結構分析成果

為能實際了解在強風作用下，太陽光電板模組支撐架桿件內力的變化情形，

本研究以氣動力實驗所得之版面淨風壓歷時資料轉化為支撐節點載重歷時資料，

利用Midas 軟體進行結構受風作用下的分析計算。支撐架結構以本研究蒐集之 實際使用支撐架結構建模，如圖4-13 所示，根據業界常用 C 型冷作輕型鋼斷面 結構型式建立太陽光電板支支撐架構系統分析模型，其中柱（Column）、斜撐

（Truss）與斜梁（Girder）桿件端部均設定為樞接型式（無法傳遞彎矩）。橫梁

（Beam）與斜梁（Girder）連接設定亦為樞接型式（無法傳遞彎矩），但橫梁、

斜梁元素間仍視為一體桿件。

圖 4-13 太陽光電板各部結構圖

資料來源：本研究整理

由於支承固接於結構體，因此後排柱未設置橫向斜撐桿件。依據圖說資料，

48

桿件斷面採用C41×41×1.6mm 輕型鋼斷面型式。各桿件之名稱定義如圖 4-14 所 示，光電板採用氣動力實驗所用之模型尺寸配合實驗縮尺加以放大，各桿件之 編號如圖4-15 所示。

分析計算採用的來流風向角定義與氣動力實驗一致，如圖4-16 所示，結構 分析計算針對0、30、60、90 度風攻角之風洞實驗時序列數據，將其轉換為符 合實場設計風速（42.5 m/sec）之歷時風壓資料，轉換為屋頂風速(實驗參考風 速)建立各節點上風荷載時序列資料，並加載於 MIDAS 軟體所建立之數值模型 進行結構動力歷時分析。

由前文中氣動力實驗成果可知，三排太陽光電板陣列型式，均以第一排的 氣動力作用最為明顯，特別是與屋頂前緣切齊的情況下最強烈，因此針對此一 較為臨界的載重狀況，採用不同屋頂坡度條件下取得的實驗資料進行計算。

圖 4-14 桿件名稱定義

資料來源：本研究整理

第四章 研究成果與檢討

49

(a)

(b)

(c)

(d)

(e)

圖 4-15 桿件編號分布， (a) (b)Column 桿件編號 R1：201-221；

R2：101-142，(c) Beam 桿件邊號：501-600，(d) Girder 桿件編號 301-354，(e) Truss 桿件編號 601-621。

資料來源：本研究整理

50

第四章 研究成果與檢討

51

(a) ^{200 204 208} Column R1 Element No.^{212 216 220 224}

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

Axial Force (N)

Azimuth Angle 0^o Azimuth Angle 30^o Azimuth Angle 40^o Azimuth Angle 50^o Azimuth Angle 60^o Azimuth Angle 90^o

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

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

Axial Force (N)

Azimuth Angle 0^o Azimuth Angle 30^o Azimuth Angle 60^o Azimuth Angle 90^o Azimuth Angle 40^o Azimuth Angle 50^o

圖 4-17 (a)前排柱桿件軸力極值圖，(b)後排柱桿件軸力極值圖

52

(a) ^{580 584 588}Beam Element No. ^{592 596 600}

-200 0 200 400

Major Moment (N-m)

Azimuth Angle 0^o Azimuth Angle 30^o Azimuth Angle 40^o Azimuth Angle 50^o Azimuth Angle 60^o Azimuth Angle 90^o

(b)

580 584 588 592 596 600

Beam Element No.

-200 -100 0 100 200

Shear Force (N)

Azimuth Angle 0^o Azimuth Angle 30^o Azimuth Angle 40^o Azimuth Angle 50^o Azimuth Angle 60^o Azimuth Angle 90^o

第四章 研究成果與檢討

53

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

-12,000

Major Moment (N-m)

Azimuth Angle 0^o Azimuth Angle 30^o Azimuth Angle 40^o Azimuth Angle 50^o Azimuth Angle 60^o Azimuth Angle 90^o

(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 0^o Azimuth Angle 30^o Azimuth Angle 40^o Azimuth Angle 50^o Azimuth Angle 60^o Azimuth Angle 90^o

圖 4-19 斜梁桿件應力 (a)彎矩極值圖，(b)剪力極值圖

54

600 604 608 612 616 620 624

Truss Element No.

