活用方法のご提案
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。
- 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
- ・荷重条件
- 次の条件で各荷重を考えます。
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。
- 名称、単位系等の設定。
- ・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。
- 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。
- 02-1. 部材はモデル図上で直接入力する事も出来ます。
- (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。
- (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。
- 05. 全ての荷重を+Y方向1000mmに複写します。
- ※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。
- ・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。
- ※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。
- ・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。
荷重ケース内の記号の意味 | ||||||||||||||||||||||||
GP: | モジュールの固定荷重 |
|
||||||||||||||||||||||
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。
- ・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。)
- 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
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