โครงข้อหมุน (Truss) การออกแบบโครงหลังคาที่มีแรงลมมากระทำ
สำหรับตัวอย่างการคำนวณ โครงข้อหมุน (Truss) จากครั้งก่อนๆ ที่เคยทำตัวอย่างในการหา (1.) Reaction (2.) Internal force ที่เกิดขึ้นในแต่ละ member และ (3.) ออกแบบเพื่อเลือกหน้าตัดเหล็กที่เหมาะสม ซึ่งตัวอย่างเหล่านั้นจะเป็นเพียงการพิจารณาเพียง dead load และ roof live load แต่ยังไม่ได้มีการพิจารณา wind load และ load combination ที่เหมาะสมเข้ามาร่วมด้วยนะครับ
สามารถย้อนดูตัวอย่างการคำนวณได้จากลิงค์ด้านล่างนี้
ในครั้งนี้จึงได้นำแรงลม (wind load) และการเลือก load combination ที่เกี่ยวข้องมาทำตัวอย่างการพิจารณาให้ทุกท่านลองดูกัน
แรงลม (Wind Load)
เริ่มต้นจาก wind load อย่างที่เราทราบกันดีว่า หากต้องการพิจารณา wind load ที่กระทำกับโครงสร้าง ก็ต้องอ้างอิง มยผ.1311 (ซึ่งมีความเหมาะสมมากที่สุด เพราะว่าเป็นข้อมูลความเร็วลมที่เก็บจริงในประเทศไทยในแต่ละพื้นที่)
โดยมาตรฐานเล่มนี้ก็ได้อ้างอิง ASCE 7-05 ในส่วนของแนวทางในการจัดทำตารางค่าหน่วยแรงลมออกแบบสำหรับอาคารเตี้ยเพื่อความสะดวกในการใช้งาน อีกทั้งการใช้ load combination ก็ยังสามารถใช้ตาม ASCE 7-05 ได้อีกด้วย
แล้วหากถามว่า จะอ้างอิง load combination จาก ASCE 7-10 หรือ ASCE 7-16 ได้ไหม?? …. ก็ต้องบอกว่าได้ครับ แต่การพิจารณาความเร็วลมนั้นจะมีความแตกต่างออกไป เนื่องจากใน code ปี 2010 และ 2016 นั้น เค้าได้เปลี่ยนวิธีพิจารณาความสำคัญของอาคาร จากการใช้ importance factor (Iw) เปลี่ยนไปเป็นการพิจารณา return period ที่ปีต่างๆ แทน เช่น 300 700 1,700 3,000 ปี
ดังนั้นแล้ว หากต้องการจะใช้ load combination จาก code ASCE ปี 2010 หรือ 2016 แล้วนั้น ก็จะต้องทำการแปลงความเร็วลมให้ถูกต้องเสียก่อน จึงจะสามารถใช้ load combination ของ code ปีนั้นๆ ได้
การวิเคราะห์โครงสร้าง (Structural Analysis)
ในส่วนของการวิเคราะห์โครงสร้าง เพื่อคำนวณหาแรงภายในที่เกิดขึ้นนั้น ก็ต้องบอกว่า ไม่ได้มีอะไรแตกต่างไปจากการคำนวณแรงในแนวแกน (axial force) ของโครงข้อหมุน (truss) ทั่วๆ ไปครับ
แต่การที่มีแรงลมมากระทำนั้น ทิศทางของแรงจะกระทำตั้งฉากกับความชัน (slope) ของหลังคา ดังนั้นแล้ว สิ่งที่เราจะต้องทำก็คือ การแตกแรงนั่นเองครับ และนำผลจากการแตกแรงมาพิจารณาพร้อมกัน เพื่อให้สามารถทำการคำนวณ (ด้วยมือได้ง่ายขึ้น)
แต่หากใช้ software ในการคำนวณ ก็สามารถที่จะใส่แรงในทิศทางที่ project กับความชันหลังคาได้เลย ซึ่งโปรแกรมวิเคราะห์โครงสร้างเหล่านั้นก็จะคำนวณ reaction และแรงภายในออกมาให้อย่างอัตโนมัติครับ
การคำนวณแรงดันลมสุทธิ (Net Wind Pressure)
การคำนวณแรงดันลมสุทธินั้น ทุกท่านน่าจะทราบกันดีอยู่แล้วว่าสามารถคำนวณได้จาก Pnet = Pนอก – Pใน ซึ่งก็คือ การนำแรงดันภายในที่กระทำ มาลบด้วยกับแรงภายในที่กระทำ นั่นเองครับ
