太陽能支撐架結構改善分析

太陽能支撐架結構改善數值分析模型，乃根據業界常用C 型冷作輕型鋼斷 面結構型式加以改善，原結構示意圖如圖4-15(a)所示。由於原支撐架結構桿件 間連接方式多採用螺栓固鎖，因此桿件端部無法傳遞彎矩。建議使用銲接方式 連結桿件，增加結構靜不定度並提高支撐架穩定性。

太陽能支撐架結構改善方式，首先將前排短柱後移至斜梁中央處，可增加 斜梁中段支撐效果，並將中央橫梁負載之風力直接引導至短柱支承處，減少因 力量傳遞而增加之桿件負荷，如圖4-36 所示。另增加前排斜撐桿件並連接至第 二排橫梁位置，可將第二排橫梁所承受之風載重直接導引至支承處，減少斜梁 桿件內力。

圖 4-36 前排短柱與斜撐連接位置示意圖

資料來源：本研究整理

原後排柱與斜撐位置均向後方移動，斜撐移至第四排橫梁位置下方，後排 柱移至第五排橫梁位置下方。其目的同樣為引導橫梁內力至支承位置，並減少 相鄰桿件內力傳遞，如圖4-36 所示。增設後排長向斜撐，將直接分擔後排柱所 分配得風力載重，並將其引導至後排支承，可有效降低後排柱桿件之軸力，如 圖4-37 所示。

第四章 研究成果與檢討

71

圖 4-37 後排柱與斜撐連接位置示意圖

資料來源：本研究整理

圖 4-38 後排長向斜撐連接位置示意圖

資料來源：本研究整理

結構分析案例以平屋頂密集配置光電板配合30、40、50、60 度風攻角之風 洞實驗數據，並將時序列風壓資料轉換為符合實場設計風速（42.5 m/sec）之歷 時風壓資料，加載於 MIDAS 軟體所建立之數值模型進行結構動力歷時分析。

分析成果詳述如下：

由於增加後排長向斜撐協助分攤、導引載重作用，改善後的結構後排柱桿 件軸拉力（負值）明顯較原結構降低許多。而原本受到左側屋頂邊緣角隅渦流 作用影響而產生應力集中的左側第二排柱，同樣因增設斜撐改善結構系統力量 傳遞效應，應力集中現象已不如原結構般的明顯。

72

(a) ^{100 110 120}Column R2 Element No.^{130 140 150}

-120,000 -80,000 -40,000 0 40,000

Axial Force (N)

Azimuth Angle 30^o ORG Structure MDF Structure

(b) ^{100 110 120}Column R2 Element No.^{130 140 150}

-100,000

Axial Force (N)

Azimuth Angle 40^o ORG Structure MDF Structure

(c) ^{100 110 120}Column R2 Element No.^{130 140 150}

-120,000 -80,000 -40,000 0 40,000

Axial Force (N)

Azimuth Angle 50^o ORG Structure MDF Structure

第四章 研究成果與檢討

73

(d) ^{100 110 120}Column R2 Element No.^{130 140 150}

-120,000 -80,000 -40,000 0 40,000

Axial Force (N)

Azimuth Angle 60^o ORG Structure MDF Structure

圖 4-39 不同風攻角作用下，後排柱桿件軸力極值圖，風攻角(a)30 度，

(b)40 度，(c)50 度，(d)60 度。

資料來源：本研究整理

結構改善後載重多直接由斜撐及柱桿件傳遞至支承，故斜梁桿件之彎矩與 剪力反應與原結構相比降已微乎其微，如圖4-40 所示。

74

(a) ^{300 320 340} Girder Element No.^{360 380 400 420}

-12,000

Major Moment (N-m)

Azimuth Angle 30^o ORG Structure MDF Structure

(b) ^{300 320 340} Girder Element No.^{360 380 400 420}

-40,000 -20,000 0 20,000 40,000

Shear Force (N)

Azimuth Angle 30^o ORG Structure MDF Structure

圖 4-40 風攻角 30 度時，斜梁桿件之(a)彎矩極值圖，(b)剪力極值圖。

第四章 研究成果與檢討

75

(a) ^{600 605 610}Truss Element No. ^{615 620 625}

-100,000

Axial Force (N)

Azimuth An gle 30^o ORG Structure MDF Structure

(b) ^{600 605 610}Truss Element No. ^{615 620 625}

-80,000

Axial Force (N)

Azim uth Angle 40^o ORG Structure MDF Structure

(c) ^{600 605 610}Truss Element No. ^{615 620 625}

-80,000

Axial Force (N)

Azim uth Angle 50^o ORG Structure MDF Structure

76

(d) ^{600 605 610}Truss Element No. ^{615 620 625}

-80,000 -60,000 -40,000 -20,000 0 20,000

Axial Force (N)

Azim uth Angle 60^o ORG Structure MDF Structure

圖 4-41 不同風攻角作用下，斜撐桿件軸力極值圖，風攻角(a)30 度，

(b)40 度，(c)50 度，(d)60 度。

資料來源：本研究整理

經比較太陽能支撐架結構系統改善前後之數值分析成果，可發現一般業界 所採用之支撐架結構系統，桿件幾何佈置過於簡單（靜不定度過低），無法充分 導引、疏通過於集中之力流。此種結構型式容易產生桿件內力過大與應力集中 之不良影響。經本研究改善方案為多增加桿件將載重直接導引至支承，以有效 降低桿件內力，減少局部桿件應力負荷。本研究之改善方案分析所得結果可知，

支撐光電板的斜梁在多增加斜撐桿件，將載重直接導引至支承端後，可有效降 低桿件內力，減少局部桿件應力負荷，本研究之計算案例中桿件應力(包括軸力、

剪力、彎矩等)下降幅度均達 50%以上，同時大幅改善各桿件間應力分布不平均 的現象。

第四章 研究成果與檢討

K(z)=2.774(z/z

g

)=2.774(41/300)^(2×0.15)=1.527 (14) 再者，用途係數I 取為 1.0，基本設計風速 V

10

(C) 取為 42.5 公尺，陣風 反應因子G 取為 1.88，靜風壓係數 C

pn

依我國建築物耐風設計規範之圖 3.3(a) 取為-2.3。故太陽能光電板所承受之設計風壓，經計算為 -715.6 kgf⁄m

²

。

結構分析案例選擇平屋頂密集配置光電板配合實驗 40 度風攻角之風洞實 驗數據，並將時序列風壓資料轉換為符合實場設計風速（42.5 m/sec）之歷時風 壓資料，加載於 MIDAS 軟體所建立之數值模型進行結構動力歷時分析，並與

在文檔中 陽光屋頂耐風評估與設計準則 (頁 96-103)