CN118815048A - 一种大跨度bipv屋盖结构 - Google Patents

Abstract

本发明属于建筑领域，具体的公开了一种大跨度BIPV屋盖结构，包括框架和BIPV板，BIPV板平铺在框架的顶部；框架包括至少两个支撑组件和固定连接相邻两个支撑组件顶部的矩形钢梁，在相邻两个支撑组件之间还通过多个平行于矩形钢梁的直工字钢梁固定连接；矩形钢梁上固定有穿过直工字钢梁的圆形钢梁，上述固定连接均采用耳板与螺栓的方式使上述部件可拆卸连接，螺栓同时穿过耳板和可拆卸构件。钢结构具有良好的环保性能，钢材是可回收再利用的材料，使用钢结构有助于减少建筑垃圾，降低能耗，减少对环境的破坏。该结构采用拼装的方式，使得屋盖结构的构件通用性强，便于维护更换，运输、安装方便快捷，使得屋盖结构的适用范围广泛。

Description

一种大跨度BIPV屋盖结构

技术领域

本发明属于建筑领域，具体的是一种大跨度BIPV屋盖结构。

背景技术

目前我国公共建筑的能耗高，碳排放量大。据统计，20000m2以上大型公共建筑的面积占城镇建筑总面积的不到4％，但其能耗总量却占城镇建筑能耗的25％，具有相当大的节能潜力。

大型公共建筑具有主要功能区高大、跨度大、屋盖覆盖面积大等特征，因此围护结构的热工性能对建筑能耗的影响很大。

BIPV即光伏建筑一体化，在设计阶段就将光伏一体化的理念融入建筑设计之中，让光伏材料成为建筑体系的有机组成部分。

近年来，光伏一体化技术在各个环节都有所突破，如大尺寸硅片、高效太阳能电池及组件、跟踪系统等关键器件、智能化光伏设计系统、光伏发电施工管理系统、光伏发电监控运维系统、光伏发电项目管理平台等智能化系统支持工具的开发与应用。这些技术创新提高了光伏一体化产品的性能和可靠性，降低了光伏一体化产品的成本和风险，为光伏一体化建筑的推广提供了更多可能性。

大跨度BIPV屋盖结构是在传统屋盖结构的基础上根据其现存的问题进行了有针对性的改进，因此对传统的屋盖结构具有良好的继承性。通过铺设BIPV板实现太阳能的收集，相比于传统顶棚具有更突出的“绿色”优势。通过创新的BIPV技术，大跨度BIPV屋盖结构巧妙地将太阳能转化为电能，实现建筑内部的可再生能源利用，大幅减少对传统能源的依赖，有效降低建筑能耗并减少二氧化碳等温室气体的排放，从而达成节能减排的目标。这种结构不仅集成了光伏发电与屋顶设计，实现了遮阳防雨的功能，更将光伏电池板与建筑整体风格相融合，提升了建筑的美观度，并彰显了环保理念。尽管大跨度BIPV屋盖结构的初期投资成本较高，但其通过太阳能发电实现的长期收益，以及良好的经济效益，使其成为绿色建筑发展的重要一环。但是，现有的大跨度BIPV屋盖结构需要保持较强的使用稳定性，需要将框架整体设计，但是这样中整体方式不便于运输和安装使用，给大跨度BIPV屋盖结构的推广造成阻碍，不利于绿色建筑的发展。

发明内容

本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。

为解决上述问题，本发明采用如下的技术方案。

一种大跨度BIPV屋盖结构，包括框架和BIPV板，BIPV板平铺在框架的顶部；框架包括至少两个支撑组件和固定连接相邻两个支撑组件顶部的矩形钢梁，在相邻两个支撑组件之间还通过多个平行于矩形钢梁的直工字钢梁固定连接；矩形钢梁上固定有穿过直工字钢梁的圆形钢梁，通过直工字钢梁和圆形钢梁将两个支撑组件之间分隔为多个矩形形状的牵拉加强区，每个牵拉加强区内均对角固定连接两个钢拉杆；上述固定连接均采用耳板与螺栓的方式使上述部件可拆卸连接，螺栓同时穿过耳板和可拆卸构件。

优选地，支撑组件包括竖直固定于屋顶上的钢柱，矩形钢梁固定连接在钢柱的顶端；钢柱的顶端上设有与矩形钢梁垂直的梯形工字钢梁，梯形工字钢梁与钢柱为固定连接，梯形工字钢梁的上表面为逐渐向上倾斜的斜面；所述直工字钢梁的两端与梯形工字钢梁固定连接，并且直工字钢梁的端部伸入到梯形工字钢梁的一侧槽口内。

