|
แรง หรือน้ำหนัก Loads
แรง หรือน้ำหนัก Loads หากดินไม่ถูกขุด ลมไม่พัด พื้นโลกไม่ไหวหรือทรุด และอุณหภูมิไม่มีการเปลี่ยนแปลง แรงต่างๆก็จะไม่มีความสำคัญ ต่อโครงสร้างอาคารอีกไป แต่ ปรากฎการณ์ดังกล่าว ยังมีอยู่ในโลกนี้ แรงต่างๆจึง มีปรากฎ ตามความจริงทางธรรมชาติ ดังนั้น วิชาโครงสร้าง จึงจำเป็นต้องศึกษา เพื่อต้านทานแรงต่างๆที่มีขึ้น ในงานสถาปัตยกรรม อย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้ แรง หรือ น้ำหนักต่างๆที่เกิด และกระทำต่อ โครง สร้าง ของงานสถาปัตยกรรมคือ
๑ น้ำหนักคงที่ตายตัว Dead Loads ๒. น้ำหนักจร Live Loads ๓. แรงเคลื่อนตัว Dynamic Loads ๔. แรงลม Wind Loads ๕. แรงสั่นสะเทือน Earthquake Loads ๖. แรงขยายหรือหดตัวของวัสดุ ที่เกิดจากการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิ Thermal and Settlement Loads |
|
|
น้ำหนักคงที่ตายตัว คือ แรงกดโครงสร้าง ที่เกิดจากน้ำหนักของโครงสร้างเองทั้งหมด เช่น เสา คาน พื้น กำแพง หรือ ผนัง หลังคา เพดาน และวัสดุปะกอบต่างๆ มากน้อย ขึ้นอยู่กับ จำนวน ขนาด ของวัสดุที่ใช้ เป็นมวลรวมทั้งหมด ถ่ายแรงตามแนวดิ่ง ลดหลั่นตามโครงสร้าง ของอาคาร คำนวณเป็นน้ำหนักคงที่ ถาวรตลอดอายุของอาคาร โครงสร้างอิฐ และคอนกรีต มีน้ำหนักมากสุด เมื่อเปรียบเทียบกับโครงสร้าง ที่ใช้วัสดุอื่น จำนวนน้ำหนักคงที่นี้ กำหนดค่าในการคำนวณแรงต้าน ตามขนาด และประเภทของอาคาร น้ำหนักจร คือแรงที่เพิ่มกระทำ ต่อโครงสร้าง เกิดจาก การเพิ่มน้ำหนัก ของสิ่งที่เคลื่อนที่ เข้าออกภายในอาคาร เช่น คน อุปกรณ์ เครื่องเรือน สิ่งของที่เกิดขึ้นภายในอาคาร เพื่อการใช้สอยต่างๆ ไม่คงที่ ตายตัว เปลี่ยนแปลง เพิ่มลดตามสถานการณ์ โครงสร้าง ต้องต้านแรง ในสภาวะที่น่าจะเป็นสูงสุด ซึ่งกำหนด หรือประมาณการ ตามข้อตกลงทางวิชาชีพของ เทศบัญญัติอาคาร Building Code โดยแต่ละประเทศ หรือสากล Uniform Building Code ถือเป็นคัมภีย์ในการคำนวณโครงสร้าง ของวิศวกร ที่จะหลีกเลี่ยง น้ำหนักจร ที่กำหนดไว้ไม่ได้ น้ำหนักจรสูงสุดที่กำหนดไว้ ถือเป็นปริมาณ สม่ำเสมอ Uniform Loads แผ่ไปทั่วตลอดพื้นอาคารที่รับน้ำหนัก กำหนดเป็นหน่วย กิโลกรัม/ตร.ม หรือ ปอนด์/ตร.