OPINIA KONSTRUKCYJNO-BUDOWLANA DOTYCZĄCA MOŻLIWOŚCI USTAWIENIA PANELI FOTOWOLTAICZNYCH NA DACHU BUDYNKU WRAZ Z PROPOZYCJĄ KONSTRUCJI Temat/obiekt: WSPORCZEJ POD PANELE PV PROJEKT WYKONAWCZY INSTALACJI FOTOWOLTAICZNEJ O MOCY 10,05 kwp DLA BUDYNKU SZKOŁY PODSTAWOWEJ W CIANOWICACH Adres: Szkoła Podstawowa w Cianowicach 32-043 Skała, Cianowice 1 działka 402/3, obręb Cianowice Zamawiający: Gmina Skała ul. Rynek 29, 32-043 Skała Branża: KONSTRUKCJA Skład zespołu projektowego: Opis Imię i nazwisko, nr uprawnień Podpis Opracował: Dr inż. Rafał Szydłowski MAP/0083/POOK/08 luty 2016 rok 01-249 Warszawa, ul. Gizów 6, tel. 801 500 525, kom. 500 096 462 e-mail: biuro@novista.pl, www.novista.pl
SPIS ZAWARTOŚCI PROJEKTU 1. OPIS TECHNICZNY... 3 1.1. Podstawa opracowania... 3 1.2. Przedmiot opracowania... 3 1.3. Zakres opracowania... 3 1.4. Opis obiektu... 3 1.5. Opis szczegółowy dachu... 3 1.6. Analiza nośności dachu... 3 1.7. Opis systemy montażowego paneli PV... 3 2. OBLICZENIA... 5 2.1. Obliczenia statyczno-wytrzymałościowe... 5 2.2. Wymagane wzmocnienie danych elementów konstrukcji dachu... 9 3. DOKUMENTACJA FOTOGRAFICZNA... 13 4. RYSUNKI Rys nr K-1 Schemat rozmieszczenia paneli PV na budynku... 15 2
1. OPIS TECHNICZNY 1.1. Podstawa opracowania Podstawę do opracowania niniejszej dokumentacji stanowiły następujące materiały wyjściowe: - Zlecenie Zamawiającego; - Dokumentacja rysunkowa przygotowana na potrzeby projektu adaptacyjnego instalacji elektrycznej; - Wywiad techniczny i dokumentacja fotograficzna przedmiotowego budynku przeprowadzona przez przedstawicieli Novista oraz Urzędu Gminy w Skale; - Protokół projektowy instalacji PV dla budynku Szkoły Podstawowej w Cianowicach, gmina Skała; - Projekt koncepcyjny Montaż instalacji fotowoltaicznej o mocy 10,05 kwp dla budynku Szkoły Podstawowej w Cianowicach - Aktualne normy, przepisy oraz literatura techniczna. 1.2. Przedmiot opracowania Przedmiotem opracowania jest ocena możliwości ustawienia paneli fotowoltaicznych (PV) wraz z systemem montażowym na dachu budynku Szkoły Podstawowej w Cianowicach. 1.3. Zakres opracowania Niniejsze opracowanie obejmuje swym zakresem tylko konstrukcję dachu budynku na którym projektuje się ustawienie paneli fotowoltaicznych instalacji PV. Ocena przedmiotowego dachu dokonana zostanie w oparciu o obliczenia statyczne jego nośności. Wpływ dodatkowego obciążenia na pozostałe elementy konstrukcyjne budynku jest znikomy. 1.4. Opis obiektu Obiekt objęty opracowaniem jest budynkiem użyteczności publicznej, trzykondygnacyjnym. Wykonany jest w konstrukcji murowanej z gazobetonu, przykryty dwuspadowym dachem wieszarowym, pokrytym blachą trapezową, na deskowaniu. Budynek posiada: - ściany zewnętrzne i wewnętrzne z gazobetonu o grubości 24-36 cm, - dach pokryty blachą trapezową, - okna i drzwi zewnętrzne z profili pcv, - ściany zewnętrzne pokryte tynkiem mineralnym, - rury spustowe rynny stalowe ocynkowane. 