CN108396876A - 分布式光伏屋面的c形檩条连接件装置及其施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种分布式光伏屋面的C形檩条连接件装置及其施工方法，包括固定在屋顶的屋面钢梁和连接在屋面钢梁上的檩条，端头相邻的两檩条利用内套连接件固定连接为刚性的一体式构件。本发明利用内套连接件将端头相邻的两檩条固定连接为刚性的构件，从而将分立的多檩条改变成为一体的连续梁，改善檩条组合结构状态，大幅提高荷载强度，且用料省、用工少和成本低，用于安装分布式光伏发电设备屋顶加强结构。

Description

分布式光伏屋面的C形檩条连接件装置及其施工方法

技术领域

本发明属于光伏发电技术领域，具体涉及一种安装分布式光伏发电设备的屋顶结构加强。

背景技术

屋顶分布式光伏发电近些年来取得了迅猛发展。分布式光伏需要大量的光照地面资源，而充分利用既有建筑屋面，不仅节地，而且对太阳能的利用是分散获取、就地消费，可节省高压传输与变配电成本。

分布式光伏的安装场地。目前常用的安装场地有空地、建筑屋顶、高速公路或铁路旁以及如滩涂等其他场合。这几种安装场地类型中，建筑屋面占比最大，且具有以下优势：

如上所述电能可以就地利用，节省高压传输变电等设施的投入，避免电能的传输损耗，提高利用效率；尤其是无需占用本已有限的土地资源；维护方便。

需要指出的是，既有建筑屋面基本都未考虑安装太阳能光伏的荷载，一般而言，现有屋面的承载力是不足以增加安装太阳能光伏设备的荷载的。既有建筑屋面有以下几种类型：

常规建筑屋面，如住宅、办公、酒店等民用建筑，这些类型建筑总量比较大，但单体屋面面积比较小，有时还摆放水箱或暖通设备，大规模阵列安装存在困难。工业建筑、物流建筑屋面，该类型建筑单体屋面比较大，面积可达1万平米以上，并且往往多栋建筑并列，十分有利于大规模的光伏列阵安装，而且这些建筑一般周边空旷，因而光照时间能够保证，因此该类型屋面是目前重点开发的对象。工业厂房、物流建筑屋面基本都是轻钢结构形式，为节省建造成本，原设计的容许承载力富余很小，在安装光伏设备前一般需要对屋面结构进行加固。

本发明项目重点针对量大面广、安装光伏效率高的厂房及物流建筑屋面。该类型建筑的厂房基本采用轻钢结构。轻钢结构厂房主要由钢架、檩条、屋面系统、墙面系统以及支撑系统组成。

现有技术在轻钢屋面安装分布式太阳能光伏前，虽然也对轻钢屋顶进行加固，但其加固方案存在诸多的不尽如人意的之处。

例如，常规的屋面系统加固方案是将檩条加密。该加固方法是在原有轻钢屋面的每两相邻檩条之间加插一根檩条予以加密，如此一来，屋面承载加强显著，但其用材成本大，而且基本上需要全面积施工，因而对生产的影响比较大；现场需要新增檩托，以及和屋面板连接需要安装自攻螺钉，其安装成本大幅提高。

又例如，专利号201720255162.9，名称为钢结构建筑及其檩条加固体系的专利，其技术方案是在原有间隔设置的檩条之间焊上若干支撑加固件，将相邻的檩条横向相连加固。这种方案与上述的加插檩条方案存在同样的不足。

再例如，专利号201621187568.X，名称为一种光伏组件加固支架的专利，其设置光伏组件支撑斜面，在支架背面的斜梁上安装斜拉杆，在檩条之间安装撑杆件和横拉杆的方式。简述之就是在檩条组之间敷设若干十字交叉的斜拉杆。这种技术方案虽然有其积极的意义，但也同样存在前述的其他方案的不足之处，而且这种方案将斜拉杆置于檩条之上，影响光伏设备的安装基础平整。

对于现有技术的C型檩条连接，更为关键的是，其相对接的两根檩条之间是断开而非连续的，每根檩条为简支受力模式，跨中受弯最为不利，且无法利用支座部位的抗弯承载能力。

发明内容

本发明需要解决的技术问题是，克服既有轻钢屋面安装分布式太阳能光伏所进行的加固技术方案存在的用材多、荷载重、加工和安装耗时长、成本高以及承载力增强幅度低的缺陷，提供一种改变檩条组合结构状态、大幅提高承载能力、用料省、用工少的屋顶加强结构。

解决安装光伏设备对轻钢屋面安全问题的重点是檩条加固，而实际工程中，轻钢屋面应用C型檩条的占大部分。但现有技术的C型檩条在支座处基本都是铰接连接，故本发明予以改进使之成为连续梁。

本发明的目的是通过下述技术方案予以实现的：

一种分布式光伏屋面的C形檩条连接件装置，其特征是，端头相邻的两檩条利用内套连接件固定连接为刚性的一体式构件。

本发明利用内套连接件将端头相邻的两檩条固定连接为刚性的一体式构件，即将分立的多檩条改变成为一体的连续梁。

分析原有的普通檩条的安装特征时，可将其视为简支梁，在均布荷载q作用下，跨度为ι的简支梁，其跨中弯矩M₀＝qι²/8为最大。而按本发明将分立的多檩条改变成为一体的连续梁后，可将原铰接支座改变为连续梁支座，即将多跨简支梁变为多跨连续梁，则弯矩图会发生根本性的改变，可以显著减小最不利的弯矩设计值。从而极大地提高变成连续梁后的檩条的抗弯承载力。檩条抗剪强度总是足够的，所以应重点考虑的是梁的中部最大弯矩值，如今按照本发明，该问题即可得到完满的解决。

优选方案，内套连接件的截面形状与檩条的型材截面形状相适配。

优选方案，所述内套连接件的截面形状为与C型檩条截面形状相适配的I字形或C字形结构，内套连接件紧密配合在檩条内侧，并利用螺栓连接，使相邻的两根檩条与内套连接件固定连接为刚性的一体式结构。

优选方案，所述内套连接件的截面形状为与C型檩条截面形状相适配的结构，包括主板，与主板相垂直的部位设有加强肋，主板与加强肋构成π字型结构或T字型结构，π字型结构或T字型结构的内套连接件紧密配合在檩条内侧，并利用螺栓连接，使相邻的两根檩条与内套连接件固定连接为刚性的一体式结构。

优选方案，内套连接件设置有与檩条上原配置有的紧固件相避让的结构。

优选方案，C字形结构的内套连接件由梯形波形状的腹板和分别焊接连接在腹板两侧端部的两块翼缘共同构成，所述梯形波的波谷与檩条上原配置有的紧固件相对应。

该焊接件的整体形状如同底部为波形的槽钢，由于底部为波形结构，既能够使波形结构的波谷对着檩条上原配置有的紧固件而达到相避让的效果，而波峰则能够紧贴檩条以利连接，又能够提高整体的抗弯强度。

优选方案，内套连接件的腹板与C形檩条之间衬有垫板。

增设垫板，使得在装配时原本已有的设置在檩条上的连接螺栓的端部不会妨碍内套连接件与檩条紧密配合。这是另一种避让结构。

优选方案，内套连接件设置有与檩条上原配置有的紧固件相避让的同样数量的通孔。这是又一种避让结构。

优选方案，内套连接件的横向高度包括通高或非通高。

定义，内套连接件的横向高度与檩条内侧高度一致的称为通高；内套连接件的横向高度小于檩条内侧高度的称为非通高。

内套连接件选用通高件使其强度尽可能地大；选用非通高件使其小于檩条内侧高度，以便于装配压入。

优选方案，在靠近相邻的檩条接头处，将内套连接件与檩条各补加若干枚螺栓予以加强连接。

一种分布式光伏屋面的C型檩条连接件装置的施工方法，其特征是，内套连接件装配工艺包括如下工序：

(1)、按技术设计要求制作内套连接件，注意内套连接件的避让结构须和檩条上原有的紧固件位置相对应；具体是，a)、根据图纸和现场尺寸进行配件下料；b)、钢板加工，如连接孔或避让孔钻孔、波纹腹板按避让位置折弯；c)、连接件组装焊接,腹板与翼缘通过焊接连接或垫板与腹板焊接；d)、连接件校正；e)、防腐处理；

