基本风压为0.55 kN/m2，风荷载作用下舒适度验算，地面粗糙程度B类，结构X向基本周期0.25 s，结构Y向基本周期0.25 s，考虑风振、风荷载作用下结构的阻尼比1.0%，风荷载作用下舒适度验算阻尼比2.0%。

图2 风荷载作用下结构空间变形简图

3.1.2 风荷载计算结果

X、Y方向风荷载作用下结构空间变形如图2所示。通过PKPM软件进行加载计算得出，X方向风荷载作用下结构空间最大变形为10.13 mm，Y方向风荷载作用下结构空间最大变形为19.99 mm。

3.2 恒荷载分析

3.2.1 恒荷载计算参数

本次恒荷载计算主要考虑光伏电池组件、透光玻璃及连接件的自重，通过计算，棚顶承受恒荷载为0.125 kN/m2。

3.2.2 恒荷载计算结果

恒荷载作用下结构空间变形如图3所示。将荷载信息导入PKPM软件，经计算得出恒荷载作用下大棚空间结构最大变形为11.26 mm。

图3 恒荷载作用下结构空间变形简图

3.3 地震荷载分析

3.3.1 地震荷载计算参数

本项目所在场区地震烈度为7度，场地类别II类，设计地震分组第一组，特征周期0.35 s，地震影响系数最大值0.08，钢框架的抗震等级4级，活荷重力荷载代表值组合系数0.5，周期折减系数1.0，结构的阻尼比4.0%。

3.3.2 地震荷载计算结果

X、Y方向地震力作用下结构空间变形如图4所示。将荷载信息导入PKPM软件，通过加载计算得出，X方向地震力作用下结构空间最大变形为4.98 mm，Y方向地震力作用下结构空间最大变形为2.64 mm。

3.4 结论

图4 地震力作用下结构空间变形简图

通过上述加载分析计算可知，光伏农业大棚钢结构在风荷载作用下空间结构最大变形为19.99 mm，在恒荷载作用下空间结构最大变形为11.26 mm，在地震力作用下空间结构最大变形为4.98 mm。查阅相关规范得知，上述变形值均满足建筑结构荷载规范中对钢构架空间结构变形的规定，因此，该独栋式光伏农业大棚结构满足设计要求。

4 结束语

PKPM软件在光伏农业大棚设计中的应用大幅提高了空间结构强度校核的准确性，缩短了设计周期。但该软件有部分参数是程序默认值，在实际工程应用中不一定能满足每个工况的实际情况。因此，设计过程中必须结合钢结构实际受力特点和相关规范的要求，对不合理的参数加以修正，在确保钢结构稳定性和使用性能的前提下，达到成本最优的目的。

[1] GB50017-2003, 钢结构设计规范[S].

[2] GB50011-2010, 建筑抗震设计规范[S].

[3] GB50009-2001, 建筑结构荷载规范[S].

[4] GB50797-2012, 光伏发电站设计规范[S].