แต่สำหรับ โครงข้อหมุน ในรูปตัวอย่างนี้ จะคำนวณแตกต่างไปจาก PEB เล็กน้อยครับ เนื่องจากแรงดันลมภายในที่กระทำกับโครงข้อหมุนนี้ จะกระทำกับส่วน bottom chord แทนที่จะทำไปพิจารณาร่วมกับส่วนของ top chord อย่าง PEB
ดังนั้นแล้ว ก็จะเห็นว่าแรงดันลมภายในที่กระทำ (เมื่อมีค่าเป็น – ซึ่งก็คือ มีทิศทางดูดออก) กับตัวโครงสร้างนั้น ก็จะมีทิศทางดังตัวอย่างครับ
จากนั้นพอเราคำนวณแรงลมสุทธิได้แล้ว ก็กระจายแรงลมที่ได้มานั้นเข้าโครงสร้าง โดยในตัวอย่างจะเป็นการพิจารณาแรงลมที่กระทำกับด้านตั้งฉากกับสันหลังคา และมีทิศทางเข้าทางขวามือ ดังนั้นแล้ว เมื่อมี (1.) dead load (2.) roof live load และ (3.) wind load มากระทำกับโครงสร้าง ก็ต้องทำการพิจารณา load (รวมแรง) ที่เกิดขึ้นจริงก่อนที่เราจะไปวิเคราะห์โครงสร้างกัน
ซึ่งจะเห็นว่าหากมีการพิจารณาแรงลมแล้ว load ที่เกิดขึ้นจริงบนหลังคาอาจไม่ใช่ load ที่เกิดแบบเท่าๆ กันทั้ง 2 ฝั่ง อย่างตัวอย่างก่อนๆ เพราะแรงลมที่กระทำกับหลังคามีทิศทางทั้ง (1.) ผลักเข้า (+) และ (2.) ดูดออก (-) นั่นเองครับ
การออกแบบโครงสร้างเหล็ก (Steel Design)
แน่นอนครับว่า หลังจากสามารถคำนวณแรงภายในที่เกิดขึ้นใน member ได้แล้ว ก็ได้เวลาในการออกแบบหน้าตัดเหล็กที่เหมาะสมกันครับ สำหรับการออกแบบนี้ ก็อย่างที่เคยนำเสนอในโพสต์ที่ผ่านๆ มาครับว่า member สำหรับโครงข้อหมุนนั้น จะมีแรงภายในเป็น axial force เท่านั้น ตามทฤษฎี
ซึ่งเมื่อเป็นเช่นนี้แล้ว แรงที่เกิดขึ้นก็สามารถเป็นได้ 2 แบบ คือ แรงอัด (axial compression) แรงดึง (axial tension) โดยหาก member นั้นๆ เป็น tension member ก็ออกแบบง่ายมากครับ สามารถใช้กำลังของวัสดุได้อย่างเต็มที่ โดยการเอา กำลังของวัสดุซึ่งก็คือ Fy คูณกับหน้าตัดของเหล็ก Ag ก็จะได้กำลังรับแรงดึงออกมา จากนั้นหากออกแบบด้วยวิธี ASD ก็นำ factor of safety มาหาร
กลับกัน หาก member นั้นๆ เป็น compression member ก็ออกแบบให้เหมือนกับเสาเหล็กต้นนึง โดยการพิจารณาความชะลูดของ member และพิจารณาความมชะลูดของ element ที่สามารถทำให้เกิด local buckling ได้ หาก element มีความบางเกิดไป จากนั้นก็คำนวณกำลังรับแรงอัดออกมาหารด้วย factor of safety เช่นเดียวกัน
จะเห็นว่าไม่ยากเลยนะครับ แต่หากใครต้องการดูตัวอย่างการออกแบบโครงสร้างเหล็ก (เสาเหล็ก) ก็สามารถดูได้ที่ คลิก !
หรือหากต้องการตัวช่วย ที่เป็นแอพออกแบบโครงสร้างเหล็ก ก็สามารถดาวน์โหลดได้ที่
อย่างไรก็ตาม ตัวอย่างที่ได้ทำการแสดงนั้น คือ การพิจารณาเพียง load case เดียวเท่านั้นนะครับ ทุกท่านยังเหลือ load case ที่ต้องพิจารณาเพิ่มเติมอีก 23 load cases ด้วยกัน เนื่องจาก แรงลมจะต้องมีการพิจารณาทิศทางที่ลมสามารถมากระทำได้ (นั่นก็คือ ทุกทิศทางนั่นเอง) และแรงลมภายในที่เกิดขึ้นอีกด้วย
สำหรับโพสต์นี้ ก็เลยอยากฝากทุกท่านไว้เผื่อว่าจะเป็นประโยชน์ในการนำไปประยุกต์ใช้กับ software ต่างๆ ครับ