(2)、清除檩条内表面的毛刺；

(3)、从相邻檩条的相邻端头插进内套连接件，内套连接件插入相邻两檩条端部的长度各占内套连接件总长的一半；

(4)、在距离内套连接件的端部适当距离的位置现场加工至少两个螺栓安装孔，螺栓安装孔的位置相对于檩条和内套连接件的中性面对称分布；

(5)、在靠近相邻的檩条接头处，将内套连接件与檩条各补加若干枚螺钉予以加强连接。

本发明的有益效果是：

1、利用内套连接件将分立的多根檩条整合成为一体的连续梁，极大地提高连续梁的抗弯强度；

2、比起现有技术的加密加固或在檩条下方加角钢的方案，用材最省，成本低且效果好。

3、用材省的同时现场所需的施工工作面小，从而对工厂正常作业的影响很小。

附图说明

图1是本发明一种实施例的结构示意图；

图2是现有技术的檩条视为简支梁时在均布荷载q作用下的弯矩示意图；

图3是檩条视为连续梁时在均布荷载q作用下的弯矩示意图；

图4是内套连接杆截面为c字形结构的示意图；

图5是π字型结构的内套连接杆与C型檩条配合的示意图；

图5-1是T型内套连接件结构示意图；

图5-2是I字形内套连接件结构示意图；

图5-3是C字形内套连接件结构示意图；

图6是现有技术的檩条与屋面钢梁连接的立体示意图，图中示出原有的檩托板；

图7是现有工厂轻钢屋面结构参考示意图；

图8是由梯形波形状的腹板和在腹板两侧端部的两块翼缘共同构成的C字形结构的内套连接件示意图；

图9是图8的A-A剖视示意图；

图10是内套连接件的腹板与C形檩条之间衬有垫板的示意图；

图11是图10的B-B剖视示意图；

图12是一种内套连接件的结构示意图。

图中，屋面钢梁1；檩条2；简支梁21；C型檩条22；铰接关系符号23；檩托板24；内套连接件3；腹板31；翼缘32；波谷33；波峰34；垫板35；通孔36；连续梁6；π字型结构7；主板71；加强肋 72；螺栓73；最大弯矩值M₀；弯矩值M1；弯矩值M2；弯矩值M3；轻钢屋面9。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例1：如附图1所示，一种安装分布式光伏发电设备的屋顶加强结构，包括固定在屋顶的屋面钢梁1和连接在屋面钢梁1上的檩条2，端头相邻的两檩条2利用内套连接件3固定连接为刚性的一体式构件，具体是内套连接件3较为紧密地配合在檩条2内侧，并利用螺栓将内套连接件3和檩条2固定连接，使相邻的两根檩条2固定连接为刚性的一体式结构。

本发明利用内套连接件3将端头相邻的两檩条2固定连接为刚性的一体式构件，即将分立的多檩条整合成为一体的连续梁6。

根据现有技术的普通檩条的安装特征可将其视为简支梁21，在均布荷载q作用下，跨度为ι的简支梁21，其跨中弯矩M₀＝qι²/8为最大。参见图2，图2中已将两檩条端部之间的铰接关系符号23显示出。

按本发明将分立的多檩条改变成为一体的连续梁6后，可将原铰接支座改变为连续梁支座，即将多跨简支梁变为多跨连续梁，则弯矩图会发生根本性的改变，可以显著地减小最不利弯矩设计值。从而较大地提高了变成连续梁6后的檩条的抗弯强度。参见图3，图3中的 M1、M2、M3表示不同的弯矩值。

