นิยามศัพท์ที่จำเป็นต่อการออกแบบต้านแผ่นดินไหว

การออกแบบอาคารต้านแผ่นดินไหวเป็นสาขาวิชาที่วิศวกรไทยส่วนใหญ่ยังไม่คุ้นเคยนัก จึงจำเป็นต้องศึกษาทำความเข้าใจเกี่ยวกับคำศัพท์ต่างๆที่วิศวกรจำเป็นต้องรู้เป็นเบื้องต้น

  • กำแพงรับแรงเฉือน (Shear wall) : กำแพงที่ออกแบบให้ต้านทานแรงทางข้าง (ในด้านที่ขนานกับระนาบของตัวกำแพง) (รูปที่ 1.2 และ 1.3) กำแพงรับแรงเฉือนถือเป็นโครงสร้างหลักที่ให้ความแข็งแรงแก่โครงสร้างในการต้านแรงแผ่นดินไหว

risk_structure2    risk_structure3

รูปที่ 1.2 กำแพงรับแรงเฉือนคอนกรีตเสริมเหล็ก

รูปที่ 1.3 แรงกระทำทางข้างที่กระทำต่อกำแพงรับแรงเฉือน
รูปที่ 1.3 แรงกระทำทางข้างที่กระทำต่อกำแพงรับแรงเฉือน

  • โครงแกงแนง (Braced Frame): ระบบที่ใช้โครงข้อหมุนในระนาบดิ่งทำหน้าที่ต้านทานแรงด้านข้างโดยรอบ รอยต่อเป็นได้ทั้งแบบตรงศูนย์และเยื้องศูนย์ (รูปที่ 1.4) การเสริมโครงแกงแนงนับว่าเป็นวิธีที่เพิ่มกำลังต้านทานแรงด้านข้างให้แก่โครงสร้างได้เป็นอย่างดี ซึ่งโครงแกงแนงสามารถใช้ได้ทั้งสำหรับการออกแบบอาคารใหม่และการเสริมความแข็งแรงให้แก่อาคารเก่า (รูปที่ 1.5)

risk_structure5 risk_structure6 risk_structure7

รูปที่ 1.4 โครงแกงแนง

risk_structure8

รูปที่ 1.5 การเสริมความแข็งแรงอาคารเก่าด้วยการติดตั้งโครงแกงแนง

  • โครงต้านแรงดัด (Moment Resisting Frame) : โครงที่มีองค์อาคารได้แก่ คานและเสา มายึดเข้าด้วยกันที่รอยต่อ ซึ่งสามารถต้านทานแรงโดยแรงดัดในองค์อาคารเป็นหลัก (รูปที่ 1.6)
  • โครงต้านทานแรงดัดที่มีความเหนียว (Ductile Moment Resisting Frame) : โครงต้านแรงดัดที่มีการจัดระบบโครงสร้างเป็นอย่างดีและมีการออกแบบให้เกิดการวิบัติแบบดัด (Flexural failure) เกิดขึ้นเป็นสำคัญ โดยชิ้นส่วนคานเสามีความสามารถด้านความเหนียวเชิงโค้ง (Curvature ductility Capacity) ณ ตำแหน่งที่อาจเกิดการวิบัติไม่น้อยกว่า 20
  • โครงต้านทานแรงดัดที่มีความเหนียวจำกัด (Ductile Moment Resisting Frame with Limited Ductility): โครงต้านทานการดัดที่มีรายละเอียดเหล็กเสริมเพื่อให้โครงสร้างมีความเหนียวจำกัดตาม มยผ.1301-54
  • โครงสร้างที่มีลักษณะไม่สม่ำเสมอ (Irregular Structure) : โครงสร้างที่ไม่มีความต่อเนื่องทางกายภาพของรูปทรง ลักษณะโครงสร้างและมวลในแนวราบหรือแนวดิ่ง ตัวอย่างของโครงสร้างที่มีลักษณะไม่สม่ำเสมอแสดงดังรูปที่ 1.7
รูปที่ 1.6 โครงต้านแรงดัด

