Grundvalar för solcellsbelysningsstolpar: Överjordiska konstruktioner vs. delvis inbäddade konstruktioner

Postat avOSD-redaktionen, fabriksingenjörer med 15 års erfarenhet av produktion och service i fält iMest populära, Branschnyheter den 15 september 2024

Grundvalen är det som ofta gör billiga projekt misslyckade. Stolpen och belysningsenheten är synliga och specificeras noggrant; däremot blir basen begravd och utformas med hänsyn till kostnad och funktion. Det som håller solcellsbelysningsstolpen uppe är inte själva stolpen, utan betongen och jorden under den – dessa element motverkar de krav som uppstår med varje meter höjd och varje watt panelyta. Det finns två huvudsakliga typer av grundvalar: överjordiska betongbaser och delvis inbäddade grundvalar. Valet mellan dessa beror på jordens egenskaper, vindtryck samt frostdjup, innan estetiska aspekter tas i beaktande.

Vad grundvalen egentligen bär på…

En solcellspolbas fäster mer än bara en lampa – den bär både monteringsstolpen och dess fästningar, solcellpanelen samt dess monteringsstruktur, och på integrerade enheter även batteriboxen. Basen måste stå ut mot det stora vikten av allt detta, samt mot trycket från vind. Storleken på basen beror därför på höjden på monteringsstrukturen, den effektiva ytan (EPA) av solcellspolens högsta del, markförhållandena samt de lokala kraven på vindbelastning. Den allmänt använda regeln för basdjup är ungefär 1/6 av polhöjden plus 2 fot (ca 0,16 × 6 + 2 = 1,6 meter), vilket ger konstruktören en ungefärlig riktning – men det slutgiltiga basdjupet bestäms av markundersökningarna och reglerna för vindbelastning.

Typ 1: Betongbaser ovan jord Design: Basen ligger helt på markytan och består av en tät block av armerad betong. Den är ofta flera meter hög och har ett brett utbredningsområde. För att fästa solcellspolen används ankertärningar.

Var det passar. I urbana områden och parkeringsplatser där djup utgrävningar är olämpliga – eftersom kommunikationsledningar, dålig jord eller arkeologiska föremål finns under markytan. Denna typ av grundvalning väljs också av estetiska skäl, eftersom basen kan formas för att matcha den omgivande arkitekturen.

Fördelar. Installationen kräver inga utgrävningar, och den exponerade basen gör inspektioner och reparationer enkla: sprickor och skador är tydliga och lättillgängliga.

Utmaningar. Den synliga betongen utsätts för skador från trafik i områden med hög trafikförekomst, och den lockar till vandalism och graffiti. Att betongen ligger ovan jordytan innebär också att den utsätts för stora temperaturvariationer, vilket gör att denna typ sällan väljs i områden där frostförändringar (jordrörelser orsakade av frysen och upptåningen) är en faktor.

Typ 2: Delvis inbäddade grundvalningar

Design. Den största delen av grundvalningen är begravd, endast en liten del ligger på eller nära ytan. Förstärkta ståltrådar i betongen ökar dess hållfasthet och belastningskapacitet, och djupet av inbäddningen bestäms av stolpenas höjd, vindbelastningar samt jordförhållanden.

Där det passar. Vägar och motorvägar i förorterna och på landsbygden, särskilt där vindbelastningen är stor – den begravda grundstrukturen motverkar omkullvändning betydligt bättre än en yttre grundplatta. Det är det standardval som används när frostbelastning är en problematik, förutsatt att basen sträcker sig under den lokala frostdjupet.

Fördelar. Utmärkt stabilitet i stark vind och dåligt markförhållande, eftersom krafterna fördelas över en större markyta. Den minimala exponeringen ovan jordytan ger en renare utseende.

Utmaningar. Mer utgrävning och förberedelser krävs, och marken måste utvärderas noggrant: löst eller sandig mark kan kräva djupare inbäddning eller ytterligare förstärkning. Underhållsåtkomst till den begravda delen av grundstrukturen är svårare jämfört med en yttre grundplatta.