解决安装光伏设备后轻钢屋面9安全问题的重点是檩条加固。具体而言，实际工程中C型檩条22占大部分，调查统计结果显示，采用C型檩条22的屋顶最多而且实际效果最好。本实施例针对C型檩条22设计内套连接件3，特征是内套连接件3的截面形状与原有檩条2的C字型截面的形状相适配，内套连接件3在外表面的各部位名义尺寸都与原有檩条2的内表面对应部位的名义尺寸相同并对内套连接件3选取适当的配合公差要求，以便安装时可顺利压入檩条2 内部。参见图4。

本发明的用钢量，折算成屋面面积，则用钢仅为1～1.5kg/m2，远小于常规方案需要的5～8kg/m²。

本发明可以较大幅度地提高承载力，提高幅度一般能够达到40％以上，因而能够满足荷载提高20％的安全技术要求，省材料、省工时、高效益。

实施例2:内套连接件3的截面形状为与檩条截面形状相适配的结构，包括主板71，与主板71相垂直的部位设有加强肋72，主板 71与加强肋72构成π字型结构7，π字型结构7内套连接件紧密配合在檩条2的内侧，并通过螺栓73将相邻的两根檩条固定连接为刚性的一体结构。其余结构同实施例1，参见附图5。

实施例3：内套连接件3的截面形状为与檩条截面形状相适配的结构，包括主板71，与主板71相垂直的部位设有加强肋72，主板 71与加强肋72构成T字型结构，T字型结构的内套连接件紧密配合在檩条内侧，并通过螺栓将相邻的两根檩条固定连接为刚性的一体结构。其余结构同实施例1或实施例2。参见图5-1。

实施例4：内套连接件3的截面形状为I字形结构(参见图5-2)，或C字形结构(参见图5-3)。

实施例5：C字形结构的内套连接件设置有与檩条上原配置有的紧固件相避让的结构。C字形结构的内套连接件由梯形波形状的腹板 31和分别焊接连接在腹板两侧端部的两块翼缘32共同构成。

该焊接件的整体形状如同底部为波形的槽钢，由于底部为波形结构，既能够使波形结构的波谷33对着檩条上原配置有的紧固件而达到相避让的效果，而波峰34则能够紧贴檩条以利连接，又能够提高整体的抗弯强度。该结构方案最适用于小规格的C形内套连接件。其余结构同实施例1。参看图8、图9。

焊接件的制作工艺，包括压制腹板31的梯形波和焊接翼缘32。梯形波的峰谷高度大于檩条上既有的紧固件端部外露部分的高度，且纵向位置和紧固件位置对应。

实施例5：内套连接件的腹板与C形檩条之间衬有垫板35。

增设垫板35，使得在装配时原本已有的设置在檩条上的连接螺栓的端部不会妨碍内套连接件的配合。其余结构同实施例1。参看图 10、图11。

实施例6：内套连接件设置有与檩条上原配置有的紧固件相避让的同样数量的通孔36。其余结构同实施例1。参看图12。

实施例7：一种分布式光伏屋面的C形檩条连接件装置的施工方法，其特征是，内套连接件装配工艺包括如下工序：

(1)、按技术设计要求制作内套连接件，注意内套连接件的避让结构须和檩条上原有的紧固件位置相对应；具体是，a)、根据图纸和现场尺寸进行配件下料；b)、钢板加工，如连接孔或避让孔钻孔、波纹腹板按避让位置折弯；c)、连接件组装焊接,腹板与翼缘通过焊接连接或垫板与腹板焊接；d)、连接件校正；e)、防腐处理。