1.5. Opis szczegółowy dachu Dach nad budynkiem szkoły opiera się na konstrukcji wieszarowej, drewnianej. Poszczególne dane elementów podano w p.2. Dach pochyły, o wymiarach 19,5x26,25 m, pokryty jest blachą trapezową. Kąt nachylenia dachu wynosi 30. 1.6. Analiza nośności dachu Na podstawie dokonanych obliczeń konstrukcji płyt dachu stwierdza się, że ich nośność jest przekroczona, a dodatkowe obciążenia spowodowane montażem paneli instalacji fotowoltaicznej na dachu budynku Szkoły Podstawowej w Cianowicach, gmina Skała, sugeruje się wpływ na bezpieczeństwo użytkowania. Należy wykonać projekt wzmocnienia. 3
Z przekazanej dokumentacji fotograficznej oraz wyników wywiadu technicznego wynika, budynek jest w dobrym stanie technicznym. Nie zauważono niepokojących zawilgoceń, rys ani odkształceń jego konstrukcji. 1.7. Opis systemu montażowego paneli PV Panele fotowoltaiczne montuje się na dachach skośnych (o nachyleniu powyżej 20 ) za pomocą specjalnych systemów montażowych. Mocowane są one bezpośrednio do konstrukcji dachu. W zależności od rodzaju pokrycia dachu (tj. dachówka ceramiczna, dachówka betonowa, blachodachówka, dachówka karpiowa, dachówka łupkowa, blacha trapezowa itp.) należy zastosować odpowiedni system montażowy; dobrać należy odpowiednie elementy systemu tj. szyny, klemy, wpusty, śruby itp. W niniejszym projekcie zakłada się system montażowy dla blachy trapezowej. Zmiany założeń dla systemu montażowego oraz sposobu montażu, można dokonać w ramach projektu wykonawczego zamiennego, pod warunkiem, że zmiana zostanie wykonana przez osobę posiadającą uprawnienia w branży konstrukcyjnej, oraz zostanie ona poparta odpowiednimi obliczeniami, przedstawionymi w projekcie. 4
2. OBLICZENIA 2.1. Zestawienia obciążeń DANE Szkic układu poprzecznego 930,7 30,0 300,0 18 532,0 18 550,0 82,0 18 1400,0 18 82,0 1600,0 Szkic układu podłużnego - płatwi pośredniej 300,0 A B 125,0 380,0 Geometria ustroju: Kąt nachylenia połaci dachowej α = 30,0 o Rozpiętość wiązara l = 16,00 m Rozstaw podpór w świetle murłat ls = 14,00 m Rozstaw osiowy płatwi lgx = 5,50 m Rozstaw krokwi a = 1,00 m Odległość między usztywnieniami bocznymi krokwi = 0,50 m 5
Płatew pośrednia o długości osiowej między słupami l = 3,80 m - lewy koniec płatwi oparty na słupie z mieczami, odległość podparcia mieczami aml = 1,25 m - prawy koniec płatwi oparty na słupie Wysokość całkowita słupów pod płatew pośrednią hs = 3,00 m Rozstaw podparć poziomych murłaty lmo = 2,50 m Dane materiałowe: - krokiew 12/12cm (zacios 3 cm) z drewna C24 - płatew 15/15 cm z drewna C24 - słup 18/18 cm z drewna C24 - kleszcze 2x 10/10 cm (zacios 3 cm) o prześwicie gałęzi 12 cm z drewna C24 - murłata 18/18 cm z drewna C24 Obciążenia (wartości charakterystyczne i obliczeniowe): - pokrycie dachu : gk = 0,240 kn/m 2, go = 0,288 kn/m 2 - uwzględniono ciężar własny wiązara - obciążenie śniegiem (wg PN-80/B-02010/Az1/Z1-1: połać bardziej obciążona, strefa 3, A=406 m