Τα περισσότερα προβλήματα με τις στέγες φωτοβολταϊκών ενσωματωμένων σε κτίρια (BIPV) δεν προκαλούνται από λανθασμένους δομικούς υπολογισμούς, αλλά από λάθος σειρά διάταξης.
Μια κοινή προσέγγιση είναι να τοποθετήσετε τις τεγίδες σύμφωνα με το σχέδιο του κτιρίου, να επιλέξετε μια βολική απόσταση μεταξύ των στρογγυλών αριθμών—όπως 1,5 m ή 1,2 m—και στη συνέχεια να εγκαταστήσετε τις φωτοβολταϊκές μονάδες από πάνω. Στα μισά της εγκατάστασης, η ομάδα μπορεί να ανακαλύψει ότι ένα σημείο στήριξης πέφτει σε απόσταση 100 mm από την άκρη μιας μονάδας ή ότι ένας συνδετήρας προσγειώνεται σε μια ασθενή περιοχή του πλαισίου της μονάδας. Τα σχέδια πρέπει να αναθεωρηθούν, οι υπολογισμοί να επαναληφθούν και το χρονοδιάγραμμα του έργου μπορεί να καθυστερήσει κατά δύο εβδομάδες.
Η σωστή σειρά είναι η αντίστροφη: καθορίστε πρώτα τις διαστάσεις της μονάδας, καθορίστε τον αριθμό των γραμμών στήριξης, υπολογίστε την απόσταση της τεγέλας και μόνο στη συνέχεια επιλέξτε τα τμήματα τεγίδας.
Αυτός ο οδηγός εξηγεί ολόκληρη τη διαδικασία, παρέχει εύρη αναφοράς για την απόσταση των τεγίδων, τα μεγέθη των τομών και την κατανάλωση χάλυβα και δείχνει γιατί η κάμψη γίνεται συχνά ο βασικός περιορισμός σχεδιασμού πριν γίνει η αντοχή.
Οι διαστάσεις της μονάδας φωτοβολταϊκών καθορίζουν τις γραμμές στήριξης, οι οποίες καθορίζουν την απόσταση τεγίδων
Δύο βασικές ρυθμίσεις υποστήριξης
Μια φωτοβολταϊκή μονάδα διαστάσεων 2.278 × 1.134 mm μπορεί να στηριχθεί σε τεγίδες σε δύο βασικές διαμορφώσεις.
| Διακανονισμός Υποστήριξης | Προσανατολισμός ενότητας | Υποστηριζόμενες άκρες | Διάστιχο τεγίδων |
| Υποστήριξη μεγάλης ακμής | Τοπίο προσανατολισμό | Δύο μακριές άκρες | Ίση με τη κοντή πλευρά της μονάδας, περίπου 1,13 m |
| Υποστήριξη μικρής άκρης | Προσανατολισμός πορτραίτου | Δύο κοντές άκρες | Ίση με τη μακριά πλευρά της μονάδας, περίπου 2,28 m |
Η απόσταση τεγίδων δεν είναι μια αυθαίρετη επιλογή σχεδιασμού. προέρχεται από τη διάταξη της ενότητας. Με διάσταση κοντής πλαϊνής μονάδας 1.134 mm, η αντίστοιχη απόσταση είναι περίπου 1,13 m. Με μεγάλη διάσταση 2.278 χλστ., είναι περίπου 2,28 μ. Δεν υπάρχει ενδιάμεση γραμμή στήριξης σε καμία από τις βασικές διατάξεις, εκτός εάν προστεθεί τρίτο στήριγμα.
Πότε απαιτούνται τρεις γραμμές υποστήριξης;
Για μεγάλα ανοίγματα, υψηλά φορτία ανέμου ή βαρύτερες μονάδες, η υποστήριξη δύο σημείων μπορεί να είναι ανεπαρκής. Μια λύση είναι να προσθέσετε μια τεγάλη κάτω από τη μέση της μονάδας, χωρίζοντας το αρχικό άνοιγμα σε δύο ανοίγματα.
Με την προσθήκη μιας κεντρικής τεγίδας, η απόσταση μεταξύ των γραμμών στήριξης γίνεται περίπου 1,14 m ή 1,13 m, δημιουργώντας μια διαμόρφωση παρόμοια με τη στήριξη με μακριά άκρα. Το συμβιβασμό είναι ότι απαιτούνται περισσότερες τεγίδες, αυξάνοντας τη συνολική κατανάλωση χάλυβα.