De fyra faktorerna som avgör valet av grundtyp:

Vindbelastning. Den viktigaste faktorn. I kustområden och öppna slätter måste grundstrukturen motstå kraftiga omkullvändningskrafter, och designvindhastigheten fastställs enligt lokala byggregler – i USA ASCE 7. Högre stolpar med större fästningar eller paneler ökar ytterligare belastningen.

Stavhöjd och vikt. Höjden på en stav ger mer effekt vid vändningar – en längre stav kantar eller faller under samma vind som en kortare stav lätt hanterar. Tyngre komponenter, såsom stora paneler, batteribokser eller dekorativa fikter, kräver en större basyta eller en djupare inbäddning i marken.

Estetik. Kommunala regleringar och samhällsval avgör ibland vilken typ av grund som används. Grundar som ligger ovan jorden fungerar som arkitektoniska element; grundar som är inbäddade i marken däremot blir osynliga. Estetik är en viktig faktor att ta hänsyn till, men den får aldrig högre prioritet än strukturella beräkningar.

Installation och underhåll. Grundar som ligger ovan jorden är enklare att installera och kontrollera. Grundar som är inbäddade kräver mer förberedelser, men döljer ofta sina problem. För ett projekt som varar tio år är frågan om underhållsåtkomst viktigare än skillnaderna vid installationen den första dagen.

Felsökningsmönster från praktiken När grundar misslyckas upprepas ofta samma orsaker.

Stolpen börjar lutna sig efter första vintern. Frost har lyft upp en grund som aldrig befann sig under frostdjupet, eller en plats med mjuk mark där en standardlösning användes istället för en lösning anpassad till markens egenskaper. Underkraftig betong. Den angivna styrkan i betongen uppfylls faktiskt inte – betongen har en svagare sammansättning eftersom ingen har testat den. Stolpen ser bra ut under två år, men börjar sedan lutna sig. Feljustering av ankarboltnätet. Grunden är korrekt, men bolterna ligger 50 mm från centrum, vilket gör att stolpen trycks på bolter som inte är koncentriska. Reparationen innebär att man sågar bort den gamla betongen och gjuter om.

Alla tre problem är resultat av fel i tillverkningsprocesserna, inte tekniska brister. De kan förhindras genom en markanalys, dokumentation om betongtesterna samt en noggrann kontroll av ankarboltnätet innan betonggjutningen.

Beslutsregeln

För att förhindra sådana problem krävs noggranna processkontroller, dokumentation och regler i projektet. Detta innebär att man:

Genomför en grundlig markanalys för att förstå markens egenskaper.
Säkerställer att betongen uppfyller de angivna kraven genom tester.
Kontrollerar noggrant ankarboltnätet innan betonggjutningen.

Genom att följa dessa rutiner kan man minimera risken för fel i tillverkningsprocesserna och därmed förbättra kvaliteten på byggnaderna.

Delvis inbäddat – för permanenta kommunala installationer, områden med stark vind, dålig jord samt alldeles där frostförflyttning är ett faktor. Det är standardlösningen av en anledning. Ovanjordiskt – där utgrävningar är omöjliga (t.ex. på grund av infrastruktur, bergart eller arkeologiska fynd), där tillgång till inspektionen är viktigare än utseendet, eller där designen uttryckligen är tillfällig eller kan flyttas. I båda fallen: Kontrollera först vindbelastningen – vår vindbelastningskalkylator hjälper till med beräkningarna – och hämta nödvändiga uppgifter från EPA uppgifter från EPA baserat på data från installationen och panelen innan man beställer betong.

Vad denna sida inte täcker Denna sida behandlar val av grundtyp samt de faktorer som ligger till grund för detta val. Den täcker dock inte detaljerade strukturella ingenjörskalkyleringar, geotekniska undersökningsmetoder eller tillåtningsgränser vid tillverkning av stolpar. Se till att tillåtna projekt har verifierats av en strukturell ingenjör enligt lokala regler innan byggnaden påbörjas.