n.p.m., nachylenie połaci 30,0 st.): - na połaci lewej skl = 2,203 kn/m 2, sol = 3,305 kn/m 2 - na połaci prawej skp = 1,469 kn/m 2, sop = 2,203 kn/m 2 - obciążenie śniegiem traktuje się jako obciążenie średniotrwałe - obciążenie wiatrem (wg PN-B-02011:1977/Az1:2009/Z1-3: strefa I, teren B, wys. budynku z =20,0 m): - na połaci nawietrznej pkl I = -0,264 kn/m 2, pol I = -0,396 kn/m 2 - na połaci nawietrznej pkl II = 0,147 kn/m 2, pol II = 0,220 kn/m 2 - na stronie zawietrznej pkp = -0,235 kn/m 2, pop = -0,352 kn/m 2 - fotowoltaika gkk = 0,160 kn/m 2, gok = 0,192 kn/m 2 - obciążenie montażowe kleszczy Fk = 1,0 kn, Fo = 1,2 kn WYNIKI Obwiednia momentów zginających w układzie poprzecznym: -7,18-7,18 1,23 1,23 0,38 0,38-1,64-1,64 0,09 5,78 5,78 0,09 6
Obwiednia momentów w układzie podłużnym - płatwi pośredniej: Mz [knm] My [knm] Ry,Rz [kn] Rx [kn] 0,86 1,54-1,46 0,81 0,13 16,59 0,86 1,54 3,00 A 0,80 103,07 3,80 0,41 B 52,04 WYMIAROWANIE wg PN-B-03150:2000 drewno lite iglaste wg PN-EN 338:2004, klasa wytrzymałości C24 fm,k = 24 MPa, ft,0,k = 14 MPa, fc,0,k = 21 MPa, fv,k = 2,5 MPa, E0,mean = 11 GPa, ρk = 350 kg/m 3 Krokiew 12/12 cm (zacios na podporach 3 cm) Smukłość λy = 144,7 < 150 λz = 14,4 < 150 Maksymalne siły i naprężenia w przęśle decyduje kombinacja: K4 stałe-max+śnieg+0,90 wiatr-wariant II My = 5,78 knm, N = 13,13 kn fm,y,d = 14,77 MPa, fc,0,d = 12,92 MPa σm,y,d = 20,07 MPa, σc,0,d = 0,91 MPa kc,y = 0,154 σc,0,d/(kc,y fc,0,d) + σm,y,d/fm,y,d = 1,816 > 1 (!!!) (σc,0,d/fc,0,d) 2 + σm,y,d/fm,y,d = 0,956 < 1 Maksymalne siły i naprężenia na podporze (płatwi) decyduje kombinacja: K4 stałe-max+śnieg+0,90 wiatr-wariant II My = -7,18 knm, N = 8,58 kn fm,y,d = 14,77 MPa, fc,0,d = 12,92 MPa σm,y,d = 44,29 MPa, σc,0,d = 0,79 MPa (σc,0,d/fc,0,d) 2 + σm,y,d/fm,y,d = 3,003 > 1 (!!!) Maksymalne ugięcie krokwi (pomiędzy murłatą a płatwią) decyduje kombinacja: K2 stałe-max+śnieg ufin = 58,49 mm > unet,fin = l / 200 = 5011/ 200 = 25,06 mm (233,4%) (!!!) Płatew 15/15 cm Smukłość λy = 23,1 < 150 λz = 23,1 < 150 Ekstremalne obciążenia obliczeniowe qz,max = 20,41 kn/m qy,max = 0,45 kn/m Maksymalne siły i naprężenia w płatwi decyduje kombinacja: K3 stałe-max+śnieg+0,90 wiatr-parcie My = 16,59 knm, Mz = 0,65 knm 7
fm,y,d = 14,77 MPa, fm,z,d = 14,77 MPa σm,y,d = 29,49 MPa, σm,z,d = 1,16 MPa σm,y,d/fm,y,d + km σm,z,d/fm,z,d = 2,052 > 1 (!!!) km σm,y,d/fm,y,d + σm,z,d/fm,z,d = 1,476 > 1 (!!!) Maksymalne ugięcie decyduje kombinacja: K2 stałe-max+śnieg ufin = 21,61 mm > unet,fin = l / 200 = 12,75 mm (169,5%) (!!!) Słup 18/18 cm Smukłość (słup A) λy = 84,2 < 150 λz = 57,7 < 150 Maksymalne siły i naprężenia (słup A) decyduje kombinacja: K3 stałe-max+śnieg+0,90 wiatr-parcie My = 0,00 knm, N = 103,07 kn fc,0,d = 12,92 MPa σm,y,d = 0,00 MPa, σc,0,d = 3,18 MPa kc,y = 0,424, kc,z = 0,747 σc,0,d/(kc,y fc,0,d) + σm,y,d/fm,y,d = 0,581 < 1 σc,0,d/(kc,z fc,0,d) + σm,y,d/fm,y,d = 0,329 < 1 Kleszcze 2x 10/10 cm