หลักการออกแบบเพื่อเสถียรภาพ การเปลี่ยนผ่านต้องใช้เวลา อาจนานเป็นหลัก generation ประเด็นนี้ American Institute of Steel Construction หรือ AISC เคยประสบพบเจอมาหลายรอบแล้ว หลักๆ ช่วงราวปลายยุค 90 ที่มีการเปลี่ยนผ่านวิธีการคำนวณ โดยพิจารณา #ความเค้น หรือ #หน่วยแรงที่เกิดขึ้น เทียบกับ #หน่วยแรงที่ยอมให้เกิดขึ้น ที่เรียกว่า Allowable #Stress Design หรือ #ASD ที่คิดแรงกระทำ ณ ระดับ service level ไปสู่การพิจารณา #กำลังรับแรงขององค์อาคาร หรือ member nominal strength ณ ระดับแรงกระทำที่เพิ่มค่าความแปรปรวนความไม่แน่นอนที่อาจเพิ่มค่าขึ้นไป หรือ ระดับ ultimate level ที่เรียกว่า Load & Resistance Factor Design หรือ #LRFD … การ introduce หลักคิดหลักปรัชญาและแนวทางการพิจารณา ด้วยวิธี #LRFD เริ่มตั้งแต่ยุค 70 และพัฒนาศึกษาขยายผลมาเรื่อย มีการแทรกเป็น Appendix ใน AISC manual for steel construction มีการนำเสนอบทความวิชาการอย่างต่อเนื่อง จนกระทั่งออกมาเป็นเอกสาร Load & Resistance Factor Design Specification for Structural Steel Buildings ในปี 1986 https://www.aisc.org/…/load-and-resistance-factor

(ก่อน AISC/ASD manual for steel construction เวอร์ชั่นสุดท้าย เวอร์ชั่นที่ 9 ปี 1989) ซึ่งหลังจากนั้นเป็นต้นมานับ 10 ปี จนกระทั่งหลังปี 2000 AISC LRFD จึงเป็นที่นิยมใช้กันอย่างแพร่หลาย ในสหรัฐอเมริกา และค่อยๆ แผ่ความนิยมไปยังประเทศที่ adopt มาตรฐานอเมริกา หลังจากนั้นอีกราว 10 ปี

ณ วันนี้ #AISC กำลังเดินหน้ากระบวนการเปลี่ยนผ่านที่สำคัญอีกประการ คือ การเปลี่ยนผ่านด้าน #การพิจารณาคำนวณออกแบบโครงสร้างเพื่อเสถียรภาพ #stability ซึ่งแน่นอนว่า #วิศวกร รวมไปจนถึง #นักวิชาการ #อาจารย์มหาวิทยาลัย ที่เคยใช้วิธีการคำนวณแบบเดิม หลักคิดแบบเดิม ย่อมไม่คุ้นเคย แต่ตั้งคำถามชุดเดิมว่า #อะไรประหยัดกว่ากัน เป็นตัวตั้ง โดยละเลยการพิจารณาว่า #อะไรเหมาะสมกว่ากัน หรือ #อะไรสะท้อนพฤติกรรมตามธรรมชาติมากกว่ากัน จนเป็นอุปสรรคในการศึกษาค้นคว้าหาความรู้ ลงลึกในรายละเอียดเชิงพฤติกรรม … ซึ่งต้องเรียนอย่างตรงไปตรงมาว่า #Stability เป็นเรื่องที่มีความลึกซึ้งในเชิงพฤติกรรม ที่อาจกล่าวได้ว่า stability เป็น strength (ความสามารถในการรับแรง) ที่มีผลจาก stiffness (ความสามารถในการต้านทานการเสียรูป) และสมการทางคณิตศาสตร์ ที่ต้องมี differential equation เข้ามาเกี่ยวข้อง ตลอดจนลักษณะตามธรรมชาติของเหล็ก ที่ทั้ง บางชะลูด (slender) และมีมรดกตกทอดมาตั้งแต่กระบวนการผลิต ที่เรียกว่า residual stress หรือ #ความเค้นคงค้าง

ทั้งหมดนี้ อาจเป็นอุปสรรคที่กทำให้บรรดาวิศวกรที่มีประสบการณ์ (รุ่นเก่าๆ) เกิดความรู้สึกต่อต้านที่จะศึกษาหรือประยุกต์ใช้ AISC new approach of member design for stability อาจด้วยความเห็นที่ว่า เคยทำการวิเคราะห์รูปแบบเดิมมาเป็นสิบเป็นร้อยโครงการ ไม่เห็นเกิดปัญหาอะไรเลย … อย่างไรก็ดี พลวัตรของการเปลี่ยนแปลง จะเร็วจะช้ามันเกิดขึ้นแน่นอน ดูจาก LRFD ที่มาเป็นปรัชญาในการทดแทน ASD (S = Stress ไม่ใช่ Strength ที่เป็นส่วนหนึ่งของ Unified method) ซึ่งอาจทำให้ “เปิดใจ” มาศึกษาเพิ่มเติม new approach นี้ให้มากขึ้น เพราะอย่างไรเสีย วิธีนี้ก็จะนำมาใช้ในการพิจารณา computer software ทั้ง SAP2000 ETABS Midas STADD Pro ฯลฯ ก็จะนำวิธีการใหม่นี้มา plug in เข้ากับ software ในการคำนวณ ในอนาคตอย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้

