工商业光伏电站大势所趋，厂房结构荷载要求如何满足？

近年来, 随着传统燃料能源的减少，环境危害日益突出，人们都把目光投向了可再生能源，希望可再生能源能够改变人类的能源结构，维持长远的可持续发展，与此同时，光伏发电应运而生。

一、钢结构厂房屋顶安装光伏电站的难关

随着日前我国修订发布的新《重点用能单位节能管理办法》的发布，自2018年5月1日起开始施行。“节能减排”四个字再次与我们的生活挂钩，对于各重点用能单位的能耗指标有了更加严苛的标准和管理。

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。其以极快的速度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己的钢结构厂房屋顶上安装了太阳能发电站。

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。然而，根据现实中的情况，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。

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。但是为了实现我国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。

二、钢结构厂房增加承载的加固方法

首先，在安装光伏电站之前，应根据我国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，业内有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的承载问题。

与混凝土结构一样，钢结构厂房的加固亦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，可以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。

尽管加固的方法众多，但是钢结构厂房加固面临的不确定因素比混凝土工程多而且复杂，譬如，加固不能中断生产；再比如，为保障仓库货物安全，加固不能带有明火等。因此，钢结构加固不仅要满足规范要求, 还要依据实际情况作出合理的加固方案。

三、实际工程案例

本项目位于杭州，钢结构厂房，现将原来的普通厂房楼面改造成光伏发电面板，楼面整体荷载增加。加固方法是在钢梁上安装预应力碳板。国内首批采用预应力碳纤维加固的钢结构项目之一，也是悍马预应力碳纤维系统的一次大型的尝试与创新。

从设计的角度来说这个项目是针对屋面层增加光伏荷载，导致屋面钢梁抗弯承载力不足的加固设计。设计过程中除了要考虑承载力的核算之外，还要考虑构件的变形以及可能造成的整体稳定性变化。同时由于钢结构加固设计不能对钢梁本身进行太大的破坏，因此必须设计为无粘接的形式，这也对锚具的性能提出了一定的要求。当然在设计的过程中也考虑过采用粘钢、直接粘贴碳纤维布或者采用预应力钢支撑的方法。但是综合施工效果与造价之后还是采用了预应力碳纤维加固的形式。

另外，从施工的角度来说，由于是无粘接系统，定位放线及安装的精度要求较钢混结构为高。同时由于是半高空作业，对锚具的重量及张拉吨位有一定的限制。所以在此基础上选用的是50px的预应力碳纤维系统，争取以性能换空间，在有限的框架下提供符合要求的加固方案。

除此之外，悍马预应力碳板在性能上所具有的优势也是其在此次钢结构厂房中完美应用的前提：

1.锚具小型化，完美契合偏窄构件加固要求

诸多难点使得加固工程几近搁置，然而，喜讯传来，上海悍马新开发的预应力碳板加固系统成功实现了锚具小型化，碳板50px，比之前整体缩小了2.5倍，完美契合了该钢结构厂房加固的要求。

2.变几何可变为几何不变，创建新型结构体系

众所周知，普通钢筋砼结构中采用预应力碳板加固，可充分发挥碳纤维高强性能，减少后加构件应力滞后的现象，延缓混凝土中裂缝的出现、提高结构刚度，更改善结构性能。但是，相较于普通钢筋砼结构预应力碳板加固技术，新型钢结构预应力碳板加固技术不仅拥有前者全部优势，包括提高结构刚度，改善结构性能等。更主要的，它创建了一种新型结构体系，改变几何可变体系为几何不变体系，并同时借助高强度碳板力学性能和碳板上被施加的预应力，可改善结构抗震性能、疲劳性能和其它各种动力性能。

3.材料成本大幅降低

此前，预应力碳板技术虽然安全、耐久，但由于加固系统庞大，施工成本略高，致使很多客户望而生畏。而钢结构预应力碳板技术通过迭代升级，打破原有坚固的价格堡垒，降低锚具成本。品质上乘，价格更优，真正实现“物美价廉”。

4.施工难度降低

因着锚具小型化，安装施工更方便，提高整体施工效率，安装施工不再是难题。

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。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。