สวัสดีครับแฟนเพจที่รักทุกๆ ท่าน
วันนี้แอดมินมีโอกาสได้พูดคุยกับเพื่อนชาวต่างชาติเกี่ยวกับเรื่องของแนวคิดในการออกแบบโครงสร้างเหล็กเพื่อใช้ต้านทานแรงกระทำจากแผ่นดินไหวในปัจจุบันและในอนาคตว่าจะเหมือนหรือแตกต่างกันอย่างไรบ้าง ?
ผมเลยคิดว่าหากจะนำมาแชร์ให้เพื่อนๆ ได้รับทราบด้วย ก็น่าจะเป็นการดีครับ
หลักการออกแบบโครงสร้างรับแรงแผ่นดินไหวในปัจจุบันใช้สมมติฐานว่าโครงสร้างมีพฤติกรรมอยู่ในช่วงเชิงเส้น กระบวนการออกแบบเริ่มต้นโดยการหาแรงเฉือนที่ฐานของอาคาร ซึ่งหาได้จากค่าสัมประสิทธิ์ผลตอบสนองแรงแผ่นดินไหว (Cs) และค่าความเร่งตอบสนองเชิงสเปคตรัมสำหรับการออกแบบที่คาบการสั่นพื้นฐานของอาคาร (Sa) โดยมีสมมติฐานที่ว่าโครงสร้างมีพฤติกรรมเป็นเชิงเส้น จากนั้นจึงลดทอนค่าแรงเฉือนด้วยค่าตัวประกอบปรับผลตอบสนอง (R) ที่แปรผันตามค่าความเหนียวของระบบโครงสร้างที่ได้สมมุติไว้ ค่าแรงเฉือนที่ฐานสำหรับการออกแบบนี้จะเพิ่มขึ้นหรือลดลงตามระดับความสำคัญในการใช้งานของโครงสร้างอาคาร โดยใช้ตัวประกอบความสำคัญของอาคาร (I) ดังแสดงไว้ในรูป
ในการคำนวณผู้ออกแบบมักวิเคราะห์โครงสร้างด้วยวิธีเชิงเส้น เมื่อทำการวิเคราะห์โครงสร้าง และเลือกขนาดหน้าตัดต่างๆ ขององค์อาคารเสร็จแล้ว จึงทำการตรวจสอบค่าการเสียรูปทางด้านข้างที่ชั้นต่างๆ โดยคูณค่าการเสียรูปตัวประกอบขยายค่าการเสียรูป (Cd) เพื่อคำนึงถึงการเสียรูปแบบไม่เชิงเส้น ขนาดค่าของการเสียรูปทางด้านข้างที่คูณด้วยตัวประกอบขยายค่าการเสียรูปดังกล่าวต้องมีค่าไม่เกินขีดจำกัดที่ข้อกำหนดการออกแบบนั้นๆ กำหนดไว้ จากนั้นจึงเป็นกระบวนการให้รายละเอียดที่เหมาะสมแก่องค์อาคารต่างๆ ของโครงสร้าง และจุดต่อต่างๆ เพื่อให้มีความเหนียวสอดคล้องกับระดับความเหนียวที่ต้องการ อย่างไรก็ตามเมื่อแรงแผ่นดินไหวที่มีขนาดความรุนแรงในระดับที่ออกแบบกระทำกับโครงสร้าง โครงสร้างที่ออกแบบด้วยกระบวนการเหล่านี้มักมีการเสียรูปแบบไม่เชิงเส้น ซึ่งผิดไปจากสมมติฐานที่ได้ตั้งไว้ ลักษณะการเสียรูปแบบไม่เชิงเส้นนี้รวมถึงการครากและการโก่งเดาะขององค์อาคารและการเสียรูปที่จุดต่อต่างๆ ของโครงสร้าง การเสียรูปแบบนี้อาจเกิดขึ้นที่ตำแหน่งใดๆ ของโครงสร้าง โดยที่ผู้ออกแบบไม่สามารถจำกัดความเสียหายใดๆ ได้