优选地，每个钢柱上的梯形工字钢梁设置有两个，并且两个梯形工字钢梁关于矩形钢梁对称设置，使矩形钢梁的两侧均能够铺设BIPV板。

优选地，钢柱上还固定有与矩形钢梁、梯形工字钢梁底部接触的加强支撑板，加强支撑板环绕钢柱的一周，用于对接触的矩形钢梁、梯形工字钢梁进行支撑。

优选地，每个牵拉加强区内的两个钢拉杆上下错开设置，钢拉杆的两端也通过耳板与螺栓的方式固定连接。

优选地，每个固定连接结构均采用两个耳板，两个耳板平行焊接在同一个构件上，通过螺栓同时穿过两个耳板以及对应的可拆卸构件上实现结构固定。

优选地，相邻支撑组件上的对应同一侧的两个梯形工字钢梁的自由端通过围护钢板固定连接，围护钢板与梯形工字钢梁之间采用单个耳板与螺栓的方式固定连接。

优选地，梯形工字钢梁的两侧均能够对称固定连接直工字钢梁、围护钢板。

优选地，钢柱为空心圆柱结构，内径和外径分别为10-30cm、50-70cm。

相比于现有技术，本发明的有益效果为：

1、相比于传统的混凝土结构，钢结构具有良好的环保性能，钢材是可回收再利用的材料，使用钢结构有助于减少建筑垃圾，降低能耗，减少对环境的破坏。

2、可充当车站等大型公共建筑的雨棚结构，减少公共场所的资源浪费，利用未开发区域吸收太阳能，实现资源利用。

3、BIPV屋盖结构还具有较高的耐用性和安全性。光伏板具有优良的抗风、抗雨、抗雪等性能，可以抵御恶劣天气的侵袭，采用耳板、螺栓的方式进行固定连接，固定更加紧密，使用寿命长，确保了建筑的安全。

4、该结构采用拼装的方式，使得屋盖结构的构件通用性强，便于维护更换，运输、安装方便快捷，使得屋盖结构的适用范围广泛。

附图说明

图1为大跨度BIPV屋盖结构的单跨度结构的立体结构示意图；

图2为大跨度BIPV屋盖结构的单跨度结构的框架立体图；

图3为图2的局部放大示意图；

图4为大跨度BIPV屋盖结构的单跨度结构的框架仰视图；

图5为大跨度BIPV屋盖结构的单跨度结构的侧视结构示意图；

图6为大跨度BIPV屋盖结构的多跨度结构的立体结构示意图；

图7为图6中A的放大结构示意图。

图中各附图标注与部件名称之间的对应关系如下：

100、钢柱；101、加强支撑板；102、耳板；200、矩形钢梁；300、梯形工字钢梁；400、直工字钢梁；500、围护钢板；600、圆形钢梁；700、牵拉加强区；701、钢拉杆；800、BIPV板；900、支撑组件。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

其次，此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。本发明提供了以下实施例。

实施例1

如图1-5所示，一种大跨度BIPV屋盖结构，其为单跨度结构，包括单跨度的框架和平铺在框架上的BIPV板800，单跨度的框架具有两个支撑组件900，支撑组件900包括竖直固定于屋顶上的钢柱100，钢柱100可以是空心圆柱结构，内径和外径分别为10-30cm、50-70cm，根据加工、安装需要，选择合适的制造尺寸。两个钢柱100的顶端通过水平的矩形钢梁200固定连接，该固定连接的方式采用耳板102和螺栓的方式，耳板102平行设置有两个，均焊接在钢柱100上，矩形钢梁200伸入到两个耳板102之间，通过螺栓穿过耳板102和矩形钢梁200进行固定，使矩形钢梁200便于从钢柱100上可拆卸下来。

钢柱100的顶端上设有与矩形钢梁200垂直的梯形工字钢梁300，梯形工字钢梁300具有两个，两个梯形工字钢梁300在同一直线上，即关于矩形钢梁200对称设置，使矩形钢梁200的两侧均能够铺设BIPV板800，梯形工字钢梁300与钢柱100采用耳板102和螺栓的方式固定连接，即两个耳板102固定在钢柱100上，梯形工字钢梁300伸入到两个耳板102之间，通过螺栓穿过耳板102和梯形工字钢梁300进行固定，使梯形工字钢梁300便于从钢柱100上可拆卸下来；梯形工字钢梁300的上表面为逐渐向上倾斜的斜面，梯形工字钢梁300的外侧较高，钢柱100的位置较低，使其上平铺的BIPV板800具有很好的倾斜角度接受阳光照射。每个钢柱100上还可以仅仅设置一个梯形工字钢梁300，实现单侧平铺BIPV板800的方式。