Περιορισμοί ακμών-απόστασης
Πρέπει να διατηρείται επαρκής απόσταση μεταξύ της άκρης της μονάδας και της κεντρικής γραμμής της τεγίδας. Οι τυπικοί σφιγκτήρες έχουν αποτελεσματικό πλάτος λαβής περίπου 30–40 mm. Εάν η κεντρική γραμμή της τεγίδας είναι πολύ κοντά στην άκρη της μονάδας, ο σφιγκτήρας μπορεί να μην πιάσει με ασφάλεια. Εάν είναι πολύ μακριά, η προεξοχή της μονάδας γίνεται υπερβολική, αυξάνοντας τον κίνδυνο παραμόρφωσης στις γωνίες υπό ανύψωση ανέμου.
Μια κοινή πρακτική της βιομηχανίας είναι η τοποθέτηση της κεντρικής γραμμής της τεγίδας 50–100 mm προς τα μέσα από την άκρη της μονάδας, διασφαλίζοντας παράλληλα ότι η προεξοχή δεν υπερβαίνει το ένα πέμπτο της διάστασης της κοντής πλευράς της μονάδας.
Πώς επηρεάζει το διάκενο της τεγίδας την επιλογή του τμήματος
Όταν η απόσταση των τεγίδων διπλασιάζεται, το φορτίο γραμμής που μεταφέρεται από κάθε τεγίδα διπλασιάζεται επίσης, υποθέτοντας το ίδιο φορτίο περιοχής. Το μέγεθος του τμήματος πρέπει να αυξηθεί ανάλογα.
| Διάστιχο τεγίδων | Τυπική Ενότητα | Θεωρητικό Βάρος | Κατανάλωση χάλυβα ανά μονάδα επιφάνειας | Σημειώσεις |
| 1,13 μ | C160 × 60 × 20 × 2,5 | Περίπου 6,3 kg/m | Περίπου 5,5 kg/m² | Περισσότερες τεγίδες, χαμηλότερο φορτίο ανά μέλος και ευκολότερος χειρισμός κατά την εγκατάσταση |
| 1,50 μ | C180 × 70 × 20 × 2,5 | Περίπου 7,1 kg/m | Περίπου 4,7 kg/m² | Συμβιβαστική λύση. η παραμόρφωση πρέπει να ελεγχθεί |
| 2,28 μ | C220 × 70 × 20 × 3,0 | Περίπου 9,4 kg/m | Περίπου 4,1 kg/m² | Λιγότερες τεγίδες, υψηλότερο φορτίο ανά μέλος. η εκτροπή μπορεί να γίνει ο περιοριστικός παράγοντας |
Με βάση μόνο την κατανάλωση χάλυβα, η στήριξη κοντών άκρων με απόσταση 2,28 m φαίνεται πιο οικονομική σε περίπου 4,1 kg/m²—πάνω από 20% λιγότερο από τα 5,5 kg/m² που σχετίζονται με τη στήριξη μακριών άκρων.
Ωστόσο, αυτός ο αριθμός δεν πρέπει να λαμβάνεται υπόψη μεμονωμένα. Ο λόγος γίνεται σαφής στην επόμενη ενότητα.
Εκτροπή: Το όριο που μπορεί να επιτευχθεί πριν η δύναμη γίνει κρίσιμη
Πώς καθορίζεται το όριο εκτροπής;
Για τεγίδες στέγης υπό κανονικές συνθήκες επισκευής, είναι ένα όριο που χρησιμοποιείται συνήθως στη βιομηχανία L/200. Ορισμένα έργα με αυστηρότερες απαιτήσεις αντοχής στην ανύψωση ανέμου και στεγανοποίησης ενδέχεται να υιοθετήσουν L/250.
Για ένα έργο με άνοιγμα 7,5 m, το L/200 επιτρέπει μια απόκλιση μόνο 37,5 mm. Για άνοιγμα 9 m, το όριο είναι 45 mm. Αυτά τα δικαιώματα είναι σχετικά περιοριστικά για τα χαλύβδινα μέλη.
