太陽光電池モジュール（太陽光パネル）用架台の構造計算 - FAP-3を使って -

• 太陽電池モジュール架台の構造計算手順を、任意形状立体フレームの弾性応力解析ソフト FAP-3 を使って紹介します。 ここで使用するデータは体験版にもサンプルデータとして収録しています。

• 以下の様な架台の構造計算を行います。
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• 太陽電池モジュールと架台の接合の状態です。
  モジュールのフレームと架台の主材をボルトを使い4箇所で接合します。
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• 目次
• 　荷重条件
• 　データの作成手順
• 　拘束、材料、部材断面の入力
• 　節点と部材配置の入力
• 　荷重の入力
• 　フレームと荷重データの複写
• 　直交フレームのデータ作成
• 　フレームと荷重データの複写
• 　架台構成部材の荷重設定
• 　荷重の組み合わせの設定
• 　計算の実行
• 　結果の確認
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• ・荷重条件
• 次の条件で各荷重を考えます。
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設置環境	東京都文京区 海抜(ls)20m 海率(rs)約30% 事務所ビル屋上（陸屋根） 地上高さ13.7m
太陽電池モジュール	面積1.4217m2 （1657×858×46） 質量16kg（１枚当り） 傾斜角36度 枚数6枚
用途係数 ( I )	1.0
地表面粗度区分	IV（Zb=10m、ZG=550m、α=0.27）
設計用基準風速 ( V0 )	34m（東京23区）
地震地域係数 ( z )	1.0

固定荷重（ G ）

156.91N（モジュール 1 枚あたり　16kg×9.80665（重力加速度）） （架台を構成する部材による荷重はFAP-3で自動計算します）

風圧荷重（W=CW×q×AW）

正圧側 ： 1134.288N（モジュール 1 枚あたり） 負圧側 ： 893.921N（モジュール 1 枚あたり）

CW ： 風力係数

正圧側 ： 0.974（=0.65+0.0090×36度） 負圧側 ： 0.768（=0.71+0.0016×36度）

q ： 設計速度圧（=0.6×V02×E×I）

819.13（=0.6×342×1.18×1.0）

AW ： 受風面積

1.4217 （m2）

積雪荷重（S=CS×P×ZS×AS）

479.707N（モジュール 1 枚あたり）

CS ： 勾配係数（=(cos(1.5×θ))1/2）

0.7667（=(cos(1.5×36))1/2）

P ： 雪の平均単位荷重

20（N/cm・m2）

ZS ： 地上垂直積雪量（ZS=α×lS+β×rS+γ）

0.272（m：=0.0005×20-0.06×0.3+0.28）

AS ： 積雪面積（モジュールの水平投影面積）

1.1502 （m2 ： = 1.4217 ×cos(36)）

地震荷重（K=k×G）

941.44N （モジュール 1 枚あたり） （架台を構成する部材による荷重はFAP-3で自動計算します）

k ： 設計用水平震度（≧1.0×Z×I：建物に緊結している場合）

k≧1.0（=1.0×1.0×1.0）

• ・データの作成手順
• FAP-3での入力を行います。
• [ 方針 ]
• 下図の様に南北方向のフレームを一つ作り、それを複写した上で、東西方向の部材を補い全体を完成させます。
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• 名称、単位系等の設定。
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• ・拘束、材料、部材断面の入力
• 01. 拘束、材料、部材断面を入力します。
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• 上図の断面グリッドシートの入力では、直接寸法を入力した部材と弊社の共通断面データベースである
  k-DBを使って入力した部材の例を示しています。

• ・節点と部材配置の入力
• 02. 節点と部材を入力します。
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• 02-1. 部材はモデル図上で直接入力する事も出来ます。
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• （今回は使いませんでしたが、節点と部材をCADデータから入力する方法もあります。）

• ・荷重の入力
• 03. 荷重を入力します。
• モジュールとフレームは4箇所で接続していますので、各載荷点には、荷重条件で求めた値の1/4を入力します。
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• （荷重もモデル図上で直接節点や部材を指定して入力できます。）

GP：	モジュールの固定荷重
S：	積雪荷重
WPP：	モジュールの風圧荷重(正圧)
WNP：	モジュールの風圧荷重(負圧)
KXP：	モジュールのX方向地震荷重
KYP：	モジュールのY方向地震荷重

• ・フレームと荷重データの複写
• 04. フレームを+Y方向1000mmに複写します。
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• 05. 全ての荷重を+Y方向1000mmに複写します。
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• ※荷重はモデル図上では、荷重名毎にしか複写できませんので上記の手順が必要です。

• ・直交フレームのデータ作成
• 06. X軸方向の節点や部材、ブレースを追加します。
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• ・フレームと荷重データの複写
• 07. 全てのフレームと荷重を04、05の手順で複写します。
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• ※複写の結果、重なってしまう節点や部材は自動的にひとつにまとめられます。

• ・架台構成部材の荷重設定
• 08. 計算条件で架構構成部材の荷重を設定します。
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• ・荷重の組み合わせの設定
• 09. 必要な荷重の組合せを荷重ケースで設定します。
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荷重ケース内の記号の意味
GP：	モジュールの固定荷重	荷重条件 名称 長期 常時 G 短期 積雪時 G+S 暴風時 正圧 G+WP 負圧 G+WN 地震時 X方向 G+KX Y方向 G+KY
GF：	フレームの固定荷重
S：	積雪荷重
WPP：	モジュールの風圧荷重(正圧)
WNP：	モジュールの風圧荷重(負圧)
KXP：	モジュールのX方向地震荷重
KXF：	フレームのX方向地震荷重
KYP：	モジュールのY方向地震荷重
KYF：	フレームのYt方向地震荷重

• ・計算の実行
• 10. 準備計算、計算を行い各部材の応力を求めます。
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• ・結果の確認
• 11. 各部材の応力度を使い、強度の確認を行います。
• （許容応力度の確認はFAP-3とは別に行って下さい。）
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• 参考資料：「『太陽光発電システムの設計と施工』　太陽光発電協会 編」他