Maksymalne siły i naprężenia decyduje kombinacja: K3 stałe-max+montażowe My = 1,94 knm fm,y,d = 20,31 MPa σm,y,d = 10,76 MPa σm,y,d/fm,y,d = 0,530 < 1 Murłata 18/18 cm Część murłaty leżąca na ścianie Ekstremalne obciążenia obliczeniowe qz,max = 12,32 kn/m qy,max = 1,83 kn/m qz,min = -0,29 kn/m (odrywanie) Maksymalne siły i naprężenia decyduje kombinacja: K5 stałe-max+wiatr Mz = 1,22 knm fm,z,d = 16,62 MPa σm,z,d = 1,26 MPa σm,z,d/fm,z,d = 0,076 < 1 Dopuszcza się zastosowanie systemu instalacji paneli fotowoltaicznych po wcześniejszym wykonaniu projektu wzmocnienia danych elementów konstrukcji dachu. 8
2.2. Wymagane wzmocnienie danych elementów konstrukcji dachu DANE Szkic układu poprzecznego 930,7 30,0 300,0 18 532,0 18 550,0 82,0 18 1400,0 18 82,0 1600,0 Szkic układu podłużnego - płatwi pośredniej 300,0 A B 125,0 380,0 Geometria ustroju: Kąt nachylenia połaci dachowej α = 30,0 o Rozpiętość wiązara l = 16,00 m Rozstaw podpór w świetle murłat ls = 14,00 m Rozstaw osiowy płatwi lgx = 5,50 m Rozstaw krokwi a = 0,50 m Odległość między usztywnieniami bocznymi krokwi = 0,50 m Płatew pośrednia o długości osiowej między słupami l = 3,80 m - lewy koniec płatwi oparty na słupie z mieczami, odległość podparcia mieczami aml = 1,25 m - prawy koniec płatwi oparty na słupie Wysokość całkowita słupów pod płatew pośrednią hs = 3,00 m Rozstaw podparć poziomych murłaty lmo = 2,50 m 9
Dane materiałowe: - krokiew 12/12cm (zacios 3 cm) z drewna C24 - płatew 15/25 cm z drewna C24 - słup 18/18 cm z drewna C24 - kleszcze 2x 10/10 cm (zacios 3 cm) o prześwicie gałęzi 12 cm z drewna C24 - murłata 18/18 cm z drewna C24 Obciążenia (wartości charakterystyczne i obliczeniowe): - pokrycie dachu : gk = 0,240 kn/m 2, go = 0,288 kn/m 2 - uwzględniono ciężar własny wiązara - obciążenie śniegiem (wg PN-EN 1991-1-3 p.5.3.3: dach dwupołaciowy, strefa 1, A=300 m n.p.m., nachylenie połaci 30,0 st.): - na połaci lewej skl = 0,960 kn/m 2, sol = 1,440 kn/m 2 - na połaci prawej skp = 0,960 kn/m 2, sop = 1,440 kn/m 2 - obciążenie śniegiem traktuje się jako obciążenie średniotrwałe - obciążenie wiatrem (wg PN-B-02011:1977/Az1:2009/Z1-3: strefa I, teren B, wys. budynku z =20,0 m): - na połaci nawietrznej pkl I = -0,264 kn/m 2, pol I = -0,396 kn/m 2 - na połaci nawietrznej pkl II = 0,147 kn/m 2, pol II = 0,220 kn/m 2 - na stronie zawietrznej pkp = -0,235 kn/m 2, pop = -0,352 kn/m 2 - fotowoltaika gkk = 0,160 kn/m 2, gok = 0,192 kn/m 2 - obciążenie montażowe kleszczy Fk = 1,0 kn, Fo = 1,2 kn Założenia obliczeniowe: - klasa użytkowania konstrukcji: 2 - w obliczeniach statycznych krokwi nie uwzględniono wpływu podatności płatwi - współczynniki długości wyboczeniowej słupa: w płaszczyźnie ustroju podłużnego ustalony automatycznie w płaszczyźnie wiązara µy = 1,00 WYNIKI Obwiednia momentów zginających w układzie poprzecznym: -2,08-2,08 0,35 0,35 0,15 0,15-0,45-0,45 0,04 1,68 1,68 0,04 10
