Load combinations สำหรับการวิเคราะห์และออกแบบอาคาร Pre-Engineered Metal Building (PEB)

//Load combinations สำหรับการวิเคราะห์และออกแบบอาคาร Pre-Engineered Metal Building (PEB)

การออกแบบโครงสร้าง PEB จะอ้างอิงข้อกำหนดของ Load combinations จาก 2006 IBC (International Building Code) ซึ่งระบุไว้ว่า อาคาร และโครงสร้างอื่นๆ จะต้องถูกออกแบบให้สามารถต้านทานน้ำหนักบรรทุกรวม (load combinations) ได้ ซึ่งน้ำหนักบรรทุกรวมที่นำมาใช้ จะต้องมีการพิจารณาแรงแผ่นดินไหว และแรงลมเข้าไปด้วย
ตามที่ได้ระบุไว้ใน Code นี้ โดยน้ำหนักบรรทุกรวมแต่ละกรณีจะต้องถูกนำมาคิด และเลือกค่าที่มากที่สุดมาใช้ในการวิเคราะห์โครงสร้างนั่นเอง

Load combinations จะมีความแตกต่างกันระหว่างการออกแบบด้วยวิธี LRFD และ ASD ซึ่งถ้าออกแบบด้วยวิธี LRFD จะมีการใช้ตัวคูณเพิ่มเข้าไปในแรงต่างๆ เพราะว่า LRFD จะมองว่า Load มีความผันผวน และความผันผวนของ Load แต่ละชนิดจะไม่เท่ากัน มีลักษณะการกระจายตัว ไม่เหมือนกัน และจะส่งผลต่อโครงสร้างไม่เท่ากัน

โดย Load combination ของวิธี LRFD (สำหรับประเทศไทยนะครับ … ขอตัดพวก S = Snow Load ออกไป และตัด Load ที่ไม่เกี่ยวข้องกับโครงสร้างโรงงานอุตสาหกรรม เช่น H = แรงดันดิน แรงดันจากวัสดุที่กองติดผนัง หรือ F = แรงดันจากของไหล เช่น น้ำ หรือ แก๊สในถัง) จะมีดังนี้ครับ

1.4(D) เคสนี้ แทบไม่ต้องคิดครับ จริง ๆ แล้วเป็นสถานการณ์ที่เป็น 1.4(D+F) ซึ่งน่าจะเป็นเหตุการณ์ที่ตัวโครงสร้างมี pressure จากของไหล เช่นการออกแบบสระว่ายน้ำ ที่จะมีแรงดันกระทำกับโครงสร้าง
(Equation 16.1)

1.2(D) + 1.6(L) + 0.5(Lr or R) กรณีนี้ ต้องแยกความแตกต่างระหว่าง L = Live load และ Lr = Roof live load ให้ชัดเจนนะครับ ถึงจะเข้าใจ 
(Equation 16.2)
*** ถ้าเราออกแบบอาคาร L โดยส่วนใหญ่ หมายถึง น้ำหนักบรรทุกจรที่อยู่ในตัวอาคาร ทั้ง คน เฟอร์นิเจอร์ อุปกรณ์เครื่องใช้ไฟฟ้า เหล่านี้เป็นต้น ส่วน Lr มักหมายถึง น้ำหนักบรรทุกของคนที่ขึ้นไปนั่งเล่นบนชั้นดาดฟ้าบางครั้งบางคราว หรือ คนที่ขึ้นไป maintenance ชั้นดาดฟ้า เป็นต้นครับ … ดังนั้น ท่านจะเห็นภาพนะครับ ว่า L ของอาคารโกดังโรงงานนั้น = 0 จะมีเฉพาะ Lr ที่เผื่อสำหรับกรณี ช่างขึ้นไปซ่อมหลังคาเป็นต้นนะครับ

1.2D + 1.6(Lr or R) + 0.8W กรณีนี้ เป็นการพิจารณา “เสา” โครงสร้างโรงงานเป็นหลักครับ กล่าวคือ จะมีเสาต้นหนึ่งที่รับน้ำหนักมากเป็นพิเศษ จาก น้ำหนักตัวโครงสร้างเอง น้ำหนักบรรทุกของช่างซ่อมหลังคา และอุปกรณ์ที่ขนไปซ่อม ในช่วงที่เกิดลมพัด (มองภาพง่าย ๆ กรณีที่แรงลมกระทำในแนวนอน ทำให้เสาด้านหนึ่งรับแรงถอน เสาอีกต้นรับแรงอัด ส่วน เสาที่รับแรงอัดจากลม จากตัวโครงสร้างเอง และจากช่างซ่อม เป็นภาพการคิด load combination นี้ครับ)
(Equation 16.3)