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

Axial Force (N)

Azimuth Angle 0^o Azimuth Angle 30^o Azimuth Angle 40^o Azimuth Angle 50^o Azimuth Angle 60^o Azimuth Angle 90^o

圖 4-20 斜撐桿件軸力極值圖

資料來源：本研究整理

2. 屋頂坡度 1:2 建築物屋頂上之太陽光電板支撐結構內力

斜率1：2 屋頂針對 0、30、40、50、60、90 度攻角風洞實驗時序列數據，

進行動力歷時分析，柱軸力分析成果如圖 4-21 所示，當風攻角為 0 度時，柱軸 力大致呈現左右對稱分佈形式。隨著風攻角的增加，位於屋頂側緣光電板受到較 強渦流影響，因此左側角隅柱桿件軸力隨風攻角由0 度增加至 30 至 50 度時，軸 拉力（負值）明顯高於右側柱，但最大桿件軸力仍與0 度角中央區域桿件相當。

當風攻角增加至 90 度時，風向與光電板平行，風壓係數接近零，右側（下游）

桿件因擾動風壓較大以致軸力值略高於左側（上游）桿件。

第四章 研究成果與檢討

55

(a) ^{200 204 208} Column R1 Element No.^{212 216 220 224}

-40,000

Axial Force (N)

Azimuth Angle 0^o Azimuth Angle 30^o Azimuth Angle 40^o Azimuth Angle 50^o Azimuth Angle 60^o Azimuth Angle 90^o

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

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

Axial Force (N)

Attack Angle 0^o

56

(a) ^{580 584 588}Beam Element No. ^{592 596 600}

-200 -100 0 100 200

Major Moment (N-m)

Azimuth Angle 0^o Azimuth Angle 30^o Azimuth Angle 40^o Azimuth Angle 50^o Azimuth Angle 60^o Azimuth Angle 90^o

(b) ^{580 584 588}Beam Element No. ^{592 596 600}

Shear Force (N)

Azimuth Angle 0^o Azimuth Angle 30^o Azimuth Angle 40^o Azimuth Angle 50^o Azimuth Angle 60^o Azimuth Angle 90^o

圖 4-22 橫梁桿件內力，(a) 橫梁桿件彎矩極值圖，(b) 橫梁桿件剪力

第四章 研究成果與檢討

57

頂左側斜梁桿件之彎矩、剪力值均低於右側斜梁（圖4-23），且其極值與 0 度角 中央區域桿件相當。

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

-12,000

Major Moment (N-m)

Azimuth Angle 0^o Azimuth Angle 30^o Azimuth Angle 40^o Azimuth Angle 50^o Azimuth Angle 60^o Azimuth Angle 90^o

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

-30,000

Shear Force (N)

Azimuth Angle 0^o Azimuth Angle 30^o Azimuth Angle 40^o Azimuth Angle 50^o Azimuth Angle 60^o Azimuth Angle 90^o

圖 4-23 斜梁桿件內力，(a)斜梁桿件彎矩極值圖，(b)斜梁桿件剪力極 值圖

資料來源：本研究整理

斜撐桿件軸力趨勢基本與柱桿件軸力相仿，風攻角0 度時，斜撐軸力亦呈左 右對稱形式。風攻角轉為為30 至 50 度時，屋頂左側斜撐桿件軸拉力明顯受到較

58

大的擾動風壓所影響，軸拉力高於屋頂右側斜撐桿件。風攻角為90 度時，下游 處斜撐桿件軸力則遠高於上游處桿件。

600 604 608 612 616 620 624

Truss Element No.