Obwiednia momentów w układzie podłużnym - płatwi pośredniej: Mz [knm] My [knm] Ry,Rz [kn] Rx [kn] 0,86 1,54-1,46 0,81 0,38 9,47 0,86 1,54 3,00 A 2,36 58,81 3,80 1,19 B 29,70 WYMIAROWANIE wg PN-B-03150:2000 drewno lite iglaste wg PN-EN 338:2004, klasa wytrzymałości C24 fm,k = 24 MPa, ft,0,k = 14 MPa, fc,0,k = 21 MPa, fv,k = 2,5 MPa, E0,mean = 11 GPa, ρk = 350 kg/m 3 Krokiew 12/12 cm (zacios na podporach 3 cm) Smukłość λy = 144,7 < 150 λz = 14,4 < 150 Maksymalne siły i naprężenia w przęśle decyduje kombinacja: K4 stałe-max+śnieg+0,90 wiatr-wariant II My = 1,68 knm, N = 3,62 kn fm,y,d = 14,77 MPa, fc,0,d = 12,92 MPa σm,y,d = 5,83 MPa, σc,0,d = 0,25 MPa kc,y = 0,154 σc,0,d/(kc,y fc,0,d) + σm,y,d/fm,y,d = 0,521 < 1 (σc,0,d/fc,0,d) 2 + σm,y,d/fm,y,d = 0,277 < 1 Maksymalne siły i naprężenia na podporze (płatwi) decyduje kombinacja: K4 stałe-max+śnieg+0,90 wiatr-wariant II My = -2,08 knm, N = 2,44 kn fm,y,d = 14,77 MPa, fc,0,d = 12,92 MPa σm,y,d = 12,83 MPa, σc,0,d = 0,23 MPa (σc,0,d/fc,0,d) 2 + σm,y,d/fm,y,d = 0,869 < 1 Maksymalne ugięcie krokwi (pomiędzy murłatą a płatwią) decyduje kombinacja: K2 stałe-max+śnieg ufin = 18,19 mm < unet,fin = l / 200 = 5011/ 200 = 25,06 mm (72,6%) Płatew 15/25 cm Smukłość λy = 6,9 < 150 λz = 11,5 < 150 Ekstremalne obciążenia obliczeniowe qz,max = 11,65 kn/m qy,max = 0,45 kn/m Maksymalne siły i naprężenia w płatwi decyduje kombinacja: K3 stałe-max+śnieg+0,90 wiatr-parcie My = 9,47 knm, Mz = 0,65 knm 11
fm,y,d = 14,77 MPa, fm,z,d = 14,77 MPa σm,y,d = 6,06 MPa, σm,z,d = 0,70 MPa σm,y,d/fm,y,d + km σm,z,d/fm,z,d = 0,443 < 1 km σm,y,d/fm,y,d + σm,z,d/fm,z,d = 0,334 < 1 Maksymalne ugięcie decyduje kombinacja: K2 stałe-max+śnieg ufin = 2,74 mm < unet,fin = l / 200 = 12,75 mm (21,5%) Słup 18/18 cm Smukłość (słup A) λy = 84,2 < 150 λz = 57,7 < 150 Maksymalne siły i naprężenia (słup A) decyduje kombinacja: K3 stałe-max+śnieg+0,90 wiatr-parcie My = 0,00 knm, N = 58,81 kn fc,0,d = 12,92 MPa σm,y,d = 0,00 MPa, σc,0,d = 1,82 MPa kc,y = 0,424, kc,z = 0,747 σc,0,d/(kc,y fc,0,d) + σm,y,d/fm,y,d = 0,332 < 1 σc,0,d/(kc,z fc,0,d) + σm,y,d/fm,y,d = 0,188 < 1 Kleszcze 2x 10/10 cm Maksymalne siły i naprężenia decyduje kombinacja: K3 stałe-max+montażowe My = 1,94 knm fm,y,d = 20,31 MPa σm,y,d = 10,76 MPa σm,y,d/fm,y,d = 0,530 < 1 Murłata 18/18 cm Część murłaty leżąca na ścianie Ekstremalne obciążenia obliczeniowe qz,max = 6,79 kn/m qy,max = 1,83 kn/m qz,min = -0,14 kn/m (odrywanie) Maksymalne siły i naprężenia decyduje kombinacja: K5 stałe-max+wiatr Mz = 1,22 knm fm,z,d = 16,62 MPa σm,z,d = 1,26 MPa σm,z,d/fm,z,d = 0,076 < 1 Należy wzmocnić krokwie poprzez ich zagęszczenie do rozstawu 50cm. Również należy wykonać wzmocnienie płatwi poprzez zwiększenie jej przekroju poprzecznego z 15x15cm na 15x25cm. 12
Opinia konstrukcyjno budowlana do projektu instalacji fotowoltaicznej 3. Dokumentacja fotograficzna Rys. 3.1 Rys. 3.2. 13
Opinia konstrukcyjno budowlana do projektu instalacji fotowoltaicznej Rys. 3.3. Rys. 3.4. 14