1.2D + 1.6W + 0.5(Lr or R) กรณีนี้เป็นเคสหลักในการพิจารณา อาคารโรงงานอุตสาหกรรม คือมีแรงจากน้ำหนักตัวโครงสร้างเอง และแรงลมที่เผื่อให้มากเป็นพิเศษ ในกรณีที่มีคนซ่อมหลังคา ด้วยกรณีที่ลมแรงพิเศษ (คูณ 1.6) คนซ่อมหลังคาก็เลยมีจำนวนไม่มาก (คูณ 0.5) ประมาณนี้ครับ
(Equation 16.4)

1.2D + 1.0E กรณีนี้คิดแรงแผ่นดินไหว ที่ส่งผลต่อ base shear คือต้องเรียนว่า dead load ส่งผลต่อ แรงแผ่นดินไหว E ที่มากขึ้น ดังนั้น dead load จึงต้องขยายผลไปอีก 20% (คูณ 1.2)
(Equation 16.5)

0.9D + 1.6W กรณีนี้คิดแรงลมทีกระทำ ที่ส่งผลต่อการถูกพัดถอนปลิวออกไป ซึ่งจะส่งผลมากหากโครงสร้างมีน้ำหนักน้อย (หายไป 10% เหลือ 0.9D) อาคารจะถูกถอนด้วยแรงลมที่รุนแรง (คูณ 1.6) ได้โดยง่าย
(Equation 16.6)

0.9D + 1.0E กรณีนี้คิดแรงแผ่นดินไหว กรณีส่งผลต่อ overturning ของตัวอาคารเป็นหลัก
(Equation 16.7)

ส่วนวิธี ASD จะมองว่า แรง คือสิ่งที่ผู้ออกแบบกำหนด ที่เรียกว่า Designed Load หรือ ที่เรียกว่า Allowable load โดยพิจารณาว่า แรงแต่ละประเภทนี้ ผันผวนเหมือน ๆ กัน ไม่แตกต่างกันมากนัก โดยเฉพาะอย่างยิ่ง D และ L แต่ตัวคูณใน Load combination ของ ASD จะมีผลมาจาก characteristic ของแรง (นาน ๆ เกิดที ก็จะคูณค่าที่น้อยลง 
load ประเภทใดที่กระทำแช่ค้างไว้ ที่เรียกว่า sustain load ก็จะไม่ลดทอน เป็นต้น)

*** ทั้งนี้ การพิจารณาในฝั่งของความต้านทาน จะมีการ ทอน (หาร) ค่า ความต้านทาน ด้วย อัตราส่วนความปลอดภัย หรือ Factor of Safety (FS) ซึ่ง Load combinations จะมีดังนี้

D + F
(Equation 16.8)
D + L 
(Equation 16.9)
D + (Lr or R)
(Equation 16.10)
D + 0.75(L) + 0.75 (Lr or R)
(Equation 16.11)
D + (W or 0.7E)
(Equation 16.12)
D + 0.75(W or 0.7E) + 0.75L + 0.75(Lr or R)
(Equation 16.13)
0.6D + W 
(Equation 16.14)
0.6D + 0.7E 
(Equation 16.15)

โดยที่
D คือ น้ำหนักบรรทุกคงที่
E คือ ผลกระทบที่เกิดจากการรวมกันของแรงแผ่นดินไหว
L คือ น้ำหนักบรรทุกจร ที่ประกอบด้วยการลดค่าน้ำหนักบรรทุกจร ที่ไม่รวมน้ำหนักบรรทุกจรหลังคา (roof live load) 
Lr คือ น้ำหนักบรรทุกจรหลังคา
R คือ น้ำหนักบรรทุกจากน้ำฝน … กรณีที่เผื่อว่าท่อระบายน้ำอุดตัน หรือกรณีฝนตกรุนแรง น้ำฝนระบายไม่ทัน น้ำฝนจะขังมากเพียงใด
W คือ น้ำหนักบรรทุกเนื่องจากแรงลม

ดังนั้นแล้ว LRFD จะมีลักษณะทางความคิด ที่สะท้อนความเป็นจริงในเชิงพฤติกรรมของโครงสร้าง (resistance) และลักษณะการก่อสร้าง รวมถึงพฤติกรรมการใช้อาคาร (load) ที่สมเหตุสมผล ตรงกับความเป็นจริงตามธรรมชาติของการเกิด มากกว่า ASD … แต่คงบอกไม่ได้นะครับว่าอะไรประหยัดไม่ประหยัด ตรงนี้ต้องคิดเอาเองนะครับ

ถ้าเข้าใจเรื่อง Load และ Load combination แล้ว เราก็จะสามารถ assign กับโครงสร้าง industrial building ของเราได้อย่างถูกต้อง … เพราะหากเราไม่รู้ จะเกิดเหตุการณ์ขึ้น 2 เหตุการณ์ครับ
(1) ใส่ผิด อาคารไม่ปลอดภัย
(2) ใส่เกิน เพราะไม่รู้ เผื่อทุกสิ่งครับ

โทรหาเรา
เพิ่มเพื่อน Line