ฟุต ในทางปฎิบัติทั่วไป ในการคำนวณโครงสร้าง ค่ากำหนดสูงสุด ของน้ำหนักจร ลดหลั่นตามประเภท ของ อาคาร ค่าลดหลั่นน้ำหนักจรสูงสุด Live Load Reduction สำหรับอาคารสูงสำนักงาน เฉลี่ยค่าลดถึง ๖๐% เมื่อเปรียบเทียบกับอาคารอื่น เช่น อาคารเก็บชอง หรือโกดังสินค้า ที่กำหนดค่าสูงสุดมากกว่า อาคารที่พักอาศัยทั่วไป ทั้งนี้เพราะน้ำหนักจร ไม่ถือว่า คงที่ตายตัวตลอดเวลา นอกจากโครงสร้างพื้นอาคาร ที่ต้านทานแรงที่เกิดจาก น้ำหนักจร เป็นหลักแล้ว โครงสร้างหลังคาของอาคาร ในบางประเทศ จะรวมน้ำหนักจร ของหิมะ หรือ ปริมาณน้ำฝน ที่มากน้อยแตกต่างกัน พื้นของทางเดิน หรือห้องโถง ของอาคารสาธารณะบางประเภท จะมีน้ำหนักจร มากกว่าอาคารประเภทส่วนบุคคล การกำหนดค่าของน้ำหนักจร ในการคำนวณ โครงสร้างอาคาร ให้แน่นอนถูกต้องนั้น ต้องอาศัยเวลาและวิชาการคำนวณต่างๆ ไม่ใช้การคาดคะเน เครื่องคำนวณ คอมพิวเตอร์ จึงมีส่วนช่วย การคำนวณ ของวิศวกร ที่เป็น ประโยชน์อย่างมาก ในปัจจุบันนี้ น้ำหนักเคลื่อนตัว น้ำหนักคงที่ มีความถาวรไม่เปลี่ยนแปลง ส่วนน้ำหนักจร ประมาณว่า มีความเปลี่ยนแปลง น้อย รวมกันแล้วถือเป็น น้ำหนัก ที่มีสภาวะนิ่ง Static Load แต่น้ำหนักประเภท ที่เปลี่ยนแปลง เร็ว และแปร ปรวน ง่าย เช่น แรงอัดอากาศ ที่เกิดจากแรงดันของลม หรือ จากการกระแทก โดย ปัจจุบันทันด่วนนั้น เป็นแรงที่เคลื่อนตัว ทันทีทันใด Impact Load เช่น แรงอัดตัวในพื้นคอน กรีต ที่เกิดจากสิ่งของ ตกลงพื้นกระแทก แรงระเบิด หรือจากการสั่นสะเทือนต่างๆ เป็นต้น จำนวน มากน้อย ของแรงเคลื่อนตัวที่เกิด ขึ้นอยู่กับปริมาณ การสั่น สะเทือน ที่เกิดกับอาคาร การสั่นสะเทือน ของอาคาร เกิดจากการอัดอากาศ จึงทำให้เกิด แรงเคลื่อนตัว กระทำต่ออาคารเป็นครั้งคราว อาคาร จะมีผลต่อแรงเคลื่อนตัว เมื่อมีแรงดันของลมกระทำในปริมาณสูง แต่หมดไปในเวลารวดเร็ว จะมี ผลของแรงกระทำ ในลักษณะนิ่ง Static Load แต่เมื่อมีแรงดันของลมกระทำ แม้ในปริมาณที่ สูง แต่กลับสลายตัวอย่างช้า จะมีผลของแรง กระทำ เป็นลักษณะของแรง เคลื่อนตัว ทำให้อาคาร สั่นสะเทือนชั่วระยะเวลาหนึ่ง เช่น ตัวอย่างของตึกสูง World Trade ที่เมืองนิวยอร์ค เมื่อมีแรง อัดอากาศของลม กระทำและหมดไปใน ๒ วินาที จะทำให้อาคารไหวตัวนานถึง ๑๐ วินาที ลักษณะเดียวกัน หากเกิดขึ้นกับตึกสูง ๑๐ ชั้น และเป็นอาคารก่ออิฐ แรงดันอากาศจะเป็นลักษณะ แรงกระทำนิ่ง Static Load เพราะมีผลต่อการไหวตัวของอาคารเพียงครึ่งวินาที โดยสรุป คือ แรงกระทำ ในรูปแรงนิ่งนี้ ซึ่งเป็นเพราะอาคารเกิดการไหวตัวน้อย จึงทำให้โครงสร้างอาคาร สา มารถกระจายแรงต้านได้ทั่วถึง ตลอดโครง สร้างได้ดีกว่า แรงที่กระทำในรูปของแรงเคลื่อนไหว Dynmic Load ซึ่งเกืดจากอาคารไหวตัวอยู่นาน ส่วนแรงกระทำ ทีเกิดจากน้ำหนักจรของคน หรือหิมะ หรือฝน ที่เกิดกับอาคาร