Більшість проблем із інтегрованими фотоелектричними дахами (BIPV) викликані не неправильними структурними розрахунками, а неправильною послідовністю компонування.
Загальний підхід полягає в тому, щоб викласти прогони відповідно до проекту будівлі, вибрати зручну відстань між круглими числами, наприклад 1,5 м або 1,2 м, а потім встановити фотоелектричні модулі зверху. На півдорозі встановлення команда може виявити, що точка опори знаходиться в межах 100 мм від краю модуля або що кріпильний елемент припадає на слабку ділянку рами модуля. Креслення потрібно переглядати, розрахунки повторювати, а графік проекту може затягнутися на два тижні.
Правильна послідовність зворотна: спочатку визначають розміри модуля, встановлюють кількість опорних ліній, розраховують відстань прогонів і тільки потім вибирають перерізи прогонів.
У цьому посібнику пояснюється весь процес, наводяться контрольні діапазони для відстаней між обрешітками, розмірів секцій і споживання сталі, а також показується, чому прогин часто стає визначальним проектним обмеженням, а не міцність.
Розміри фотоелектричного модуля визначають опорні лінії, які визначають відстань між балками
Дві основні схеми підтримки
Фотоелектричний модуль розміром 2278 × 1134 мм може підтримуватися на балках у двох основних конфігураціях.
| Організація підтримки | Орієнтація модуля | Підтримувані краї | Відстань між прогонами |
| Підтримка довгого краю | Альбомна орієнтація | Два довгих краю | Дорівнює короткій стороні модуля, приблизно 1,13 м |
| Підтримка короткого краю | Книжкова орієнтація | Два коротких краю | Дорівнює довгій стороні модуля, приблизно 2,28 м |
Відстань між балками не є довільним вибором конструкції; це похідне від макета модуля. З розміром короткої сторони модуля 1134 мм відповідна відстань становить приблизно 1,13 м. При розмірі довгої сторони 2278 мм це приблизно 2,28 м. Немає проміжної опорної лінії в обох базових схемах, якщо не додається третя опора.
Коли потрібні три лінії підтримки?
Для великих прольотів, сильних вітрових навантажень або більш важких модулів двоточкова опора може бути недостатньою. Одним із рішень є додавання обрешітки під середину модуля, що ділить початковий проліт на два прольоти.
З додаванням центральної обрешітки відстань між опорними лініями становить приблизно 1,14 м або 1,13 м, створюючи конфігурацію, подібну до опори з довгого краю. Компроміс полягає в тому, що потрібно більше прогонів, що збільшує загальне споживання сталі.
Обмеження межі та відстані
Необхідно підтримувати достатню відстань між краєм модуля та центральною лінією обрешітки. Типові затискачі мають ефективну ширину захоплення приблизно 30–40 мм. Якщо осьова лінія обрешітки розташована надто близько до краю модуля, затискач може не зафіксуватися надійно. Якщо він знаходиться надто далеко, звис модуля стає надмірним, що збільшує ризик деформації в кутах під впливом вітру.
Загальною галузевою практикою є розміщення центральної лінії обрешітки на 50–100 мм всередину від краю модуля, забезпечуючи, щоб звис не перевищував однієї п’ятої розміру короткої сторони модуля.
Як інтервал між прогонами впливає на вибір секцій
Коли відстань між обрешітками подвоюється, лінійне навантаження на кожну прогону також подвоюється, припускаючи те саме навантаження на площу. Розмір розділу необхідно відповідно збільшити.
| Відстань між прогонами | Типовий розділ | Теоретична вага | Витрата сталі на одиницю площі | Примітки |
| 1,13 м | C160 × 60 × 20 × 2,5 | прибл. 6,3 кг/м | прибл. 5,5 кг/м² | Більше прогонів, менше навантаження на елемент і простіше використання під час встановлення |
| 1,50 м | C180 × 70 × 20 × 2,5 | прибл. 7,1 кг/м | прибл. 4,7 кг/м² | Компромісне рішення; необхідно перевірити прогин |
| 2,28 м | C220 × 70 × 20 × 3,0 | прибл. 9,4 кг/м | прибл. 4,1 кг/м² | Менше прогонів, більше навантаження на елемент; прогин може стати обмежуючим фактором |
Враховуючи лише споживання сталі, опора з короткими краями з відстанню 2,28 м видається більш економічною з приблизно 4,1 кг/м², що на 20% менше, ніж 5,5 кг/м², пов’язані з опорою з довгими краями.
