來(lái)源：小樹(shù)洞談光伏支架
引導(dǎo)語(yǔ)
隨著國(guó)內(nèi)“整縣推進(jìn)”的政策逐漸落實(shí)，現(xiàn)在流行在屋頂上安裝光伏支架。屋頂風(fēng)荷載變化多端，對(duì)于支架設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)就非常棘手。了解屋頂上氣動(dòng)變化的最好辦法莫過(guò)于“風(fēng)洞測(cè)試”，但是這種測(cè)試又貴又耗時(shí)間。這一期小樹(shù)洞就談?wù)勗趺丛诓蛔鲲L(fēng)洞的情況下，對(duì)屋頂風(fēng)荷載變化有一個(gè)大概的了解。
目錄：
1.?屋頂氣流分離現(xiàn)象
2. 整體系數(shù)與局部系數(shù)
3. 屋頂光伏支架展示
屋頂氣流分離現(xiàn)象
之前看過(guò)小樹(shù)洞文章的朋友，應(yīng)該對(duì)跟蹤器的“氣動(dòng)渦流”現(xiàn)象不會(huì)感到陌生。實(shí)際上，空氣在流過(guò)任何障礙物后，都會(huì)產(chǎn)生渦流，房屋這樣的建筑物也不例外。
當(dāng)氣流經(jīng)過(guò)房屋時(shí)，會(huì)在屋頂上產(chǎn)生一個(gè)渦流，而氣流就會(huì)被“揚(yáng)起”，并且產(chǎn)生一個(gè)相對(duì)于外界的低壓區(qū)域，這種氣流流過(guò)物體發(fā)生分離變化的現(xiàn)象稱(chēng)為“氣流分離現(xiàn)象”。
?屋頂上方的“氣流分離”現(xiàn)象
(來(lái)源：Theodore von Kármán WTT)
?屋頂上方的“氣流分離”現(xiàn)象圖解
這樣的低壓使屋頂上產(chǎn)生一個(gè)“風(fēng)吸力”，這也就是為什么在大風(fēng)下，屋頂會(huì)被“掀飛”的原因。與此同時(shí)，屋頂上方的附著物，例如光伏支架也會(huì)受到這股上揚(yáng)力的影響。如果此時(shí)光伏支架無(wú)法固定在屋頂上，那么它也會(huì)被風(fēng)吹飛。假如屋頂足夠長(zhǎng)，這股揚(yáng)起的氣流會(huì)再次落下，落下的位置距離屋頂邊緣的長(zhǎng)度，大約是屋頂高度的2倍。
?屋頂上方的“風(fēng)吸力”
?風(fēng)吸力對(duì)屋頂?shù)钠茐?/span>
假如風(fēng)吹向屋頂?shù)慕锹?，在角落兩邊產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)渦流會(huì)在角落形成交叉重疊，從而增強(qiáng)風(fēng)荷載，形成更強(qiáng)的低壓。因此角落往往是整個(gè)屋頂風(fēng)吸力最大的區(qū)域。
?氣流在屋頂產(chǎn)生的圓錐形渦流
兩個(gè)渦流的重疊區(qū)（A區(qū)）荷載最大
（來(lái)源：CPP）
對(duì)于屋頂這樣的復(fù)雜氣流變化，很多國(guó)際上的研究機(jī)構(gòu)和光伏支架廠家都陸續(xù)進(jìn)行了大量的風(fēng)洞測(cè)試。在這些風(fēng)洞測(cè)試中，大家發(fā)現(xiàn)了許多共性的問(wèn)題。而很多這些問(wèn)題，最后總結(jié)成了行業(yè)規(guī)范和國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。
?不同風(fēng)向下的屋頂支架體型系數(shù)分布
（來(lái)源：CPP）
整體系數(shù)與局部系數(shù)
由于這類(lèi)“氣流分離”的現(xiàn)象，風(fēng)在屋頂上不同的區(qū)域產(chǎn)生了不同大小的荷載，通常我們采用三類(lèi)區(qū)域來(lái)劃分這些荷載。
