สวัสดีครับแฟนเพจที่รักทุกๆ ท่าน
ในช่วงสองวันที่ผ่านมานั้นผมไม่ได้มาพบปะพูดคุยกับเพื่อนๆ เหมือนเช่นเคยเพราะผมติดภารกิจงาน “ช่วย” คือ ผมต้องไปช่วยงานแก้ไขงานออกแบบอยู่งานหนึ่ง ซึ่งปัญหาที่เกิดขึ้นนี้มีความสำคัญอย่างมากในการออกแบบงานวิศวกรรมโครงสร้าง ผมเห็นว่าน่าจะมีประโยชน์ต่อเพื่อนๆ จึงขออนุญาตนำมาเล่าสู่กันฟังนะครับ
เรื่องๆ นี้คือ น้องท่านนี้พบปัญหาในการออกแบบโครงสร้าง “เสาเหล็กรับแรงดึง” งงมั้ยครับ ? ผมไม่ได้พิมพ์ผิดนะครับ เพราะเสาต้นนี้รับแรงดึงจริงๆ
เพื่อนๆ หลายๆ คนอาจงงกับปัญหานี้นะครับว่าเกิดขึ้นได้อย่างไร โดยผมเองเคยเจอปัญหาแบบนี้ตั้งแต่ยังเป็น DESIGNER ในระดับ JUNIOR นานแล้วนะครับ
ปัญหานี้จะสอดคล้องกับคำพูดที่ผมมักจะพูดบ่อยๆ ว่าภายหลังการวิเคราะห์โครงสร้าง สิ่งแรกที่เราควรตรวจสอบก่อน คือ “ค่าการเสียรูป” ต่อมาคือดู “แรง” หรือ “หน่วยแรง” ในชิ้นส่วนของโครงสร้าง ซึ่งเหมือนจะมีเพื่อนๆ หลายคนไม่พอใจในสิ่งที่ผมเตือน ผมเองก็ไม่รู้จะทำอย่างไรเหมือนกันนะครับ เป็นเพราะผมหวังดีกับเค้าจริงๆ แต่ไม่เป็นไรครับ หากมองไม่เห็นความปรารถนาดีของผมก็ไม่เป็นไร ผมถือว่าผมได้ทำดีที่สุดแล้วก็พอครับ
(รูปที่ 1)
เรามาดู ตย ต่อไปนี้กันดีกว่านะครับ เพื่อนๆ จะได้นึกภาพออกนะครับ
ผมมี FRAME อยู่ FRAME หนึ่งซึ่งเป็นโครงสร้างส่วนต่อเติมจากส่วนโครงสร้างเก่า มีคานคอดิน และ คานยื่น เป็นคาน คสล มีเสาและคานชั้นหลังคาเป็นเหล็ก H-BEAM นะครับ
ในรูปที่ 1 เป็นลักษณะ CONFIGURATION ของการตั้งเสา จะเห็นว่าเราจะเอาแกนหลัก (MAJOR AXIS) ของหน้าตัดหันหน้าออกสู่ด้านที่เป็นคานยื่นนะครับ ซึ่งการทำแบบนี้วิศวกรและเจ้าของบ้านทั่วๆ ไปมักจะคิดว่าเป็นการดีเสียอีก เพราะทำให้โครงสร้างของเรามีความแข็งแรงที่มากขึ้น ประเด็นนี้ผมจะมาย้อนให้ฟังทีหลังนะครับ
(รูปที่ 2)
ส่วนในรูปที่ 2 เป็นลักษณะ CONFIGURATION ของการตั้งเสา จะเห็นว่าเราจะเอาแกนรอง (MINOR AXIS) ของหน้าตัดหันหน้าออกสู่ด้านที่เป็นคานยื่นนะครับ
โดยที่โครงสร้างข้างล่างของทั้ง 2 CONFIGURATION นี้ผมได้ใช้ขนาดเสา คสล เท่ากับ 0.40×0.40 ม และ คานเท่ากับ 0.60×0.40 เท่ากันๆ และ นน บรรทุกในอาคารส่วนนี้ก็ถือว่าเป็นปกตินะครับ มิได้น้อยหรือมากจนเกินไป
ก่อนผมจะไปถึงผลการวิเคราะห์โครงสร้างผมต้องขออธิบายถึง SIGN CONVENTION ในโปรแกรม STAAD.PRO เสียก่อนนะครับว่าหากเรากำลังพูดถึงแรงตามแนวแกนอยู่ หากค่าออกมาเป็น “บวก” แสดงว่าโครงสร้างชิ้นส่วนนั้นๆ รับแรง “อัด” โดยหากค่าออกมาติด “ลบ” ก็จะแสดงว่าโครงสร้างชิ้นส่วนนั้นๆ รับแรง “ดึง” นะครับ
(รูปที่ 3)
(รูปที่ 4)
มาดูผลการวิเคราะห์โครงสร้างกันต่อเลยนะครับ
ในรูปที่ 3 และ 4 จะเป็นผลการวิเคราะห์โครงสร้างของทั้ง 2 CONFIGURATION เพื่อนๆ สังเกตเห็นความแตกต่างกันของผลจากทั้ง 2 FRAME หรือไม่ครับ ?