เป็นลักษณะแรงนิ่ง หรือสม่ำเสมอ Uniform Load กระทำ ต่ออาคาร เพิ่มขึ้นทีละน้อย มีระยะเวลา การต้าน ทาน แรงของโครงสร้าง ซึ่งต่างกันกับแรงกระทำ ในลักษณะทันทีทันใด Impact Load อันทำให้เกิดแรงเพิ่มในรูปของ แรงเคลื่อนตัว อาคารส่วน มากในปัจจุบัน เป็นอาคารสูง ใช้วัสดุเบา มีผลกับการไหวตัวสูงกว่าอาคารในอดีต จึงมักเกิดแรง เคลื่อนตัวกับอาคารเสมอ นอกเหนือจาก แรง กระทำในรูปแรงนิ่ง ที่เกิดจากน้ำหนักคงที่ และน้ำ หนักจร แรงเคลื่อนตัวดังกล่าวนี้ เกิดขึ้นกับอาคารที่มีการไหวตัวเป็นระยะเวลานาน เกิดสภาพ เหมือนเช่นแรงเหวี่ยงไปมา ของลูกตุ้มนาฬิกา หรือ ระฆัง เกิดเป็นแรงสะท้อนกลับไปกลับมา In Resonance กระทำต่อ โครงสร้างอาคาร เช่น เดียวกับแรงสั่นสะเทือนของเสียง ที่กระทบแล้วทำ ให้แก้ว หรือจานแตกได้ ดังนั้น จึงต้องมีการออกแบบโครงสร้าง เพื่อต้านแรงเพิ่มขึ้นด้วย มิฉนั้น จะก่อให้เกิด ความเสียหายอย่างรวดเร็ว กับโครงสร้างของอาคารได้ แรงกระทำนี้มัก เกิดจากแรง ดันอากาศ ที่เกิดนอกเหนือ จากแรงลม กระทำโดยตรง ปัจจุบัน จึงขยายขอบเขตวิชา การออก แบบโครงสร้างต้านแรง ที่เรียกว่า Aerodynamic Force ซึ่งช่วยลดความเสียหาย ที่เกิดกับ โครงสร้างสะพานใหญ่ๆ ในปัจจุบันได้มาก แรงลม แรงลมมีความสำคัญ เพิ่มมากขึ้นสำหรับโครงสร้างตึกสูงๆ ยิ่งเพิ่มความสูง ยิ่งต้องเพิ่มการ คำนวณโครงสร้างต้านแรงลม สูงยิ่งขึ้น เช่น ตึกสูง ๑๕๐๐ ฟุต จะต้องมีการต้านทานแรงลม เพิ่ม ขึ้นเป็น ๔๐ เท่า ของตึกที่มีความสูง เพียง ๒๐๐ ฟุต อีกทั้งความเร็ว ของลมเพิ่มมากขึ้น ตรงบริ เวณเหนือความสูงขึ้นไปเรื่อยๆ แรงดันของลม ก็เพิ่มปริมาณกำลังสองของความเร็วลม ปริมาณ แรงลมจึง สัมพันธ์กับปริมาณความสูงของอาคาร ที่เพิ่มขึ้น แรงลมกระทำต่อโครงสร้างอาคารทางแนวนอน ในอาคารสูง จึงต้องแยกโครงสร้าง ที่รับแรงแนวดิ่ง แยกจากการต้านแรงลม ทางแนวนอน จำนวน ๑๐% ของตึกสูงเป็นน้ำหนักของ โครงสร้างอาคารโดยเฉพาะ และค่าของโครง สร้าง ใช้จ่ายไปเพื่อการเสริม โครงสร้าง ต้านแรงลม Wind Bracing เป็นส่วนใหญ่ แต่สำหรับตึกที่สูงเพียง ๒๐-๓๐ ชั้น โดยทั่วไปแล้วน้ำหนัก ของอาคารอย่างเดียว เพียงพอสำหรับ การต้านแรงลมได้ แต่ขนาดพื้นที่แต่ละชั้นต้องมากพอที่ ทำให้น้ำหนักอาคารมีพอเพียง และกำลังของ แรงลม เป็นสภาวะปกติทั่วไป การ คำนวณแรงลม อาศัยสถิติกำลังลมที่สูงสุด ในพื้นที่ก่อสร้างนั้นๆ อย่างน้อยนานถึง ๕๐-๑๐๐ ปีเป็นสำคัญ ค่าความ ปลอดภัยของแรงลม ในการคำนวณ โครงสร้าง ขึ้นกับจำนวนปีสถิติ จำนวนค่าที่มาจากปีสถิติน้อย อาจมีโอกาศเกิดความเสี่ยง ต่อความเสียหายเล็กน้อยบ้าง บางครั้ง มีผล การประหยัดค่าโครงสร้าง มากกว่าการถือค่าความปลอดภัย จากปีสถิติที่ยาวนานกว่า ซึ่งจะไม่มี ความเสี่ยงต่อ ความเสีย หายใดๆเลย แรงลมมากหรือน้อย ผันแปรตามรูปร่างของอาคารด้วย รูปร่างอาคารสีเหลี่ยมธรรมดา หรือ ผืนผ้า จะมี แรงดันของลมมาก ตรง ด้านทิศทางที่มีลมประทะ เพราะจะบังคับให้กระแสลมไหลลูป ผิวอาคาร หนีออกไปทั้งสองด้าน และในเวลาเดียวกัน ทำให้เกิดแรงดูดลมกลับ Suction Flow เพิ่มขึ้นในด้านตรงกันข้ามด้วย แรงลมที่กระทำต่อผิวอาคาร จึงมี แรงประทะโดยตรง Winward Pressure แรงไหลลูป แนวตั้งฉาก Leeward Suction และแรงดูดย้อนกลับ Negative Pressure or Suction แต่ในการคำนวณการต้านแรงลม กระทำ แต่ละด้าน ไม่เหมือนกัน แรง ประทะและแรงไหลลูป จะเป็นค่ารวมของแรงลม ส่วนแรงไหลลูปและแรงดูดกลับ เป็นอีกค่าของ การต้านแรงลม อีกด้าน หนึ่ง นอกจากนี้ การคำนวณค่าแรงลม ต้องคำนึงถึงสิ่งต่างๆ โดยรอบที่ตั้ง และตัวอาคารที่ออกแบบเองด้วย เพราะจะเป็นสิ่งกำหนดค่า และ ปริมาณที่แรงลมกระทำต่อ อาคารไม่เหมือนกัน เช่น อาคารข้างเคียง ระดับสูงต่ำของพื้นดิน มีผลต่อทิศทางของกระแส และ การเพิ่ม ปริมาณของลมต่างกัน การออกแบบเพื่อต้านแรงลม จึงต้องคำนึง ถึงปัจจัยต่างๆ ที่เกี่ยว ข้องกับความผันแปรของแรงลมอย่างรอบคอบ การ ไหวตัวของอาคาสูงตอนบนๆ มักเกิดเสมอ โดยที่ไม่อาจสังเกตุ เห็นได้ง่ายนัก นอกจาก การรู้สึกได้ จากคนที่อยู่ตรงชั้นสูงๆ ตึกสูงๆ ใน อเมริกามีการไหวตัวไปมาจากแนวดิ่ง ๖-๗ ฟุต แต่ละด้าน เมื่อมีลมพายุเป็นครั้งคราว และไหวตัวประมาณ ๓ ฟุต ในสภาพ ลมปกติทั่วไป แม้ว่า ในปริมาณการไหวตัว ที่เกิดขึ้นนี้ จะไม่เกิดอัตรายต่อโครงสร้างอาคารแต่อย่างไร แต่อาจไม่เป็น ปกติ เกิดอาการ เมาอากาศ สำหรับ ผู้อยู่อาศัย หรือทำงานในชั้นบนๆได้ เพื่อป้องกันอาการดังกล่าว ที่เกิดจากการไหวของอาคาร ที่เกิดจากแรงลม Wind Drift or Wind Deflections มากจน เกินไป แม้ว่าจะไม่ถึงขีดทำให้โครงสร้างเสียหาย (ยอมให้ไหวแกว่งได้ไม่เกินระยะ ๑/๕๐๐ ของ ความสูง) อันเนื่องจาก การเพิ่ม ความเหนียว หรือความแกร่ง Strffness ในการเสริมกำลังของ โครงสร้าง เพื่อช่วยลดการไหวตัวจนเกินพิกัด ของความปลอดภัยก็ตาม ใน แง่การประหยัดค่าใช้ จ่าย ของการเพิ่มความเหนียวของโครงสร้างทางหนึ่ง คือ การใช้เสริม ด้วยเครื่องยืดหยุ่น Wind Damper or Tuned Dynamic Damper ติดตั้งไว้ที่ส่วนบนหลังคาของอาคารสูงๆ และป้อง กันการเมาอากาศ หรือการเกิด The Resonance Oscillations ในอาคาร อีกด้วย เครื่องนี้จะ ทำปฎิกริยาสะท้อนแรงสวนกลับ ในทิศทางตรงกันข้ามกับการขยับตัวเคลื่อนไหว ของอาคาร แรงสั่นสะเทือน เกิดจาก แผ่นดินไหว อันเป็นปรากฎการณ์ทางธรรมชาติ ที่หลีกเลี่ยงไม่ได้ มีการคำนึงถึง มากน้อย ตามสถิติการเกิดขึ้น ของ แต่ละประเทศ หรือสถานที่ หลักการของการออกแบบโครงสร้าง เพื่อการป้องกันแรง อันเกิดจากแผ่นดินไหวนี้ คือ หลักการเดียว กับการ ออกแบบต้านแรงลม Strong Wind Bracing แต่เป็นการเพิ่มความแข็งแรงที่มากกว่ากันเท่านั้นเอง คำนวณเพิ่มเติม การต้านแรงกระตุก ขึ้นลงด้วย แรงสั่นสะเทือนนี้ เกิดตาม แนวนอนเป็นส่วนใหญ่ จึงพิจารณาการ ต้านทานแรงเหมือนแรงลม ค่าการคำนวณอาศัยค่าสูงสุด ที่กำหนดตามสถิติรวมเป็นปีๆ โดยวัดปริ มาณเป็นหน่วยริเคเตอร์ ตามความเร็วของคลื่นการสั่นสะเทือนเป็นช่วงๆที่เกิดขึ้น แรงหดขยายตัวของวัสดุ เป็นชนิดของ แรงชนิดสุดท้าย ทีวิศวกรคำนึงถึง ในการออกแบบโครงสร้าง มักเกิดในโครง สร้างประจำวัน หรือตามฤดูกาล ที่ เปลียนไปในแต่ละปี อันเนื่องจาก การเปลี่ยน แปลงของอุณหภูมิ หรือารทรุดตัวไม่เท่ากัน ของพื้นดินที่รองรับอาคาร เป็นสิ่งซ้อนเล้น ในการ รับน้ำหนักของโครงสร้าง Hidden or Locked-in Loads โดยการประมาณการว่า โครงสร้างสะพานยาว ๓๐๐ ฟุต สร้างในฤดูหนาว ขณะ อุณหภูมิ ๓๕ องศาF พอถึงฤดูร้อน อุณหภูมิจะสูงถึง ๙๐ องศาF ความ ยาวของสะพานจะขยายตัวเพิ่มขึ้น ๑.๒ นิ้ว แม้ดูเหมือนค่า จะน้อย ก็ตาม แต่ถ้าปลายสะพานยัน ติดกับฐาน ตรงบริเวณ ฐาน สะพาน จะเพิ่มแรงดันขึ้นเพื่อตรึงความยาวสะพานไว้เท่าเดิม ถ้าวัสดุ โครงสร้าง ของสะพาน ไม่มีความเหนียวพอเพื่อต้านแรงดันนี้แล้ว ความเสียหายย่อมเกิดขึ้นได้ที่ ฐาน หรือโครงสร้างสะพาน ส่วนใดส่วนหนึ่งได้ เพื่อ ป้องกันการเกิดแรงดังกล่าว อันทำให้เกิดความ เครียดที่ฐานปลายทั้งสองของสะพาน จึงมีความจำเป็นต้องยอมให้ มีการขยับตัว ของสะพาน ได้บ้าง เมื่ออุณหภูมิ ของอากาศ มีการเปลี่ยน แปลงเกิดขึ้น มีข้อสังเกตุของการออกแบบโครงสร้างที่ขัดแย้ง กัน คือว่า ความแกร่ง หรือ ความ มีกำลังแข็งแรงของโครงสร้าง จะช่วยเพิ่ม ประ สิทธิภาพการรับ แรงกดแนวดิ่ง แต่แรงยืดหดตัว อันเกิดจากอุณหภูมิที่เปลี่ยนแปลง Thermal Load นี้ โครง สร้างมีจำเป็นต้องลดความแกร่ง Rigidity หรือความแข็งแรงลง เพื่อยอมให้โครงสร้างขยับตัว ได้บ้าง ความเสียหายที่เกิด จากแรงชนิดนี้ในอดีต มีตัวอย่างให้เห็นมากมาย เช่น ตึกสูง ทีโชว ์โครงสร้างเหล็กบางส่วนไว้ภายนอก แต่บางส่วนอยู่ภายในอาคาร ที่มีระบบทำความเย็นภายใน มี อุณหภูมิแตกต่าง จากภายนอก โดยสิ้นเชิง ทำให้เสาและโครงสร้างประกอบส่วนอื่น เกิดหดและ ขยายตัว ไม่เท่ากัน เกิดการบิดตัวของโครงสร้างทั้งหมด สร้างความเสียหาย จากความผิดปกติที่ ไม่ได้ประมาณการณ์ไว้ล่วงหน้า เช่นเดียวกับ ความเสียหายอื่น ที่เกิดจาการทรุดตัวไม่เท่ากัน ในบริเวณก่อสร้างเดียวกัน ของอาคาร เช่น โบราณสถานหอเอียงที่เมืองปิซ่า หรือ บาง อาคารในประเทศ แม็กซิโก ที่การทรุดตัวของทรายไม่เท่ากัน ทำให้อาคาร เสียหาย มากมาย ภายหลังการก่อสร้าง เสร็จสิ้นไม่นานนัก เป็นต้น แรงหรือน้ำหนักต่างๆที่กระทำต่อโครงสร้าง เป็นสิ่งจำเป็น และอัตราย ในขณะ เดียวกัน สำหรับงานสถาปัตยกรรม ความเข้าใจ ต่อพิ้นฐานของแรง หรือ น้ำหนักแต่ละชนิด ตามความ เป็นจริงโดยธรรมชาติ ย่อมเป็นสิ่งที่ขาด ไม่ได้ วิศวกร และ สถาปนิก ที่ฉลาด ต้อง ตรวจสอบทำ ความเข้าใจ ให้ครบถ้วนและเป็นที่เข้าใจ โดยถูกต้องเสียก่อน แล้วจึงดำเนินการ ออก แบบอาคารใดๆ ก็ตามต่อไป |
|
|
คำนำสำหรับโครงสร้างประสาน
ความแข็งแรงของโครงสร้าง ไม่ได้ขึ้นอยู่กับ ฐานรองรับอย่างเดียว หากแต่ยังขึ้นอยู่กับ ความแข็งแรง และการเชื่มประสานของชิ้นส่วนต่างๆ ของโครงสร้างอีกด้วย (redundancy and stability) Hinge หรือจุดต่อแบบขยับ มีผลต่อการไหวตัว unstable condition ตรงกันข้ามกับ จุดต่อแบบ กระชับ rigid หากแต่มีผลเสียของการเกิด แรงเฉือน stress ตรงบริเวณจุดต่อเชื่อมนั้น การถ่ายเทของแรงต่างๆในโครงสร้าง internal force flow มีส่วนสำคัญในการกำหนด ขนาดของโครงได้อย่างเหมาะสม โดยเฉพาะ stress ที่เกิดในโครงสร้าง แรงภายในโครงดังกล่าว คือ shear, axial action and rotation การป้องกันเสาหัก จากการกระทำของแรงทางด้านข้าง หรือแรงกระทำในแนวนอน ใช้ กำแพงต้าน shear wall หรือการ ยึดทะแยงระหว่างเสา ด้วยลวดดึง tension rod ชนิดของโครงประสาน frame โครงขนาน ประกอบด้วยชิ้นส่วน แนวนอน บนและล่าง มีท่อนยึดแนวตั้งระหว่างเป็นช่วงๆ เรียก vierendeel trusses ทำหน้าที่เหมือน คาน พาดช่วงระหว่างเสา การยึดของชิ้นส่วนแต่ละแนว เป็นแบบ rigid หรือเป็นเนื้อเดียวกัน โดยทั่วไปเป็นโครงสร้างคอนกรีต ถ้าเป็นเหล็ก หรือ เหล็ก/คอนกรีต ประกอบกันจ ะนับเป็นชนิด โครงสร้างแบบคานประสาน beam building หลังคาจั่ว pitch roof ความมั่นคงของโครง ขึ้นอยู่กับ ชิ้นส่วนต่างๆ เช่น จันทัน แป อะเส และเสา นิยมทั่วไปเป็น ๓ hinges ที่จุดบนตรงแนว