一、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的一般原則
1.1光伏面板的結(jié)構(gòu)可按下列方式分為兩類(lèi)：
(1)分離式光伏面板: 只具有發(fā)電功能，不作為圍護(hù)結(jié)構(gòu)的面板；建筑需要圍護(hù)功能時(shí)須另設(shè)密封的采光頂或幕墻。這種面板要設(shè)單獨(dú)的支架，支架連接在主體結(jié)構(gòu)上（圖1）。因此這種光伏建筑是一體化設(shè)計(jì)，兩層皮。
(2)合一式光伏面板：既具有發(fā)電功能，同時(shí)又是采光頂或幕墻的面板。又稱(chēng)為建材式光伏面板。由于發(fā)電和建筑功能合一，因此建筑外皮只需一套面板，一套支承（圖2）。這種光伏建筑是一體化設(shè)計(jì)，一層皮。
圖1分離式面板系統(tǒng)
圖2合一式面板系統(tǒng)
合一式光伏結(jié)構(gòu)系統(tǒng)與普通玻璃幕墻和采光頂大體相同，可以套用玻璃幕墻和采光頂?shù)脑O(shè)計(jì)方法；分離式光伏結(jié)構(gòu)系統(tǒng)在普通玻璃幕墻和采光頂?shù)耐鈧?cè)另外附加了一個(gè)單獨(dú)的結(jié)構(gòu)，工作性質(zhì)又不同于一般的幕墻和采光頂，必須進(jìn)行專(zhuān)門(mén)的設(shè)計(jì)。
1.2光伏結(jié)構(gòu)系統(tǒng)應(yīng)進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，應(yīng)具有規(guī)定的承載能力、剛度、穩(wěn)定性和變形能力。
結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使用年限不應(yīng)小于25年。預(yù)埋件屬于難以更換的部件，其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使用年限宜按50年考慮。大跨度支承鋼結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使用年限應(yīng)與主體結(jié)構(gòu)相同。
1.3光伏結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目標(biāo)是：在正常使用狀態(tài)下應(yīng)具有良好的工作性能。抗震設(shè)計(jì)的光伏結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，在多遇地震作用下應(yīng)能正常使用；在設(shè)防烈度地震作用下經(jīng)修理后應(yīng)仍可使用；在罕遇地震作用下支承骨架不應(yīng)倒塌或墜落。
2008年汶川大地震和2010年玉樹(shù)大地震表明，玻璃幕墻在強(qiáng)烈地震中完全可以達(dá)到只要主體結(jié)構(gòu)不倒，幕墻就不會(huì)破損的設(shè)計(jì)目標(biāo)（圖3、圖4）。
圖3 四川綿陽(yáng)（9度）玻璃幕墻震后完好
圖4 玉樹(shù)機(jī)場(chǎng)（8度）幕墻玻璃完好，保證了及時(shí)救援
1.4非抗震設(shè)計(jì)的光伏結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，應(yīng)計(jì)算重力荷載和風(fēng)荷載的效應(yīng)，必要時(shí)可計(jì)入溫度作用的效應(yīng)。
抗震設(shè)計(jì)的光伏結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，應(yīng)計(jì)算重力荷載、風(fēng)荷載和地震作用的效應(yīng)，必要時(shí)可計(jì)入溫度作用的效應(yīng)。
1.5光伏結(jié)構(gòu)可按彈性方法分別計(jì)算施工階段和正常使用階段的作用效應(yīng)，并進(jìn)行作用效應(yīng)的組合。
1.6光伏結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的構(gòu)件和連接應(yīng)按各效應(yīng)組合中最不利組合進(jìn)行設(shè)計(jì)。
1.7光伏結(jié)構(gòu)構(gòu)件和連接的承載力設(shè)計(jì)值不應(yīng)小于荷載和作用效應(yīng)的設(shè)計(jì)值。按荷載與作用標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算的撓度值不宜超過(guò)撓度的允許值。
二、荷載和作用
2.1光伏結(jié)構(gòu)系統(tǒng)應(yīng)分別不同情況，考慮下列重力荷載：
(1)面板和支承結(jié)構(gòu)自重
(2)檢修荷載
(3)雪荷載
2.2光伏結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的風(fēng)荷載，應(yīng)按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》GB 50009 2006版本采用。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)分別考慮：
(1)分離式光伏面板的風(fēng)荷載應(yīng)計(jì)入迎風(fēng)面風(fēng)荷載和背風(fēng)面風(fēng)荷載；
(2)支架的風(fēng)荷載應(yīng)計(jì)入面板傳來(lái)的風(fēng)荷載和支架直接承受的風(fēng)荷載；
(3)合一式面板系統(tǒng)應(yīng)分別采光頂和幕墻的風(fēng)荷載，按相應(yīng)規(guī)范采用。
2.3分離式光伏結(jié)構(gòu)系統(tǒng)應(yīng)考慮突出屋面小結(jié)構(gòu)的地震力放大作用。必要時(shí)可將其作為獨(dú)立的質(zhì)點(diǎn)，連同主體結(jié)構(gòu)一起進(jìn)行地震反應(yīng)分析。
屋面上的分離式光伏系統(tǒng)結(jié)構(gòu)具有一定的質(zhì)量和剛度，相當(dāng)于一個(gè)小樓層，但是其質(zhì)量和剛度又遠(yuǎn)小于主體結(jié)構(gòu)的質(zhì)量和剛度。放在屋面上的地震反應(yīng)要比放在地面上要強(qiáng)烈得多，稱(chēng)之為鞭梢效應(yīng)。放在屋面上，地震力比放在地面上放大可達(dá)3~5倍，取決于它與主體結(jié)構(gòu)的質(zhì)量比和剛度比（圖5、圖6）。
圖5 光伏結(jié)構(gòu)系統(tǒng)在屋面上地震力放大
圖6 光伏結(jié)構(gòu)系統(tǒng)作為第n個(gè)質(zhì)量參加整體地震反應(yīng)分析，求出地震力．地震反應(yīng)計(jì)算可按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》GB 50009的規(guī)定進(jìn)行。
2.4合一式光伏結(jié)構(gòu)面板和支承結(jié)構(gòu)的地震力計(jì)算與一般玻璃幕墻相同，可按照行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《玻璃幕墻工程技術(shù)規(guī)范》JGJ 102-2003 的規(guī)定進(jìn)行。
2.5分離式光伏結(jié)構(gòu)的支架暴露于室外，應(yīng)考慮溫度作用的影響。必要時(shí)可進(jìn)行鋼支架的溫度應(yīng)力計(jì)算（圖7、圖8）。
圖7 高雄世界運(yùn)動(dòng)會(huì)主會(huì)場(chǎng)分離式光伏系統(tǒng)
圖8 分離式光伏墻的露天鋼支架曲線形室外支架
2.6光伏結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的荷載組合可按照行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《玻璃幕墻工程技術(shù)規(guī)范》JGJ 102-2003 的規(guī)定進(jìn)行。
光伏采光頂和斜墻的重力荷載會(huì)產(chǎn)生平面外方向的作用分力，它與風(fēng)荷載和地震力的作用相疊加，計(jì)算時(shí)應(yīng)注意。
重力荷載起控制作用的組合，重力荷載的分項(xiàng)系數(shù)應(yīng)取為1.35。
風(fēng)荷載起主要作用的組合，地震作用的組合值系數(shù)應(yīng)取為0.5。
【趙西安】光伏結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)(中)
【趙西安】光伏結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)(下)