Γιατί ο διπλασιασμός του διαστήματος της τεγέλας κάνει πιο δύσκολο τον έλεγχο της παραμόρφωσης;
Η εκτροπή είναι ανάλογη με το ομοιόμορφα κατανεμημένο φορτίο και αντιστρόφως ανάλογη με τη δεύτερη ροπή επιφάνειας του μέλους, υποθέτοντας το ίδιο άνοιγμα και συνθήκες στήριξης.
Όταν η απόσταση των τεγίδων αυξάνεται από 1,13 m σε 2,28 m, το φορτίο γραμμής σε κάθε τεγίδα περίπου διπλασιάζεται, όπως και η απόκλιση υπό κατά τα άλλα αμετάβλητες συνθήκες. Η αύξηση του τμήματος από C160 σε C220 παρέχει μόνο μια περιορισμένη αύξηση στη δεύτερη στιγμή της επιφάνειας, η οποία μπορεί να μην αντισταθμίσει πλήρως το πρόσθετο φορτίο.
Ως αποτέλεσμα, ο έλεγχος αντοχής μπορεί να εξακολουθεί να ικανοποιεί το επιτρεπόμενο όριο ενώ ο έλεγχος παραμόρφωσης αποτυγχάνει. Αυτό είναι ένα από τα πιο κοινά προβλήματα σχεδιασμού στέγης-τσαγιού και συχνά ανακαλύπτεται μόνο κατά τη διάρκεια των κριτικών σχεδίων.
Γιατί είναι πιο αυστηρές οι απαιτήσεις εκτροπής για στέγες BIPV;
Σε ένα σύστημα φωτοβολταϊκών εφαρμογών κτιρίων (BAPV), οι φωτοβολταϊκές μονάδες τοποθετούνται σε μια δομή στήριξης που στη συνέχεια προσαρτάται στη μεταλλική οροφή. Η υπερβολική παραμόρφωση μπορεί να θέσει σε κίνδυνο τις στεγανοποιήσεις μεταξύ της δομής στήριξης και των πλαισίων οροφής, δημιουργώντας ένα πρόβλημα συντήρησης που μερικές φορές μπορεί να αντιμετωπιστεί με την επανασφράγιση ή την αντικατάσταση των παρεμβυσμάτων.
Σε ένα σύστημα BIPV, οι ίδιες οι φωτοβολταϊκές μονάδες αποτελούν μέρος του περιβλήματος της οροφής. Εάν μια τεγίδα εκτρέπεται κατά 5 mm, η άρθρωση του πάνελ μπορεί να ανοίξει κατά 5 mm. Η συνέχεια της στεγανοποίησης εξαρτάται από τη δομική ακαμψία καθώς και από τις λεπτομέρειες στεγανοποίησης.
Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο οι στέγες BIPV απαιτούν συχνά αυστηρότερο έλεγχο παραμόρφωσης από τις συμβατικές μεταλλικές στέγες και γιατί οι ρυθμίσεις στήριξης με μικρή άκρη μπορεί να απορριφθούν σε έργα με μεγάλη απόσταση στηλών.
Τρεις πρόσθετοι περιορισμοί που μπορούν να αλλάξουν την απόσταση της τεγέλας
Διάστιχο στηλών
Το άνοιγμα της τεγίδας καθορίζεται από την απόσταση μεταξύ των στηλών του κύριου πλαισίου. Οι αποστάσεις στηλών 6 m, 7,5 m και 9 m είναι κοινές επιλογές για βιομηχανικά κτίρια.
Καθώς η απόσταση των στηλών αυξάνεται, το άνοιγμα της τεγόνας γίνεται μεγαλύτερο, απαιτώντας γενικά βαθύτερα τμήματα και αυξημένη κατανάλωση χάλυβα. Επομένως, η απόσταση τεγίδων πρέπει να επιλέγεται εντός του πλαισίου της καθιερωμένης διάταξης στήλης και όχι ανεξάρτητα.
Αρθρώσεις φωτοβολταϊκών μονάδων
Οι θέσεις των τεγίδων πρέπει να ευθυγραμμίζονται με τους αρμούς μεταξύ των φωτοβολταϊκών μονάδων. Εάν μια τεγίδα πέσει ακριβώς κάτω από τη μέση μιας μονάδας, οι σύνδεσμοι μπορεί να προσγειωθούν σε μια μη υποστηριζόμενη περιοχή του κάτω φύλλου της μονάδας, αφήνοντας τη σύνδεση να εξαρτάται από τη σύσφιξη και πιθανή μείωση της ακαμψίας της άρθρωσης.