อกไก่ และอีกสองจุด ตรงฐานโครงจุดยึดติดกับเสา เพื่อการกระจายน้ำหนักอย่างสม่ำเสมอ หลีกเลี่ยง หรือลดการเกิด stress ในโครงที่พาดช่วงกว้างๆ เพราะเกิด การไหวตัวได้ง่าย จึงจำเป็นตรงเพิ่ม rigidity ด้วยการทำ bracing แนวนอนตรงฐานของโครงให้ยึดตรึงเป็นผืนเดียวกัน น้ำหนักที่พิจารณา คือ น้ำหนักทั้งหมดขงโครงสร้าง แรงลม ฝนหรือหิมะ (ในต่างประเทศ) ความชันที่แนะนำ ไม่ควรเกิน ๓๐ องศา เพราะยิ่งชัน ก็จะเป็นการ เพิ่ม ปริมาณแรงลม ให้กับโครงมากขึ้น อีกทั้งตำแหน่ง แป หรือ จันทัน จะเหมือนคานที่รับน้ำหนัก แต่วางในลักษณะเอียง ต้านแรงในแนวตั้ง เพื่อ การกระจายแรงอย่างสม่ำเสมอ จึงต้องต้านแรงบิดตัว ด้วยการเสริมพุกยัน อีกทั้งทำให้ชิ้นส่วนหลักเหล่านี้ ไม่ช่วยต้านแรง axial force (มักเกิดเมื่อลักษณะการกำหนด supports ไม่มีความสมดุลป์) ในขณะที่เกิด bending moment กลางช่วง จึงจำเป็นต้อง อาศัย คานแนวนอน เช่น อะเส อกไก่ เป็นตัวเสริมโครงสร้างเพื่อต้านแรงดังกล่าว |
|
|
หลังคาโค้ง Arch frame
|
|
|
โครงสร้างประสานแบบ trusses
|
|
|
โครงสร้างแบบยื่น Cantiliver Structures
|
|
|
โครงสร้างประสาน ๓ มิติ Space Frame
|
|
|
โครงสร้างแผ่นพับ Folded Plate Structures
|
|
|
โครงสร้างผิวเปลือก Shell Strudtures
หลักการ กำหนดรูปทรงของหลังคาผิวเปลือก เพื่อให้เกิดการกระจายแรงโดยสม่ำเสมอ ทุกๆจุดของบริเวณแผ่นผิวเปลือก แล้วตอ่เนื่องไปที่ supports มีการพัฒนามาจากรูปทรงตามธรรมชาติต่างๆ เช่น เปลือกหอย จนพัฒนาเป็น โค้งบิดสลับแบบที่เรียกว่า hyperbolic-paraboloid รวมทั้งผิวเปลือก ที่เกิดจากแนวโค้งงอของ โซ่ห้อย cantenary curve หรือโค้งแบบอื่นๆ แบบ barrel vaults short cylindrical shells โครงสร้าง แบบผิวเปลือก โดยทั่วไปเป็นวัสดุคนกรีตเนื้อเดียวกันตลอด หรืออาจแยกเป็นแผ่นย่อยๆ เชื่อมต่อกัน โดยโครงประสานที่เป็นเหล็ก ผสมผสาน กันตามเหตุผล หรือประโยชน์ของการ เลือกวิธีการก่อสร้างที่เหมาะสม |
|
|
โครงสร้างห้อย ขึง หรือ แขวน Tension, Cable, Cabe Nets Roofs
หลักการออกแบบ อาศัยการห้อยตัว อ่อนตัวของโครงต้านแรงที่กระทำ ตรงแผ่นผืนที่ห้อยตัว sacking ของหลังคา เป็นการรับน้ำหนัก โดยชิ้น ส่วนโครงสร้าง ที่เป็นชนิด ต้านแรงดึงโดยเฉพาะ จุดอ่อนของโครงแบบนี้ คือการไหวตัวโดยแรงลม fluttering force โครงสร้างชนิดนี้ รวม ลักษณะ รูปทรงต่างๆ อาจเรียก เช่น tent-like structure โดย Fri Otto หรือ suspension roof ของ Dallas airport โดย Sarrinen หรือาจเรียก Cable roof stucture เช่นลักษณะคล้ายโครงสร้างสะพานแขวน เป็นต้น โดยสรุปที่สำคัญ คือ เป็นโครงสร้าง ที่ต้านแรงกระทำ โดยอาศัยแรงดึง ของ ชิ้นส่วนโครงเป็นสำคัญ |