在相同一侧的梯形工字钢梁300之间还通过直工字钢梁400固定连接，直工字钢梁400设置有多个，直工字钢梁400与矩形钢梁200平行设置，直工字钢梁400将两个梯形工字钢梁300之间的区域等距划分，直工字钢梁400的两端与梯形工字钢梁300采用耳板102和螺栓的方式固定连接，耳板102固定在梯形工字钢梁300侧面槽口内，直工字钢梁400伸入到两个耳板102内，通过螺栓穿过耳板102和直工字钢梁400进行固定，使直工字钢梁400可拆卸下来。

在相同一侧的梯形工字钢梁300之间还设置有多个圆形钢梁600，圆形钢梁600垂直于矩形钢梁200以及直工字钢梁400，圆形钢梁600的一端固定穿过矩形钢梁200和直工字钢梁400，圆形钢梁600的另外一端延伸到下述的围护钢板500上并且进行固定，多个圆形钢梁600等距设置，圆形钢梁600的外端与梯形工字钢梁300的外端平齐，通过圆形钢梁600和直工字钢梁400将两个梯形工字钢梁300之间的区域分割为多个矩形形状的牵拉加强区700，每个牵拉加强区700内均对角固定连接两个钢拉杆701，两个钢拉杆701上下错开设置，钢拉杆701的两端通过耳板102和螺栓的方式进行固定，即耳板102焊接在钢柱100或矩形钢梁200或梯形工字钢梁300或直工字钢梁400上，钢拉杆701伸入到两个耳板102之间，通过螺栓同时连接进行固定，使钢拉杆701可拆卸下来，再机箱内钢拉杆701安装时可以对其施加一定的预应力，维持框架结构的稳定性。

在钢柱100上还固定有与矩形钢梁200、梯形工字钢梁300底部接触的加强支撑板101，加强支撑板101环绕钢柱100的一周，用于对接触的矩形钢梁200、梯形工字钢梁300进行支撑，加强支撑板101为多边形结构，与钢柱100同心设置，使两侧的矩形钢梁200、梯形工字钢梁300均能够进行支撑。

在相同一侧的两个梯形工字钢梁300之间还固定连接有围护钢板500，围护钢板500位于梯形工字钢梁300的自由端上，将两个梯形工字钢梁300之间的外侧封闭，围护钢板500对梯形工字钢梁300的自由端进行支撑，利用梯形工字钢梁300、矩形钢梁200、围护钢板500共同围合成矩形区域，保持稳定的支撑结构；围护钢板500与梯形工字钢梁300之间采用单个耳板102与螺栓的方式固定连接，即耳板102固定焊接在梯形工字钢梁300的自由端上，围护钢板500贴在耳板102上，通过螺栓穿过耳板102、围护钢板500进行固定，使围护钢板500可拆卸下来。

钢柱100的顶端断面、矩形钢梁200的上表面和梯形工字钢梁300的上表面均保持在同一平面上，使BIPV板800平整的铺设在框架上。

所述BIPV板800可以采用绑扎在螺栓上的形式固定在框架上，不采用螺栓穿孔固定，保证BIPV板800上表面的完整性。BIPV板800可以采用预制尺寸2m×3m，将BIPV板800运到现场进行组装。

实施例2

如图6-7所示，一种大跨度BIPV屋盖结构，其为多跨度结构，包括多跨度的框架和平铺在框架上的BIPV板800，多跨度的框架由超过两个的支撑组件900构成，多个支撑组件900逐个通过矩形钢梁200、直工字钢梁400、围护钢板500连接而成，相邻支撑组件900之间的结构与单跨度结构的框架相同，形成面积较大的屋盖结构，提高覆盖范围。