Κατά τη διάταξη του πίνακα, σημειώστε πρώτα τις γραμμές σύνδεσης της μονάδας και, στη συνέχεια, καθορίστε τις κεντρικές γραμμές της τεγίδας. Αυτή η σειρά δεν πρέπει να αντιστραφεί.
Θερμική Κίνηση
Όταν οι θερμοκρασίες της οροφής φτάνουν τους 70°C, οι χαλύβδινες τεγίδες και τα κουφώματα των μονάδων αλουμινίου διαστέλλονται με διαφορετικούς ρυθμούς επειδή οι συντελεστές θερμικής διαστολής τους διαφέρουν. Επομένως, η διαμήκης διαστολή τους δεν είναι πανομοιότυπη. Μια κοινή μηχανική προσέγγιση είναι η ενσωμάτωση συρόμενων λεπτομερειών κατά μήκος της διαμήκους κατεύθυνσης, επιτρέποντας περιορισμένη σχετική κίνηση μεταξύ των μονάδων και των τεγίδων.
Η υπερβολικά στενή απόσταση τεγίδων μπορεί να περιορίσει αυτή την κίνηση και να αυξήσει τις τάσεις συγκράτησης στα πλαίσια των μονάδων. Επομένως, μεγαλύτερη απόσταση τεγίδων δεν σημαίνει αυτόματα ασφαλέστερο σχέδιο.
Ένα πλήρες παράδειγμα επιλογής τεγίδων
Υποτιθέμενες συνθήκες: απόσταση στηλών 7,5 m, ενσωματωμένη οροφή BIPV, Φ/Β μονάδες διαστάσεων 2.278 × 1.134 mm και έργο που βρίσκεται σε ζώνη μέτριας πίεσης ανέμου.
Βήμα 1: Επιλέξτε τη διάταξη υποστήριξης. Η απόσταση στηλών 7,5 m είναι σχετικά μεγάλη. Με στήριξη κοντών άκρων και απόσταση τεγίδων 2,28 m, η παραμόρφωση μπορεί να είναι δύσκολο να ελεγχθεί κάτω από ένα όριο L/200. Ως εκ τούτου, επιλέγεται η υποστήριξη με μακριά άκρα σε οριζόντιο προσανατολισμό, με απόσταση τεγίδων 1,13 m.
Βήμα 2: Επιλέξτε το τμήμα τεγάλης. Χρησιμοποιώντας νεκρό φορτίο 20 kg/m², ενεργό φορτίο συντήρησης 0,5 kN/m² και τους ισχύοντες τοπικούς συνδυασμούς ανεμοφόρτισης, υπολογίστε το φορτίο γραμμής και επιλέξτε ένα τμήμα C160 × 60 × 20 × 2,5. Εάν η πίεση του ανέμου είναι υψηλότερη, αναβαθμίστε σε C180 × 70 × 20 × 2,5.
Βήμα 3: Επαληθεύστε την εκτροπή. Για άνοιγμα 7,5 m, το όριο L/200 είναι 37,5 mm. Ελέγξτε την παραμόρφωση κάτω από τους ισχύοντες συνδυασμούς φορτίων και βεβαιωθείτε ότι παραμένει εντός του επιτρεπόμενου ορίου.
Βήμα 4: Ευθυγραμμίστε τους αρμούς της μονάδας. Τακτοποιήστε τις μονάδες χρησιμοποιώντας μια μονάδα διάταξης 1.134 mm. Ευθυγραμμίστε τις κεντρικές γραμμές της τεγίδας με τις γραμμές σύνδεσης της μονάδας, με ανοχή τοποθέτησης στόχου ±5 mm.
Βήμα 5: Ολοκληρώστε τα σχέδια διάταξης. Υποδείξτε ξεκάθαρα την απόσταση τεγίδων, τις προδιαγραφές των τομών, τις θέσεις των συνδετήρων, τα συρόμενα άκρα και τα σταθερά άκρα.
Η παρακολούθηση αυτής της σειράς συμβάλλει στη μείωση της πιθανότητας αναθεωρήσεων διάταξης κατά τη διάρκεια των κριτικών σχεδίων.
