การเลือกใช้วิธีการออกแบบโครงสร้าเหล็กด้วยวิธี ASD vs LRDF
อย่างที่เคยนำเสนอ เรื่องของ วิธีออกแบบโครงสร้างเหล็ก ASD vs LRFD แบบไหนประหยัดกว่ากัน? และเคยอธิบายแนวคิดของแต่ละวิธีให้ทราบกันแล้ว
โพสต์นี้ก็เลย จะนำวิธีเลือกใช้วิธีการออกแบบให้ดูกันครับ ว่าในสถานการณ์ไหน เราควรออกแบบด้วยวิธีการใด
วิธีการออกแบบโครงสร้างเหล็ก
การออกแบบโครงสร้างเหล็กที่เรารู้จักกันดีก็จะมีอยู่ 2 วิธีด้วยกัน คือ
(1) Allowable Stress Design หรือ ออกแบบโดยวิธีหน่วยแรงที่ยอมให้ และ
(2) Load and Resistance Factor Design หรือ วิธีตัวคูณความต้านทานและน้ำหนักบรรทุก
คำถามยอดฮิต คือ “ออกแบบด้วยวิธีไหนถึงจะประหยัดกว่ากัน?” ก็ต้องตอบว่า บางครั้ง ASD ก็ประหยัดกว่า และบางครั้ง LRFD ก็ประหยัดกว่า ครับ
แต่หากถามว่าวิธีไหน มีแนวคิดที่เข้าใกล้ความเป็นจริงมากกว่า ก็ต้องตอบว่าเป็นวิธี LRFD ครับ เนื่องจากมีการพิจารณาความผันผวนของ load ที่เกิดขึ้น เช่น dead load และ live load เป็นต้น
การเลือกใช้ ASD vs LRFD
โดยในปัจจุบันวิธีการออกแบบนี้ได้ถูกปรับให้สามารถออกแบบให้อยู่ในกรอบเดียวกัน ที่เราเรียกว่า Unified Method ซึ่งทาง AISC นั้นได้ปรับรูปแบบของสมการในการคำนวณกำลังรับน้ำหนักต่างๆ ให้อยู่ในรูปเดียวกันทั้งหมด สำหรับวิธีการออกแบบทั้ง 2
จะต่างกันก็ตรงการเลือกใช้ load combination และการลดทอนกำลัง ที่วิธี ASD จะใช้ factor of safety ไปหาร ส่วนวิธี LRFD เอา resistance factor เข้าไปคูณ
มาถึงตรงนี้ ก็อยากลองยกตัวอย่างเคสที่ LRFD จะสามารถออกแบบได้ประหยัดกว่า ให้ดูกันครับ หากลองสมมติให้น้ำหนักที่กระทำกับคาน total load = 500 kg/m โดยแบ่งเป็น 4 กรณี ดังรูป
1. DL = 250 kg/m. และ LL = 250 kg/m.
2. DL = 300 kg/m. และ LL = 200 kg/m.
3. DL = 350 kg/m. และ LL = 150 kg/m.
4. DL = 400 kg/m. และ LL = 100 kg/m.
ทุกกรณี หาก ออกแบบโครงสร้างเหล็กด้วยวิธี ASD แล้ว total load ก็จะมีค่าเท่ากัน คือ 500 kg/m.
แต่หากเราเลือกใช้วิธีการออกแบบ ด้วยวิธี LRFD แล้ว จะสังเกตได้ว่า total load นั้น จะค่อยๆ ลดลงเรื่อยๆ ตามค่าของ dead load ที่เพิ่มมาขึ้น ในแต่ละกรณี จาก 700 > 680 > 660 > 640
ดังนั้น ก็สรุปได้ว่า หากต้องการออกแบบให้ประหยัด ในกรณีที่ dead load มีค่ามากกว่า live load มากๆ ก็ควรจะออกแบบด้วยวิธี LRFD ครับ ก็จะช่วยให้สามารถออกแบบได้อย่างประหยัดมากยิ่งขึ้น
หากลองคิดดีๆ เหตุที่เป็นอย่างนี้ ก็ตรงไปตรงมาครับ เนื่องจาก load factor ที่นำมาคูณใน dead load มีค่าเท่ากับ 1.2 ซึ่งมีค่าน้อยกว่า live load = 1.6 โดยหากลองดูในตัวอย่างแล้ว ก็จะเห็นภาพได้ค่อนข้างชัดขึ้นครับ
เพราะฉะนั้น ตรงนี้ก็เลยอยากนำเสนอให้เป็นจุดสังเกตกับทุกท่านที่กำลังมีข้อสงสัยสำหรับเรื่องนี้อยู่ครับ