浅谈钢结构厂房屋顶安装光伏电站的加固方法

邵燕 李春阳 罗易 周承军

摘 要：近年来，太阳能光伏发电作为可再生的清洁能源，受到日益广泛的关注和应用，同时太阳能光伏发电的技术水平也得到快速发展与提高。太阳能光伏发电正迅速蔓延到各个省、市、县，特别是现在大力推广分布式光伏发电，越来越多的业主在自已的钢结构厂房屋顶上安装了太阳能发电站，但是往往在已建好的钢结构厂房屋顶安装光伏电站后，厂房结构不能满足要求。本文主要阐述了光伏电站安装在钢结构厂房屋顶后，钢结构厂房承载力不能满足规范要求的现象，并对厂房进行加固的方法。

关键词：太阳能光伏发电；分布式光伏发电；钢结构厂房加固

中图分类号：TU391 文献标志码：A

1 分布式光伏发电安装问题

地面电站严重受限，随着地面电站越建越多，可利用的土地资源就越来越少，很多人就把目光瞄准了建筑屋顶。所以目前最为广泛的分布式光伏发电，就是建在建筑物屋顶的光伏发电项目，运行方式以用户侧自发自用、多余电量上网，遵循因地制宜、就近利用的原则，充分利用当地太阳能资源。本着从环保和节能两方面进行考虑，越来越多的平屋顶和斜屋顶开始全面投入光伏发电，这就为分布式光伏發电系统的安装提供最基本的场地。

分布式光伏发电项目，可以充分利用现有各类屋顶资源，如工业建筑、商业建筑、各类公共建筑、学校、医院等。在这些资源中，遇到的最大问题就是如何对这些屋顶资源进行有效的利用。如今分布式光伏市场巨大，在现实推动中也遇到许多困难，国家规划目标远未能实现。

根据目前市场情况分析来看，分布式光伏发电安装在钢结构厂房屋顶的情况占据多数，因此屋顶承载能力将直接影响屋顶安装光伏电站的安全和可靠性。据不完全数据统计，在我国钢结构厂房中，原设计单位设计厂房时留的荷载余量都很少，导致在屋顶上安装光伏电站基本不太可能。但是为了实现国家能源局对于分布式光伏发电的发展目标，必须满足在这些钢结构厂房屋顶安装光伏发电的承载要求，所以对钢结构厂房必须进行加固处理。

2 钢结构厂房加固方法

众多建筑屋顶中，其中工业园区屋顶是分布式光伏发电推广的主要安装场所，很多企业在密切关注的同时，仍有许多疑问：自己的厂房屋顶能否安装光伏电站？如何能够保证光伏电站安全地安装在屋顶上？

首先，根据结构不同，工业园区建筑屋顶大致分为混凝土屋面和钢结构屋面，屋面类型不同，可采用的安装方式也不同。分布式光伏电站在安装前，首先必须考虑房屋结构的安全性，根据国家现行的建筑结构荷载规范要求，结合现场实际情况，委托专业机构，对房屋进行结构承载力复核，特别是钢结构厂房的结构承载力，如不满足规范要求，必须对房屋进行加固处理，才能保证房屋安全可靠。

在钢结构厂房屋顶安装光伏电站，考虑过采用轻质组件来满足屋顶承载要求，但是到目前为止，轻质组件的成本仍然较高，基本不会采用，因此只有对原钢结构厂房进行加固，才能解决在其屋顶安装光伏电站。

钢结构厂房的加固可分为直接加固与间接加固两大类。设计时，可根据实际条件和使用要求选择适宜的加固方法。直接加固是根据工程的实际情况选用增大截面加固法、粘贴钢板加固法、粘贴碳纤维复合材加固法和组合加固法等。间接加固是根据工程的实际情况采用改变结构体系加固法、预应力加固法等。加固的连接方法宜采用焊缝连接、高强螺栓连接；有可靠工程经验时，也可采用混合连接。钢结构厂房的加固方法还应与实际施工方法紧密结合，采取有效措施，保证新增构件与原结构可靠连接，新增截面和原截面结合牢固，形成整体共同工作。

3 实际工程项目加固案例

钢结构厂房加固面临的不确定因素比新建工程多而且复杂，因此在加固过程中，不仅要满足规范要求，而且还要综合考虑业主的要求。在加固施工过程中，应将加固工作对生产车间的影响减到最低，尽量不采用焊接工作，优先考虑用螺栓连接，现场减少构件的切割，减少脚手架的搭设等。

加固方案确定之后，设计单位应同施工单位做好现场交底工作，明确具体的加固方法。以下是3个项目在钢结构厂房屋顶安装光伏电站后加固案例。

工程案例1：本项目位于上海市奉贤区，需要安装光伏电站的厂房有12幢，其中有4幢需要进行结构加固，目前车间都处于工作状态。委托有资质的设计单位进行结构承重验算后，发现钢架部分应力比超限。加固方法是通过在钢梁和钢柱之间增加斜撑的方式，具体如图1所示。

工程案例2：本项目位于温州市平阳县，需要安装光伏电站的厂房有2幢，都需要进行结构加固，目前车间都处于工作状态。委托有资质的设计单位进行结构承重验算后，发现檩条的截面强度和稳定性都超限。加固方法是将简支檩条改变为连续檩条，具体如图2所示。

工程案例3：本项目位于宁波市鄞州区，需要安装光伏电站的厂房有5幢，其中有2幢需要进行结构加固，目前车间都处于工作状态。委托有资质的设计单位进行结构承重验算后，发现钢柱平面外应力比超限。加固方法是通过钢柱与钢柱之间增加系杆的连接方式，具体如图3所示。

结语

综上所述，钢结构厂房的加固应遵循钢结构加固设计规范，并采用比较成熟的技术，尽量确保现场施工方便的方法。在钢结构厂房屋顶安装光伏电站，一方面可以防止屋面彩钢瓦生锈，另一方面也可以防止屋顶漏水，进而还能起到屋顶保温作用。如果想在建筑屋顶安装光伏电站，在前期厂房设计中可以提前考虑在屋顶额外增加太阳能光伏的荷载，这样就不需要担心厂房结构的安全问题。

参考文献

[1]GB50009—2012，建筑结构荷载规范[S].

[2]GB51022—2015，门式刚架轻型房屋钢结构技术规范[S].

[3]CECS77—96，钢结构加固技术规范[S].