Однак не слід розглядати цю цифру окремо. Причина стає зрозумілою в наступному розділі.
Відхилення: межа, якої можна досягти, перш ніж міцність стане критичною
Як визначається межа прогину?
Для дахових прогонів за нормальних умов придатності до експлуатації зазвичай використовується галузеве обмеження L/200. У деяких проектах із суворішими вимогами до стійкості до підйому вітру та гідроізоляції може використовуватися L/250.
Для проекту з прольотом 7,5 м L/200 допускає прогин лише 37,5 мм. Для прольоту 9 м обмеження становить 45 мм. Ці допуски є відносно обмежувальними для сталевих елементів.
Чому подвоєння відстані між балками ускладнює контроль прогину?
Прогин пропорційний рівномірно розподіленому навантаженню та обернено пропорційний другому моменту площі елемента, припускаючи той самий проліт та умови опори.
Коли відстань між прогонами збільшується з 1,13 м до 2,28 м, навантаження на кожну прогону приблизно подвоюється, як і прогин за незмінних умов. Збільшення перетину від С160 до С220 забезпечує лише обмежене збільшення другого моменту площі, що може не повністю компенсувати додаткове навантаження.
Як наслідок, перевірка міцності все ще може задовольняти допустиму межу, тоді як перевірка прогину не вдається. Це одна з найпоширеніших проблем конструкції даху, і часто виявляється лише під час перевірки креслення.
Чому вимоги до прогину більш суворі для BIPV дахів?
У фотоелектричній системі, що використовується в будівництві (BAPV), фотоелектричні модулі монтуються на опорній конструкції, яка потім прикріплюється до металевого даху. Надмірний прогин може порушити ущільнення між опорною конструкцією та панелями даху, створюючи проблеми з обслуговуванням, які іноді можна вирішити шляхом повторного ущільнення або заміни прокладок.
У системі BIPV, самі фотоелектричні модулі є частиною конструкції даху. Якщо прогони відхиляються на 5 мм, з’єднання панелей може розкритися на 5 мм. Безперервність гідроізоляції залежить від жорсткості конструкції, а також деталей ущільнення.
Ось чому BIPV-покрівлі часто вимагають більш жорсткого контролю прогину, ніж звичайні металеві покрівлі, і чому в проектах із великою відстанню між колонами можуть бути відхилені опорні пристрої з короткими краями.
Три додаткові обмеження, які можуть змінити відстань між балками
Інтервал між стовпцями
Проліт прогонів визначається відстанню між колонами основної рами. Відстань між колонами 6 м, 7,5 м і 9 м – поширені варіанти для промислових будівель.
У міру збільшення відстані між колонами проліт обрешітки стає довшим, що зазвичай вимагає глибших секцій і збільшення споживання сталі. Тому відстань між балками слід вибирати в рамках встановленої схеми розташування колон, а не окремо.
З'єднання фотоелектричних модулів
Розташування балок має збігатися зі з’єднаннями між фотоелектричними модулями. Якщо обрешітка падає безпосередньо під середину модуля, кріпильні елементи можуть приземлитися на непідтримувану ділянку тильного листа модуля, залишаючи з’єднання залежним від затискання та потенційно знижуючи жорсткість з’єднання.
Під час компонування панелей спочатку позначте лінії з’єднання модулів, а потім встановіть центральні лінії балок. Цю послідовність не слід змінювати.
Тепловий рух
Коли температура даху досягає 70°C, сталеві прогони та алюмінієві модульні рами розширюються з різною швидкістю, оскільки їхні коефіцієнти теплового розширення відрізняються. Тому їх поздовжнє розширення неоднакове. Загальний інженерний підхід полягає у включенні ковзних деталей уздовж поздовжнього напрямку, що дозволяє обмежене відносне переміщення між модулями та балками.
Надто малий відстань між балками може обмежити цей рух і збільшити стримуючі напруги в рамах модуля. Тому менша відстань між обрешітками не означає автоматично безпечнішу конструкцію.