รูปที่ 1.6 โครงต้านแรงดัด

risk_structure10 risk_structure11 risk_structure12

รูปที่ 1.7 โครงสร้างที่มีรูปทรงไม่สม่ำเสมอ

  • โครงสร้างที่มีลักษณะสม่ำเสมอ (Regular Structure) : โครงสร้างที่มีความต่อเนื่องทางกายภาพของรูปทรง ลักษณะโครงสร้างและมวลในแนวราบหรือแนวดิ่ง ตัวอย่างโครงสร้างที่มีรูปร่างสม่ำเสมอแสดงดังรูปที่ 1.8

risk_structure13 risk_structure14 risk_structure15

รูปที่ 1.8 ตัวอย่างโครงสร้างที่มีลักษณะสม่ำเสมอ

  • ไดอะแฟรม (Diaphragm) : ระบบโครงสร้างในแนวราบหรือใกล้เคียงแนวราบ เช่น แผ่นพื้น ทำหน้าที่ถ่ายแรงทางข้างไปสู่ชิ้นส่วนในแนวดิ่งซึ่งเป็นส่วนของระบบต้านแรงด้านข้าง จะหมายรวมไปถึงระบบค้ำยันในแนวราบด้วย แผ่นไดอะแฟรมมีลักษณะคล้ายกับกำแพงในแนวนอนและรับแรงในระนาบคล้ายกำแพง ตัวอย่างของไดอะแฟรมแสดงในรูปที่ 1.9

risk_structure16   risk_structure17

รูปที่ 1.9 ไดอะแฟรม

  • ระบบต้านทานแรงด้านข้าง (Lateral-Force-Resisting System) : ระบบโครงสร้างหรือส่วนของระบบโครงสร้างที่ออกแบบให้ต้านทานแรงแผ่นดินไหว
  • แรงบิดโดยบังเอิญ (Accidental Torsion) : แรงบิดที่อาจจะเกิดขึ้นจากผลของแรงเฉือนรวมในแต่ละชั้นที่กระทำเยื้องศูนย์จากจุดศูนย์กลางความแข็งเกร็ง (Center of Rigidity) ของระบบต้านแรงด้านข้างในแต่ละชั้น โดยระยะเยื้องศูนย์ดังกล่าวจะต้องไม่น้อยกว่าร้อยละ 5 ของมิติอาคารที่มากที่สุดในระดับชั้นนั้น มยผ. 1301-54 ระบุว่าในการออกแบบอาคารต้านแผ่นดินไหวนั้นจำเป็นต้องพิจารณาแรงบิดอาคารด้วย ถึงแม้ว่าผลการวิเคราะห์จะบ่งชี้ว่าไม่มีระยะเยื้องศูนย์เกิดขึ้น หรือมีระยะเยื้องศูนย์น้อยกว่า 5% ก็ยังคงจะต้องพิจารณาระยะเยื้องศูนย์ไม่น้อยกว่า 5% ของมิติอาคารที่มากที่สุดในระดับชั้นนั้นดังนี้ (รูปที่ 10)
MT = Vex > V(0.05Dx) (1-1)

เมื่อ      MT         คือ แรงบิดที่เกิดขึ้น

V          คือ แรงแผ่นดินไหวที่กระทำกับชั้นอาคาร

ex          คือ ระยะเยื้องศูนย์ระหว่างตำแหน่งที่แรง V กระทำและจุดศูนย์กลางความแข็งเกร็ง (C.R.)

Dx         คือ ขนาดของอาคารในทิศทางที่ตั้งฉากกับทิศที่แรงกระทำ

รูปที่ 1.10 การคำนวณแรงบิดในโครงสร้าง

รูปที่ 1.10 การคำนวณแรงบิดในโครงสร้าง