Terrains de basket-ball photovoltaïques à énergie nouvelle (BIPV) : qu'est-ce qui est le plus rentable : les structures en treillis ou les structures à portique ?

Combien coûte la construction d’une structure de terrain de basket photovoltaïque comme celle-ci ? Quelle option structurelle est à la fois économique et plus esthétique ?

Aperçu du projet

Prendre une norme terrain de basket 28 m × 15 m par exemple, si vous adoptez un plan de structure en acier, il fait 30 m (longueur) × 21 m (largeur), avec une capacité photovoltaïque totale installée de 136 kW.

La charge de conception suit une charge de vent de 0,4 kN/m² et une charge de neige de 0,4 kN/m². L'espacement des colonnes est de 6 m et la hauteur est de 7,8 m.

Modèle de calcul de structure en treillis

Transfert de charge : Dans une ferme, les charges sont transférées à travers les joints. Les charges horizontales du toit telles que les charges mortes et les charges de neige sont transmises à travers les pannes jusqu'aux joints, puis converties en forces axiales dans les éléments.

Les éléments eux-mêmes subissent généralement peu de déformations en flexion. Dans la plupart des cas, la membrure supérieure est en compression, la membrure inférieure est en tension et les éléments d'âme alternent entre tension et compression.

Espacement des joints : L'espacement des joints de la membrure supérieure est lié à la distance entre les pannes. Si les pannes sont disposées à un intervalle de 1,5 m, l'espacement des joints est généralement également de 1,5 m. Lors de la modélisation structurelle, les charges horizontales du toit doivent être converties en charges articulaires concentrées.

Longueur efficace hors plan et dans le plan : la section 5.3 du Code chinois des structures en acier fournit des exigences explicites concernant les coefficients de longueur effective des éléments de membrure et d'âme.

Portail-Modèle de calcul de structure de cadre

Dans une structure à portique, les charges horizontales du toit sont transférées à travers les pannes et converties en moments de flexion et en forces de cisaillement dans les poutres en acier, provoquant une déformation par flexion des poutres. L'espacement des pannes peut être ajusté plus librement et n'est pas limité par l'espacement des joints.

La longueur efficace hors plan de la poutre en acier est déterminée en fonction des conditions de contreventement hors plan et est généralement considérée comme l'espacement des éléments de liaison rigides, ce qui garantit la stabilité hors plan de la poutre.

Comparaison des coûts

Consommation d'acier du Structure en ferme

La consommation d'acier pour chaque ferme est d'environ 1 000 kg, pour un total de 6 fermes.

Acier total pour 6 fermes : 1 000 × 6 = 6 000 kg.

Eléments d'attache et contreventement : 1 200 kg ; pannes et tirants : 2 500 kg.

Consommation totale d'acier pour le système de fermes : 6 000 + 1 200 + 2 500 = 9 700 kg.

Consommation d'acier du Structure à cadre rigide

La consommation d'acier pour chaque cadre rigide est d'environ 1 500 kg, pour un total de 6 cadres.

Acier total pour 6 cadres : 1 500 × 6 = 9 000 kg.

Eléments d'attache et contreventement : 1 200 kg ; pannes et tirants : 2 500 kg.

Consommation totale d'acier pour le plan à ossature rigide : 9 000 + 1 200 + 2 500 = 12 700 kg.

Comparaison : 12 700 − 9 700 = 3 000 kg. Par conséquent, le plan à ossature rigide utilise 3 000 / 12 700 = 23 % d’acier en plus que le plan à fermes.

Portée économique et intensité de l’acier

La portée économique d'un portique est généralement de 18 à 24 m, tandis que la portée économique d'une structure en treillis est de 30 à 40 m.

L’espacement économique des colonnes est généralement de 7,5 à 9 m. Si l'espacement est trop petit, la consommation d'acier des poutres, des colonnes et des fondations augmente. Si l'espacement est trop grand, bien que le nombre de cadres soit réduit, la consommation d'acier des pannes augmente et les sections des poutres en acier deviennent également plus grandes, ce qui rend la solution peu économique.

Consommation unitaire d'acier de la structure en treillis : 9 700 kg / 630 m² = 15,39 kg/m².

Consommation unitaire d'acier de la structure rigide : 12 700 kg / 630 m² = 20,16 kg/m².

Conclusion

Pour conventionnel sites sportifs à structure métallique avec des portées de 18 à 24 m, la structure en treillis est supérieure à la charpente rigide en termes de consommation unitaire d'acier. Cependant, étant donné que les structures en treillis comportent de nombreux joints soudés et des coûts de main-d'œuvre plus élevés, leur prix de l'acier départ usine est généralement nettement plus élevé que celui des structures à portique standardisées.

En conséquence, les structures en treillis ne présentent pas d’avantage majeur en termes de coût global dans ces conditions de portée.

Lorsque la portée structurelle dépasse 24 m, et surtout lorsqu'elle atteint 30 m ou plus, la consommation d'acier d'une structure à ossature rigide augmente considérablement et les avantages de la structure en treillis deviennent plus évidents.

De plus, les charges de vent et de neige varient selon les régions, de sorte que la consommation d'acier pour une même travée peut différer d'un endroit à l'autre. Les structures de grande portée sont particulièrement sensibles à la charge de neige et, dans les régions où les charges de neige sont élevées, la charge de neige a un impact beaucoup plus important sur la quantité d'acier requise.

Pour un terrain de basket photovoltaïque standard mesurant 28 m × 15 m, le coût total du projet est d'environ 400 000 RMB. En fonction de facteurs tels que les fluctuations du prix des matériaux, la portée et la région, le coût final peut varier d'environ 10 à 15 %.