(2)、清除檩条内表面的毛刺；

(3)、从相邻檩条的相邻端头插进内套连接件，内套连接件插入相邻两檩条端部的长度各占内套连接件总长的一半；

(4)、在距离内套连接件的端部适当距离的位置现场加工至少两个螺栓安装孔，螺栓安装孔的位置相对于檩条和内套连接件的中性面对称分布；

(5)、在靠近相邻的檩条接头处，将内套连接件与檩条各补加若干枚螺钉予以加强连接。

图6是现有技术的檩条与屋面钢梁连接的立体示意图，图中示出原有的连接件檩托板24。

图7是现有工厂轻钢屋面结构参考示意图。

本发明分布式光伏屋面的C形檩条连接件装置及其施工方法，将原有檩条改变为连续梁，强度提升系数大，并改善弯矩分布状况，降低最大弯矩值，以及具有加工容易、用工少和成本低的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.一种分布式光伏屋面的C形檩条连接件装置，其特征是，端头相邻的两檩条利用内套连接件固定连接为刚性的一体式构件。

2.根据权利要求1所述的分布式光伏屋面的C形檩条连接件装置，其特征是，内套连接件的截面形状与檩条的型材截面形状相适配。

3.根据权利要求2所述的分布式光伏屋面的C形檩条连接件装置，其特征是，所述内套连接件的截面形状为与C型檩条截面形状相适配的I字形或C字形结构，内套连接件紧密配合在檩条内侧，并利用螺栓连接，使相邻的两根檩条与内套连接件固定连接为刚性的一体式结构。

4.根据权利要求2所述的分布式光伏屋面的C形檩条连接件装置，其特征是，所述内套连接件的截面形状为与C型檩条截面形状相适配的结构，包括主板，与主板相垂直的部位设有加强肋，主板与加强肋构成π字型结构或T字型结构，π字型结构或T字型结构的内套连接件紧密配合在檩条内侧，并利用螺栓连接，使相邻的两根檩条与内套连接件固定连接为刚性的一体式结构。

5.根据权利要求1所述的分布式光伏屋面的C形檩条连接件装置，其特征是，内套连接件设置有与檩条上原配置有的紧固件相避让的结构。

6.根据权利要求5所述的分布式光伏屋面的C形檩条连接件装置，其特征是，C字形结构的内套连接件由梯形波形状的腹板和分别焊接连接在腹板两侧端部的两块翼缘共同构成，所述梯形波的波谷与檩条上原配置有的紧固件相对应。

7.根据权利要求5所述的分布式光伏屋面的C形檩条连接件装置，其特征是，内套连接件的腹板与C形檩条之间衬有垫板；或内套连接件设置有与檩条上原配置有的紧固件相避让的同样数量的通孔。

8.根据权利要求1所述的分布式光伏屋面的C形檩条连接件装置，其特征是，内套连接件的横向高度包括通高或非通高。

9.根据权利要求1至8任一条权利要求所述的分布式光伏屋面的C形檩条连接件装置，其特征是，在靠近相邻的檩条接头处，将内套连接件与檩条各补加若干枚螺栓予以加强连接。

10.一种分布式光伏屋面的C型檩条连接件装置的施工方法，其特征是，内套连接件装配工艺包括如下工序：

(1)、按技术设计要求制作内套连接件，注意内套连接件的避让结构须和檩条上原有的紧固件位置相对应；具体是，a)、根据图纸和现场尺寸进行配件下料；b)、钢板加工，如连接孔或避让孔钻孔、波纹腹板按避让位置折弯；c)、连接件组装焊接,腹板与翼缘通过焊接连接或垫板与腹板焊接；d)、连接件校正；e)、防腐处理；

(2)、清除檩条内表面的毛刺；

(3)、从相邻檩条的相邻端头插进内套连接件，内套连接件插入相邻两檩条端部的长度各占内套连接件总长的一半；

(4)、在距离内套连接件的端部适当距离的位置现场加工至少两个螺栓安装孔，螺栓安装孔的位置相对于檩条和内套连接件的中性面对称分布；

(5)、在靠近相邻的檩条接头处，将内套连接件与檩条各补加若干枚螺钉予以加强连接。