Συχνές Ερωτήσεις
Ε1: Ποια είναι η τυπική απόσταση μεταξύ των τεγίδων οροφής;
Ένα κοινό εύρος βιομηχανίας είναι 1,0–1,5 m. Η πραγματική απόσταση εξαρτάται από τις διαστάσεις της μονάδας, τις διατάξεις στήριξης και τους συνδυασμούς φορτίων. Για ένα δομοστοιχείο με διάσταση κοντής πλευράς 1.134 mm, η στήριξη της μεγάλης ακμής αντιστοιχεί σε απόσταση περίπου 1,13 m. Το στήριγμα κοντού άκρου που βασίζεται σε διάσταση μακράς πλευράς 2.278 mm αντιστοιχεί σε περίπου 2,28 m, το οποίο υπερβαίνει το συνηθισμένο εύρος και απαιτεί ξεχωριστό έλεγχο παραμόρφωσης.
Ε2: Η μικρότερη απόσταση τεγίδων κάνει πάντα την οροφή ασφαλέστερη;
Όχι. Μικρότερη απόσταση σημαίνει περισσότερες τεγίδες και μεγαλύτερη κατανάλωση χάλυβα. Μπορεί επίσης να περιορίσει την κίνηση ολίσθησης που απαιτείται για την προσαρμογή της θερμικής διαστολής, αυξάνοντας τις τάσεις συγκράτησης στα πλαίσια των μονάδων. Η σωστή προσέγγιση είναι να ικανοποιούνται ταυτόχρονα οι απαιτήσεις εκτροπής, αντοχής και θερμικής κίνησης.
Ε3: Μπορεί μια οροφή BIPV να χρησιμοποιεί την ίδια διάταξη τεγίδων με μια συμβατική μεταλλική στέγη;
Αυτό δεν συνιστάται χωρίς ειδική αναθεώρηση σχεδιασμού. Τα όρια παραμόρφωσης για τις συμβατικές μεταλλικές στέγες αφορούν κυρίως την αποστράγγιση και την εμφάνιση, ενώ οι στέγες BIPV πρέπει επίσης να διατηρούν τη συνέχεια μεταξύ των φωτοβολταϊκών μονάδων και του συστήματος στεγανοποίησης. Η ίδια διάταξη τεγίδων μπορεί να είναι επαρκής για το BAPV, αλλά μπορεί να προκαλέσει υπερβολικό άνοιγμα των αρμών πάνελ σε μια εφαρμογή BIPV.
Ε4: Πρέπει οι τεγίδες να προστεθούν ή να τοποθετηθούν πιο κοντά κατά την εκ των υστέρων τοποθέτηση του BIPV σε μια υπάρχουσα στέγη εργοστασίου;
Η υπάρχουσα κατασκευή πρέπει να επανεκτιμηθεί με βάση τα αρχικά φορτία σχεδιασμού και την τρέχουσα κατάσταση διάβρωσής της. Η εμπειρία του κλάδου δείχνει ότι λιγότερες από τις μισές υφιστάμενες μεταλλικές στέγες περνούν τους ελέγχους δομικής ικανότητας που απαιτούνται για τις μετασκευές φωτοβολταϊκών. Όταν μια κατασκευή αποτυγχάνει, μπορεί να είναι απαραίτητη η ενίσχυση, συμπεριλαμβανομένης της αύξησης της χωρητικότητας των μελών, της προσθήκης στηρίξεων ή της αντικατάστασης τεγίδων. Αυτά τα μέτρα μπορούν να αντιπροσωπεύουν το 15%-25% του προϋπολογισμού για τη μετασκευή.
Η ενσωμάτωση νεκρών φορτίων φωτοβολταϊκών και ενεργών φορτίων συντήρησης στο στάδιο του δομικού σχεδιασμού μπορεί να μειώσει τη συνολική κατανάλωση χάλυβα κατά περίπου 8%-12% σε σύγκριση με ένα σχέδιο που απαιτεί μετέπειτα ενίσχυση. Αυτή η εκτιμώμενη εξοικονόμηση προκύπτει από τα συνδυασμένα αποτελέσματα των κοινόχρηστων λεπτομερειών σύνδεσης, της βελτιστοποίησης διατομής και του ενσωματωμένου σχεδιασμού στέγης. Αποκλείει διαφορές στο κόστος των ίδιων των Φ/Β μονάδων.
Επικοινωνία: info@xzbesta.com