เป็นส่วนหนึ่งของโครงสร้าง
frame แตกต่างตรงที่ชิ้นส่วนโครงสร้าง มี่ความต่อเนื่อง เป็นผืนระนาบ
เดียวกัน น้ำหนักกระจายตามระนาบโค้งขงโครง ลักษณะโค้งมีความหลากหลาย
ตามความคิดของทฤษฎีการกระจายแรง เช่น โค้งครึ่งวงกลม conic section,
oval section, parabola or hyperbolic-paraboloid section หรือ โค้งแบบมุสลิม
cycoid section เป็นต้น แรงที่กระทำสำคัญ คือ แรงถีบ trust force ที่ปลายโค้งเชื่อมต่กับ
supports
เป็นการประสานโดยใช้ชิ้นส่วน
แต่ละชิ้นเป็นท่อนสั้นๆหลายท่อนยึดประสานเข้าด้วยกัน ในแนวต่างๆ เพื่อตออบสนองการกระจายแรงอย่างสม่ำเสมอ
ในการพาดช่วงกว้างของอาคารขนาดใหญ่ การยึดโยงพิจารณาคุณสมบัติการรับแรงดึง
แรงอัด ของชิ้นส่วนแต่ละท่อน
หลักสำคัญของการออกแบบ
คือ การสร้างความสมดุลป์ balancing สำหรับโครง และการลดแรงดัด bending
moment ในโครงให้น้อย จากการยื่นปลายของโครง ออกเลยแนวเสา ทั้งสองข้าง
หรือ ข้างเดียว นิยมใช้กับาคารช่วงกว้างขนาดใหญ่ เช่น โรงเก็บเครื่องบิน
hangar หรืออาคารประชุม conventional hall ที่ต้องการเนื้ที่ใช้สอยกว้างขวาง
โดยไม่มีเสาเกะกะ ชนิดของโครงสร้างยื่นนี้ เป็นทั้งโครงแบบประสาน trusses
ผิวเรียบแบบเปลือก shell หรือแบบแผ่นพับ folded plate สลับและลอนโค้งต่อเนื่อง
corrugated plate ยังรวมถึงโครงสร้างยื่น หรือดึงข้างเดียวสำหรับสนามกิฬาด้วย
เป็นโครงที่เกิดจากการประกอบกัน
ด้วยชิ้นส่วนท่อนสั้น แบบ truss หากแต่กระทำเป็น ยูนิต ต่อเนื่องกัน
เช่นการประกอบกันด้วย ปิรามดิสามเหลี่ยม หลายๆอันเข้าด้วยกัน เป็นแบบ
geodesic dome หรืออาจเรียกว่าเป็นการประสานกันของ truss หลาย layers
คือแนวนอน แนวตั้ง และแนวทะแยงมุม หรือ double llayer คือประสานทั้งแนวนอนและแนวตั้ง
หรือแบบ single layer ประสานแบบแนวนอน หรือแนวตั้ง อย่างใดอย่างหนึ่งเพียงแนวเดียว
เกิดจากการพัฒนา
เพิ่มประสิทธิภาพ การต้านแรง ของแผ่นผืนเรียบ ธรรมดา plane โดยการสร้างความหนาจำลอง
ต้าน แรงโก่งดัด bending force โดยการพับงอสลับกันหลายรูปแบบ เช่นแผ่นพับสลับธรรมดา
แบบรูปหน้าตัด สามเหลี่ยม คางหมู โค้งสลับเป็นลอนต่อเนื่อง หรือโค้งแบบอานม้า
หรืแบบแผ่นพับหน้าตัด รูปห้าเหลี่ยม เป็นต้น วัสดุเป็น ทั้งคอนกรีตแบบผิวเปลือก
หรือเหล็กประสานแบบ frame หรือไม้ประสาน แบบ lamella roof