梯形工字钢梁300两侧均对称可固定连接直工字钢梁400、围护钢板500，便于结构向两侧延展拼装，提高安装便利性。

屋盖结构在安装时，首先将钢柱100通过膨胀螺栓固定在屋顶上，将矩形钢梁200、梯形工字钢梁300对接对应的耳板102，并采用螺栓进行紧固，再安装相应的直工字钢梁400、圆形钢梁600、围护钢板500以及钢拉杆701，形成稳定的框架结构，最后将BIPV板800平铺后捆扎固定。构件和连接螺栓均为标准化构件，方便工厂进行生产制造以及后期安装，同时提高施工效率，现场施工文明化程度也能得到改善。

BIPV光伏板相较于传统雨棚在发电功能、外观美观度、耐用性和安全性以及经济效益等方面都具有明显的优势。随着人们对绿色建筑和可持续发展的关注度不断提高，BIPV光伏板屋顶结构将在未来得到更广泛的应用。

以上内容是结合具体实施方式对本发明作进一步详细说明，不能认定本发明具体实施只局限于这些说明，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的构思的前提下，还可以做出若干简单的推演或替换，都应当视为属于本发明所提交的权利要求书确定的保护范围。

Claims (9)

1.一种大跨度BIPV屋盖结构，包括框架和BIPV板(800)，BIPV板(800)平铺在框架的顶部；其特征在于，框架包括至少两个支撑组件(900)和固定连接相邻两个支撑组件(900)顶部的矩形钢梁(200)，在相邻两个支撑组件(900)之间还通过多个平行于矩形钢梁(200)的直工字钢梁(400)固定连接；矩形钢梁(200)上固定有穿过直工字钢梁(400)的圆形钢梁(600)，通过直工字钢梁(400)和圆形钢梁(600)将两个支撑组件(900)之间分隔为多个矩形形状的牵拉加强区(700)，每个牵拉加强区(700)内均对角固定连接两个钢拉杆(701)；

上述固定连接均采用耳板(102)与螺栓的方式使上述部件可拆卸连接，螺栓同时穿过耳板(102)和可拆卸构件。

2.根据权利要求1所述的大跨度BIPV屋盖结构，其特征在于，所述支撑组件(900)包括竖直固定于屋顶上的钢柱(100)，矩形钢梁(200)固定连接在钢柱(100)的顶端；钢柱(100)的顶端上设有与矩形钢梁(200)垂直的梯形工字钢梁(300)，梯形工字钢梁(300)与钢柱(100)为固定连接，梯形工字钢梁(300)的上表面为逐渐向上倾斜的斜面；所述直工字钢梁(400)的两端与梯形工字钢梁(300)固定连接，并且直工字钢梁(400)的端部伸入到梯形工字钢梁(300)的一侧槽口内。

3.根据权利要求2所述的大跨度BIPV屋盖结构，其特征在于，每个钢柱(100)上的梯形工字钢梁(300)设置有两个，并且两个梯形工字钢梁(300)关于矩形钢梁(200)对称设置，使矩形钢梁(200)的两侧均能够铺设BIPV板(800)。

4.根据权利要求2所述的大跨度BIPV屋盖结构，其特征在于，所述钢柱(100)上还固定有与矩形钢梁(200)、梯形工字钢梁(300)底部接触的加强支撑板(101)，加强支撑板(101)环绕钢柱(100)的一周，用于对接触的矩形钢梁(200)、梯形工字钢梁(300)进行支撑。

5.根据权利要求1项所述的大跨度BIPV屋盖结构，其特征在于，每个牵拉加强区(700)内的两个钢拉杆(701)上下错开设置，钢拉杆(701)的两端也通过耳板(102)与螺栓的方式固定连接。

6.根据权利要求1-5任一所述的大跨度BIPV屋盖结构，其特征在于，每个固定连接结构均采用两个耳板(102)，两个耳板(102)平行焊接在同一个构件上，通过螺栓同时穿过两个耳板(102)以及对应的可拆卸构件上实现结构固定。

7.根据权利要求2所述的大跨度BIPV屋盖结构，其特征在于，相邻支撑组件(900)上的对应同一侧的两个梯形工字钢梁(300)的自由端通过围护钢板(500)固定连接，围护钢板(500)与梯形工字钢梁(300)之间采用单个耳板(102)与螺栓的方式固定连接。

8.根据权利要求7所述的大跨度BIPV屋盖结构，其特征在于，所述梯形工字钢梁(300)的两侧均能够对称固定连接直工字钢梁(400)、围护钢板(500)。

9.根据权利要求2所述的大跨度BIPV屋盖结构，其特征在于，所述钢柱(100)为空心圆柱结构，内径和外径分别为10-30cm、50-70cm。