Повний приклад вибору прогонів
Передбачувані умови: відстань між колонами 7,5 м, інтегрований дах BIPV, фотоелектричні модулі розміром 2278 × 1134 мм і проект, розташований у зоні помірного вітрового тиску.
Крок 1: Виберіть схему підтримки. Відстань між колонами 7,5 м є відносно великою. З опорою з короткого краю та відстанню між балками 2,28 м прогин може бути важко контролювати в межах L/200. Тому вибирається опора з довгими краями в альбомній орієнтації з відстанню між балками 1,13 м.
Крок 2: Виберіть секцію обрешітки. Використовуючи власне навантаження 20 кг/м², експлуатаційне навантаження 0,5 кН/м² і застосовні комбінації місцевих вітрових навантажень, розрахуйте навантаження лінії та виберіть секцію C160 × 60 × 20 × 2,5. Якщо тиск вітру вищий, оновіть до C180 × 70 × 20 × 2,5.
Крок 3: Перевірте прогин. Для прольоту 7,5 м обмеження L/200 становить 37,5 мм. Перевірте прогин за застосовних комбінацій навантажень і переконайтеся, що він залишається в межах дозволеної межі.
Крок 4: Вирівняйте з’єднання модуля. Розмістіть модулі за допомогою модуля макета 1134 мм. Вирівняйте центральні лінії обрешітки з лініями з’єднання модулів із допуском цільового позиціонування ±5 мм.
Крок 5: Завершіть креслення макета. Чітко вкажіть відстань між балками, специфікації секцій, положення кріплень, ковзні кінці та фіксовані кінці.
Дотримання цієї послідовності допомагає зменшити ймовірність перегляду макета під час перегляду креслень.
Часті запитання
Q1: Яка типова відстань між балками даху?
Звичайний промисловий діапазон становить 1,0–1,5 м. Фактична відстань залежить від розмірів модуля, розташування опор і комбінацій навантажень. Для модуля з розміром короткої сторони 1134 мм опора за довгим краєм відповідає приблизно 1,13 м відстані. Опора для короткого краю на основі розміру довгої сторони 2278 мм відповідає приблизно 2,28 м, що перевищує звичайний діапазон і вимагає окремої перевірки прогину.
Q2: Чи завжди менша відстань між балками робить дах безпечнішим?
Ні. Менша відстань означає більше прогонів і більшу витрату сталі. Це також може обмежувати рух ковзання, необхідний для пристосування до теплового розширення, збільшуючи стримуючі напруги в рамах модуля. Правильний підхід полягає в одночасному задоволенні вимог щодо прогину, міцності та теплового руху.
Q3: Чи може BIPV покрівля використовувати таку саму планку прогонів, що й звичайна металева покрівля?
Це не рекомендується без спеціального аналізу дизайну. Обмеження прогину для звичайних металевих дахів стосуються передусім дренажу та зовнішнього вигляду, тоді як дахи BIPV також повинні підтримувати безперервність між фотоелектричними модулями та системою гідроізоляції. Таке ж розташування обрешітки може бути достатнім для BAPV, але може призвести до надмірного відкриття стиків панелей у застосуванні BIPV.
Питання 4: Чи слід додавати прогони або розташовувати їх ближче при модернізації BIPV на існуючому заводському даху?
Існуюча конструкція повинна бути переоцінена на основі початкових проектних навантажень і поточного стану корозії. Досвід промисловості показує, що менше половини існуючих металевих дахів проходять перевірку конструктивної потужності, необхідну для модернізації фотоелектричної системи. Якщо конструкція виходить з ладу, може знадобитися підсилення, включаючи збільшення місткості елементів, додавання опор або заміну балок. Ці заходи можуть становити 15–25% бюджету модернізації.
Інтеграція постійних навантажень PV та живих навантажень для обслуговування на етапі проектування конструкції може зменшити загальне споживання сталі приблизно на 8%–12% порівняно з проектом, який потребує подальшого посилення. Ця очікувана економія є результатом комбінованого ефекту спільних деталей з’єднання, оптимізації секцій та інтегрованої конструкції даху. Це виключає різницю у вартості самих фотоелектричних модулів.
Контакти: info@xzbesta.com