-60,000

Axial Force (N)

Azimuth Angle 0^o Azimuth Angle 30^o Azimuth Angle 40^o Azimuth Angle 50^o Azimuth Angle 60^o Azimuth Angle 90^o

第四章 研究成果與檢討

59

於左側。當風攻角達到150 度時，兩側柱桿件產生最大軸壓力，並呈現左右近乎 對稱方式分佈。當風攻角轉至180 度時，柱桿件之軸力仍大致呈現對稱分佈，但 極大值較150 度攻角時已下降許多。

(a) ^{200 204 208} Column R1 Element No.^{212 216 220 224}

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

Axial Force (N)

Azimuth Angle 0^o Azimuth Angle 10^o Azimuth Angle 20^o Azimuth Angle 30^o Azimuth Angle 60^o Azimuth Angle 90^o

(b) ^{200 204 208} Column R1 Element No.^{212 216 220 224}

-20,000 -10,000 0 10,000 20,000

Axial Force (N)

Azimuth Angle 90^o Azimuth Angle 120^o Azimuth Angle 150^o Azimuth Angle 180^o

圖 4-25 柱桿件軸力極值圖，(a) p1 前排柱桿件軸力極值圖，(b) p3 前 排柱桿件軸力極值圖。

資料來源：本研究整理

60

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

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

Axial Force (N)

Attack Angle 0^o Attack Angle 10^o Attack Angle 20^o Attack Angle 30^o Attack Angle 60^o Attack Angle 90^o

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

-60,000

Axial Force (N)

Azimuth Angle 90^o Azimuth Angle 120^o Azimuth Angle 150^o Azimuth Angle 180^o

圖 4-26 柱桿件軸力極值圖，(a) p1 後排柱桿件軸力極值圖，(b) p3 後

第四章 研究成果與檢討

61

(a) ^{500 520 540}Beam Element No. ^{560 580 600}

-200

Major Moment (N-m)

Azimuth Angle 0^o Azimuth Angle 10^o Azimuth Angle 20^o Azimuth Angle 30^o Azimuth Angle 60^o Azimuth Angle 90^o

(b) ^{500 520 540}Beam Element No. ^{560 580 600}

-200 -100 0 100 200

Major Moment (N-m)

Azimuth Angle 90^o Azimuth Angle 120^o Azimuth Angle 150^o Azimuth Angle 180^o

圖 4-27 橫梁桿件內力極值圖，(a) p1 p1 橫梁桿件彎矩極值圖，(b) p3 橫梁桿件彎矩極值圖。

資料來源：本研究整理

62

(a) ^{500 520 540}Beam Element No. ^{560 580 600}

-120

Shear Force (N)

Azimuth Angle 0^o Azimuth Angle 10^o Azimuth Angle 20^o Azimuth Angle 30^o Azimuth Angle 60^o Azimuth Angle 90^o

(b) ^{500 520 540}Beam Element No. ^{560 580 600}

Shear Force (N)

Azimuth Angle 90^o Azimuth Angle 120^o Azimuth Angle 150^o Azimuth Angle 180^o

圖 4-28 橫梁桿件剪力極值圖(a) p1 橫梁桿件剪力極值圖，(b)p3 橫梁

4-29a、4-30a）。

第四章 研究成果與檢討

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

-12,000

Major Moment (N-m)

Azimuth Angle 0^o Azimuth Angle 10^o Azimuth Angle 20^o Azimuth Angle 30^o Azimuth Angle 60^o Azimuth Angle 90^o

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

-4000 -2000 0 2000 4000

Major Moment (N-m)

Azimuth Angle 90^o Azimuth Angle 120^o Azimuth Angle 150^o Azimuth Angle 180^o

圖 4-29 橫梁桿件剪力極值圖(a) p1 橫梁桿件彎矩極值圖，(b)p3 橫梁 桿件彎矩極值圖。

資料來源：本研究整理

64

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

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

Shear Force (N)

Azimuth Angle 0^o Azimuth Angle 10^o Azimuth Angle 20^o Azimuth Angle 30^o Azimuth Angle 60^o Azimuth Angle 90^o

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

-20,000 -10,000 0 10,000 20,000

Shear Force (N)

Azimuth Angle 90^o Azimuth Angle 120^o Azimuth Angle 150^o Azimuth Angle 180^o

圖 4-30 斜梁桿件剪力極值圖(a) p1 斜梁桿件剪力極值圖，(b)p3 斜梁

第四章 研究成果與檢討

65

角達到 150 度時 p3 斜撐桿件軸拉力極值又呈現左右對稱的分佈型態。直到 180 風攻角時，p3 左側斜撐桿件軸力再度呈現略高於右側之態勢。

(a) ^{600 604 608} Truss Element No.^{612 616 620 624}

-60,000

Axial Force (N)