ณ ปัจจุบัน อ้างอิง AISC 360-16 ซึ่งเป็นฉบับที่ วิศวกรรมสถานใช้ในการจัดทำ มาตรฐานเพื่อการออกแบบอาคารโครงสร้างเหล็กรูปพรรณา EIT 011038-22 ในบทที่ 3 ของ วสท. หรือ Chapter C ของ AISC 360 การออกแบบเพื่อเสถียรภาพ หรือ Design for Stability นั้น จะเป็น “วิธีใหม่” ไม่ปรากฏเห็นวิธีที่ใช้ค่า K ในการพิจารณา ไม่ใช้ alignment chart ที่หา stiffness ของ คาน เทียบกับเสา ด้วยเหตุผลสำคัญคือ #ไม่สามารถทำระบบโครงสร้างให้เป็นไปตามสมมติฐาน alignment chart ได้

วิธีการใหม่ที่นำเสนอในบทดังกล่าว เรียกว่า วิธี Direct Analysis Method หรือ #DM ในขณะที่วิธีการดั้งเดิมที่เราคุ้นเคย ที่เรียกรวมๆ ว่า Effective Length Method หรือ #ELM นั้น ถูกจับโยกไปเป็น #วิธีการทางเลือก หรือ Alternative Method of Design for Stability ใน Appendix 7 … ณ จุดนี้ เราพอจะเห็นทิศทางการเปลี่ยนผ่าน ที่ AISC ได้กำหนดเอาไว้ ดังที่ได้เรียนให้ทราบในตอนต้น

มาลงลึกในส่วน Design for Stability … เริ่มต้น ในเรื่อง “นิยาม” คำศัพท์พื้นฐาน อยากให้เข้าใจตรงกันก่อน

Load หรือ แรงที่เราเรียกกันทั่วไป นำไปวิเคราะห์ผลที่เกิดกับโครงสร้าง ที่เราเรียกว่า แรงภายใน ทั้ง โมเมนต์ดัด แรงเฉือน แรงอัด ฯลฯ … ใน AISC 360-16 / EIT 011038-22 จะเรียกแรงภายในดังกล่าวว่า #กำลังที่ต้องการ หรือ Required strength Resistance หรือกำลังที่เราคำนวณตามมาตรฐาน เช่นกำลังรับแรงอัดที่คำนวณตาม Chapter E (บทที่ 5 ของ วสท.) กำลังรับโมเมนต์ ตาม Chapter F เป็นต้น … ใน AISC 360-16 / EIT 011038-22 จะเรียกกำลังรับแรงดังกล่าวว่า #กำลังที่ใช้ได้ หรือ #Available strength

ประเด็นในเชิงลึกที่วิศวกรควรทราบเพิ่มเติม เช่น

การพิจารณา แรงเสมือนทางข้าง (ใน วสท. ใช้ว่า น้ำหนักบรรทุกประมาณ) หรือ notional load ที่สะท้อน #ความไม่สมบูรณ์ #imperfection ทั้ง ความไม่ตรงแด่ว out of straightness และ ความไม่ได้ดิ่ง out of plumbness ของเสาระหว่างการติดตั้ง ซึ่งส่งผลให้ gravity load ที่ เสา ซึ่งเป็น member for stability รับนี้ เกิดผลลดทอนเสถียรภาพ หรือ destabilization effect เพิ่มขึ้น … อันส่งผลให้ moment ที่เกิดขึ้นกับเสา เพิ่มสูงขึ้น (ในอดีต ตามวิธี #ELM เราไปลดทอนกำลังรับแรงอัดลง เช่นด้วยการใช้ตัวแปร 0.877 ไปคูณหน้า Euler’s Buckling Stress, Fe)

ด้วยการกำหนดค่า K factor ที่ถูกต้องและเหมาะสม แทบจะเป็นไปไม่ได้ ไม่สามารถตอบได้ว่า วิศวกรคนไหน ผู้เชี่ยวชาญท่านใด กำหนดค่า K ได้แม่นยำกว่ากัน เพราะไม่มี justification ที่ชัดเจนในการพิจารณา justification ที่มีก็ทำโครงสร้างให้เข้าเงื่อนไขตามสมมติฐานได้ยาก วิธีการใหม่ #DM นี้จึงกำหนด K = 1.0 แต่พิจารณาผลจากการลดทอน stiffness ลง (พิจารณา reduced stiffness)

ทั้งหมดนี้ เป็นเพียง introduction เบื้องต้นเท่านั้น ว่าที่มาและความสำคัญของ การเปลี่ยนผ่านนี้ มาจากไหนและเหตุผลในการเปลี่ยนผ่านเกิดขึ้นเพราะอะไร ในโอกาสหน้า จะขอลงรายละเอียดเพิ่มเติมต่อๆ ไปนะครับ

#WeLoveSteelConstruction