ใช่แล้วครับ ในรูปที่ 3 เสาต้นที่วางอยู่ด้านริมของคานยื่นจะเป็นเสาที่ทำหน้าที่รับ “แรงดึง” และในรูปที่ 4 เมื่อทำการเปลี่ยน CONFIGURATION ของการวางเสาต้นที่วางอยู่ด้านริมของคานยื่น เสาต้นนี้ถึงจะเป็นเสาที่ทำหน้าที่รับ “แรงอัด”
โดยลักษณะความแข็งแรงของโครงสร้างที่ผมทำการจำลองนี้จะมีความแข็งแรงประมาณหนึ่งเท่านั้น กล่าวคือ ไม่น้อยหรือมากจนเกินไป โดยหากผมจะทำการประมาณค่าการเสียรูปของโครงสร้างนี้คร่าวๆ จะพบว่าค่าการเสียรูปควรจะอยู่ที่ประมาณ
L/360 = 3.00×1,000/360 = 8.33 mm
(รูปที่ 5)
ดังนั้นอย่างที่ผมเรียนไปตั้งแต่แรกนะครับ หากวิศวกรผู้ออกแบบได้ทำการจำลองโครงสร้างขึ้นตาม CONFIGURATION แรกและทำการวิเคราะห์โครงสร้าง จากนั้นก็ทำการตรวจสอบ “ค่าการโก่งตัว” ก็จะพบว่าในรูปที่ 5 ผลของค่าการโก่งตัวจะเท่ากับ 6.91 มม ซึ่งถือว่าน้อยมากเมื่อเทียบกับค่าข้างต้น ในขณะที่ในรูปที่ 6 ผลของค่าการโก่งตัวจะเท่ากับ 8.17 มม ซึ่งถือว่ามีควาใกล้เคียงกันเมื่อเทียบกับค่าข้างต้น
(รูปที่ 6)
สรุปนะครับ การที่ผมเคยแจ้งไปก่อนหน้านี้ว่าภายหลังการวิเคราะห์โครงสร้าง สิ่งแรกที่เราควรตรวจสอบก่อน คือ “ค่าการเสียรูป” ซึ่งค่าการเสียรูปนี้มิได้หมายความว่าค่าที่ออกมานั้นควรจะ “มาก” หรือ “น้อย” นะครับ แต่ ควรออกมาในปริมาณที่เป็นสัดส่วนต่อค่า STIFFNESS ของโครงสร้างที่เรียกได้ว่า “เหมาะสม” ซึ่งกันและกันนะครับ เช่น หากโครงสร้างเรามีความแข็งแรงมากๆ ค่าการโก่งตัวก็ควรจะน้อย หากโครงสร้างมีความแข็งที่น้อยๆ ค่าการโก่งตัวก็ควรที่จะมีปริมาณที่มากกว่ากรณีแรก เป็นต้น
ซึ่งปัญหาที่ผมได้ยก ตย ไปนี้เกิดจากการวางที่วิศวกรผู้ออกแบบเดิมไม่ได้ทำการตรวจสอบปัญหาในประเด็นนี้ กลายเป็นว่าโครงสร้างเสาที่ควรจะต้องรับ “แรงอัด” กลายเป็นต้องรับ “แรงดึง” แทนซึ่งนั่นหมายความว่าแรงในชิ้นส่วนคานยื่นก็จะน้อยลงไปกว่าที่จะควรเป็น โดยหากโครงสร้างต้องแบกรับ นน บรรทุกในระหว่างหรือภายหลังก่อสร้างพื้นชั้นล่างแล้วเสร็จในปริมาณที่ใกล้เคียงกับที่ได้ออกแบบไว้ และ ยังไม่ได้ทำการติดตั้งเสาเหล็กก็จะทำให้เกิดปัญหาแก่คานยื่นนี้ คือ คานจะเกิดการ CRACK มากกว่าปกติ เพราะ คานๆ นี้จะไม่สามารถรับ นน บรรทุกที่อาจเกิดขึ้นได้นั่นเอง อันจะทำให้เกิดปัญหาหลายๆ อย่างตามมา เช่น DURABILITY ของโครงสร้างก็จะแย่ลงไปเนื่องจากความกว้างของ CRACK ที่เกิดขึ้นนั้นมีค่าค่อนข้างมากกว่า HAIR CRACK ตามปกติที่อาจเกิดขึ้นได้ในโครงสร้าง คสล ทั่วๆ ไป เป็นต้น
จากนั้นพอสังเกตและตรวจสอบค่าการโก่งตัวก็ค่อยมาดู “แรง” หรือ “หน่วยแรง” ในชิ้นส่วนต่อไป ซึ่งค่าๆ นี้เองก็ควรที่จะเกิดขึ้นในลักษณะที่มีความสอดคล้องกันกับค่าการเสียรูปที่เกิดขึ้นในโครงสร้างด้วย โดยจากกรณีนี้หากวิศวกรผู้ออกแบบสังเกตจะพบว่า ค่าการเสียรูปมีทิศทาง “ลง” แต่ มีแรงในชิ้นส่วนเป็นแรง “ดึง” (ทิศทางของแรงดึงจะตรงข้ามกับทิศทางของการเสียรูป) ก็จะพบปัญหาข้อนี้และทำการแก้ไขได้ตั้งแต่ในขั้นตอนการออกแบบเลยนั่นเองครับ
หวังว่าความรู้เล็กๆ น้อยๆ ที่ผมได้นำมาฝากแก่เพื่อนๆ ทุกๆ ท่านในวันนี้จะมีประโยชน์ต่อทุกๆ ท่านไม่มากก็น้อย และ จนกว่าจะพบกันใหม่นะครับ
ADMIN JAMES DEAN