Azimuth Angle 0^o Azimuth Angle 10^o Azimuth Angle 20^o Azimuth Angle 30^o Azimuth Angle 60^o Azimuth Angle 90^o

(b) ^{600 604 608} Truss Element No.^{612 616 620 624}

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

Axial Force (N)

Azimuth Angle 90^o Azimuth Angle 120^o Azimuth Angle 150^o Azimuth Angle 180^o

圖 4-31 斜撐桿件軸力極值圖(a) p1 斜梁桿件軸力極值圖，(b)p3 斜梁 桿件軸力極值圖。

資料來源：本研究整理

4. 屋頂坡度 1:8 建築物屋頂上之太陽光電板支撐結構內力

屋頂坡度1：8 之建築物，針對 0、10、20、30、60、90 度等攻角，進行第

66

(a) ^{200 204 208} Column R1 Element No.^{212 216 220 224}

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

Axial Force (N)

Azimuth Angle 0^o Azimuth Angle 10^o Azimuth Angle 20^o Azimuth Angle 30^o Azimuth Angle 60^o Azimuth Angle 90^o

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

-120,000

Axial Force (N)

Azimuth Angle 0^o Azimuth Angle 30^o Azimuth Angle 40^o Azimuth Angle 50^o Azimuth Angle 60^o Azimuth Angle 90^o

圖 4-32 柱桿件軸力，(a) 前排柱桿件軸力極值圖，(b)後排柱桿件軸

力極值圖

第四章 研究成果與檢討

(a) ^{500 520 540}Beam Element No. ^{560 580 600}

-300

Major Moment (N-m)

Azimuth Angle 0^o Azimuth Angle 10^o Azimuth Angle 20^o Azimuth Angle 30^o Azimuth Angle 60^o Azimuth Angle 90^o

(b) ^{500 520 540}Beam Element No. ^{560 580 600}

-200 -100 0 100 200

Shear Force (N)

Azimuth Angle 0^o Azimuth Angle 10^o Azimuth Angle 20^o Azimuth Angle 30^o Azimuth Angle 60^o Azimuth Angle 90^o

圖 4-33 橫梁桿件內力，(a)橫梁桿件彎矩極值圖，(b)橫梁桿件剪力極 值圖

資料來源：本研究整理

68

斜梁桿件的彎矩與剪力反應趨勢在90 攻角之前均呈現左側桿件高於右側桿 件之分佈形式，圖4-34 所示。當風攻角達到 90 度時，斜梁彎矩與剪力分佈反轉 呈現右側桿件高於左側桿件之情形。

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

-12,000

Major Moment (N-m)

Azimuth Angle 0^o Azimuth Angle 10^o Azimuth Angle 20^o Azimuth Angle 30^o Azimuth Angle 60^o Azimuth Angle 90^o

(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 0^o Azimuth Angle 10^o Azimuth Angle 20^o Azimuth Angle 30^o Azimuth Angle 60^o Azimuth Angle 90^o

圖 4-34 斜梁桿件內力，(a)斜梁桿件彎矩極值圖，(b)斜梁桿件剪力極 值圖

資料來源：本研究整理

第四章 研究成果與檢討

69

斜撐桿件軸力趨勢同樣與柱桿件軸力相仿。風攻角0 度時，斜撐軸拉力大致 呈現左側桿件略高於右側之分佈形式。風攻角轉為為10 至 30 度時，屋頂左側斜 撐桿件軸拉力明顯受到較大的擾動風壓所影響，軸拉力明顯高於屋頂右側斜撐桿 件。當風攻角轉為90 度時，下游處的斜撐桿件軸力同樣則略高於上游之斜撐桿 件，如圖4-35 所示。

600 604 608 612 616 620 624

Truss Element No.

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

Axial Force (N)

Azimuth Angle 0^o Azimuth Angle 10^o Azimuth Angle 20^o Azimuth Angle 30^o Azimuth Angle 60^o Azimuth Angle 90^o

圖 4-35 斜撐桿件軸力極值圖

資料來源：本研究整理

70

在文檔中 陽光屋頂耐風評估與設計準則 (頁 73-96)