1.白色區(qū)域，遠(yuǎn)離屋頂邊緣，風(fēng)荷載較小
2.黃色區(qū)域，沿著屋頂邊緣位置，風(fēng)荷載較大
3.紅色區(qū)域，各個(gè)屋頂邊角區(qū)域，風(fēng)荷載最大
?屋頂?shù)?個(gè)風(fēng)區(qū)與建筑物高度的關(guān)系
(ASCE 7-16光伏支架風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn))
因?yàn)轱L(fēng)壓在流經(jīng)屋面時(shí)的不均勻性，其形成了大小不同的風(fēng)壓區(qū)域。我們知道在風(fēng)荷載的計(jì)算公式里，采用的是“基本風(fēng)壓（q）”和“體型系數(shù)（C_p）”這兩者的乘積關(guān)系。因此體型系數(shù)是判定風(fēng)壓大小程度的重要參數(shù)。
?以一個(gè)10h*10h的平屋頂舉例
解釋屋頂?shù)恼w風(fēng)壓與局部風(fēng)壓
這里的局部體型系數(shù)為假想值
從上圖我們可以知道，對(duì)于局部區(qū)域，在同一個(gè)風(fēng)速情況下會(huì)出現(xiàn)不同的風(fēng)壓大小(p_1，p_2，p_3)，意味著安裝在不同區(qū)域的光伏支架，其受到的風(fēng)壓也不一樣。
而對(duì)于整體建筑物來(lái)說(shuō)，風(fēng)壓的大小則為各個(gè)局部區(qū)域風(fēng)壓大小的綜合值(p_total)。因此許多建筑荷載規(guī)范往往采用“整體”和“局部”兩種不同的思路，來(lái)計(jì)算這兩類(lèi)風(fēng)荷載。
這種整體和局部的思路，在國(guó)標(biāo)中分別以?xún)煞N計(jì)算方式來(lái)區(qū)分：
-
主要受力結(jié)構(gòu)：考慮結(jié)構(gòu)的整體受力大小
-
圍護(hù)結(jié)構(gòu)：考慮建筑物上不同位置的各個(gè)局部受力大小
以國(guó)標(biāo)為例，假如我們的計(jì)算目標(biāo)是房屋的整體設(shè)計(jì)，比如建造房梁、立柱等等，那么就應(yīng)該采用“主要受力結(jié)構(gòu)”體型系數(shù)來(lái)計(jì)算風(fēng)荷載。
假如我們的計(jì)算目標(biāo)是屋頂上的光伏支架，那么就應(yīng)該采用“圍護(hù)結(jié)構(gòu)”體型系數(shù)，來(lái)計(jì)算安裝在屋頂不同位置處的光伏支架風(fēng)荷載大小。
?國(guó)標(biāo)建筑荷載規(guī)范里
規(guī)定的整體和局部體型系數(shù)
國(guó)際上其他國(guó)家的規(guī)范，也是類(lèi)似這樣的整體和局部劃分：
?美標(biāo)建筑荷載規(guī)范 ASCE 7-16
規(guī)定的整體和局部體型系數(shù)
?歐標(biāo)建筑荷載規(guī)范 EN 1991-1-4
規(guī)定的整體和局部體型系數(shù)
屋頂光伏支架展示
前面說(shuō)了很多屋頂風(fēng)荷載的計(jì)算，那么對(duì)于屋頂光伏支架我們又該怎么設(shè)計(jì)呢？小樹(shù)洞收集了國(guó)際上幾個(gè)典型的屋頂光伏支架設(shè)計(jì)。
?T5屋頂支架（來(lái)源：Sunpower）
?RMS屋頂支架（來(lái)源：Sunlink）
?S-Dome V屋頂支架（來(lái)源：K2）
?GridFlex屋頂支架（來(lái)源：Unirac）
盡管這些廠家的支架細(xì)節(jié)各不相同，但是整體設(shè)計(jì)卻是大同小異，感興趣的朋友可以在下方留言，看看你們能找到他們的哪些設(shè)計(jì)共同點(diǎn)。