ในระยะหลังมีการพัฒนากรอบวิธีสำหรับการออกแบบที่เรียกว่า หลักการทางวิศวกรรมแผ่นดินไหวที่ใช้สมรรถนะของโครงสร้างเป็นเกณฑ์ หรือ PBEE (PERFORMANCE-BASED EARTHQUAKE ENGINEERING) เมื่อทำการออกแบบโครงสร้างนอกจากการพิจารณาเกณฑ์ด้านกำลังของโครงสร้างในการต้านทานแรงกระทำจากแผ่นดินไหวแล้ว ซึ่งยังกำหนดให้โครงสร้างนั้นๆ ต้องมีสมรรถนะที่เป็นไปตามเกณฑ์ที่กำหนดภายใต้แผ่นดินไหวหลายๆ ระดับความรุนแรงด้วย เช่น
อาคารสามารถใช้งานได้อย่างสมบูรณ์ (IO หรือ IMMEDIATE OCCUPANCY) เมื่อเกิดเหตุแผ่นดินไหวในรอบ 72 ปี (ค่าความน่าจะเป็นร้อยละ 50 ที่อาจรุนแรงเกินในระยะเวลา 50 ปี)
สามารถใช้งานโดยมีความปลอดภัยต่อชีวิตของผู้คนในอาคาร (LIFE SAFETY) เมื่อเกิดเหตุแผ่นดินไหวในรอบ 475 ปี (ค่าความน่าจะเป็นร้อยละ 10 ที่อาจรุนแรงเกินในระยะเวลา 50 ปี)
สามารถทนทานต่อการพังทลายของอาคาร (COLLAPSE PREVENTION) เมื่อเกิดเหตุแผ่นดินไหวในรอบ 2475 ปี (ค่าความน่าจะเป็นร้อยละ 2 ที่อาจรุนแรงเกินในระยะเวลา 50 ปี)
เป็นต้นนะครับ
การออกแบบอาคารให้มีสมรรถนะดังกล่าวได้ผู้ออกแบบต้องสามารถคาดเดาผลการตอบสนองต่างๆ ได้อย่างแม่นยำ เพื่อเสนอข้อมูลให้เจ้าของหรือผู้ใช้อาคารสามารถตัดสินใจได้อย่างเหมาะสม
ในปัจจุบันแนวทางในการออกแบบโครงสร้างด้วยหลักการทางวิศวกรรมแผ่นดินไหวที่ใช้สมรรถนะของโครงสร้างเป็นเกณฑ์ มักเริ่มต้นการทำด้วยวิธีการวิเคราะห์โครงสร้างด้วยวิธีเชิงเส้น ซึ่งผู้ออกแบบส่วนใหญ่มีความคุ้นเคย จากนั้นจึงประเมิน หรือ วิเคราะห์โครงสร้างแบบละเอียดเพื่อวิเคราะห์ค่าการเสียรูปแบบไม่เชิงเส้น เพื่อตรวจสอบว่าโครงสร้างนั้นๆ มีสมรรถนะหรือให้ผลการตอบสนองตรงตามเกณฑ์ที่สามารถยอมรับได้หรือไม่ ผู้ออกแบบจำเป็นต้องออกแบบ และประเมินโครงสร้างหลายๆ ครั้งซ้ำไปซ้ำมาจนกว่าโครงสร้างจะมีสมรรถนะตามที่ต้องการ
จะเห็นได้ว่าวิธีการที่เล่าให้ฟังทั้งหมดนี้อาจดูแล้วไม่เหมาะสมกับสถานการณ์ในปัจจุบันด้วยเหตุผลหลายๆ ประการนะครับ ไว้ในโอกาสต่อไปผมจะมาเล่าให้ฟังถึงวิธีการออกแบบโครงสร้างเหล็กด้วยวิธีพลาสติกที่ใช้สมรรถนะของโครงสร้างเป็นเกณฑ์ให้เพื่อนๆ ได้ฟังกันต่อนะครับ
ก็หวังเป็นอย่างยิ่งว่าความรู้เล็กๆ น้อยๆ ที่ผมได้นำมาฝากเพื่อนๆ ทุกๆ ท่านในวันนี้จะมีประโยชนต่อทุกๆ ท่านไม่มากก็น้อย และ จนกว่าจะพบกันใหม่นะครับ
ADMIN JD @ ภูมิสยามไมโครไพล์