ความรู้เรื่องประสบการณ์งานคำนวณออกแบบและการก่อสร้าง การออกแบบเสายาว

สวัสดีครับแฟนเพจที่รักทุกๆ ท่าน

กลับมาพบกันในทุกๆ วันพุธแบบนี้อีกครั้งหนึ่งซึ่งผมก็จะมาพบกับเพื่อนๆ เพื่อที่จะพูดคุยกันถึงหัวข้อ “ความรู้ดีๆ เรื่องประสบการณ์งานคำนวณออกแบบและการก่อสร้าง” นะครับ

ตามที่ผมได้รับปากกับเพื่อนๆ เอาไว้เมื่อในสัปดาห์ก่อนหน้านี้ว่า ในวันนี้ผมจะขออนุญาตนำเอาตัวอย่างที่เป็นการแสดงขั้นตอนในการคำนวณหาค่า MAGNIFICATION FACTOR โดยวิธีการละเอียดเอามาฝากให้แก่เพื่อนๆ โดยที่ตัวอย่างที่ผมจะนำเอามาให้เพื่อนๆ ดูในวันนี้จะเป็นการอธิบายการคำนวณให้ดูเฉพาะเพียงแค่การรับแรงดัดรอบแกนอ่อนของโครงสร้างเสา หรือ WEAK AXIS เพียงแค่แกนเดียว นั่นเป็นเพราะว่าแกนดังกล่าวจะเป็นแกนที่มีความวิกฤติมากที่สุดของโครงสร้างเสานั่นเองครับ
โดยที่ผมจะทำการสมมติว่าโครงสร้างเสาของเรานั้นเป็นแบบเสาที่ไม่ได้มีการค้ำยันทางด้านข้าง หรือ UNBRACED COLUMN ซึ่งเราก็จะอาศัยขีดจำกัดของกรณีนี้ในการคำนวณตรวจสอบสถานะของโครงสร้างเสาของเรา ทั้งนี้ตัวอย่างที่ผมนำเอามาแสดงในวันนี้ผมจะขออนุญาต REFER ไปที่มาตรฐานการออกแบบของ ACI318-99 ก็แล้วกันนะครับ

ทั้งนี้เราอาจจะเริ่มต้นทำการคำนวณจากการที่เราทำการวิเคราะห์โครงสร้างเพื่อให้ได้ค่าน้ำหนักบรรทุกที่ได้รับการเพิ่มค่าแล้วที่เราจะนำเอามาใช้ในการออกแบบหน้าตัดของโครงสร้างเสาก่อน ซึ่งก็จะมีค่าแรงกระทำตามแกนที่ได้รับการเพิ่มค่าแล้วซึ่งมีค่าเท่ากับ 200 T และจะมีค่าแรงดัดที่ได้รับการเพิ่มค่าแล้วซึ่งจะดัดตัวที่ด้านบนและด้านล่างของโครงสร้างเสาเท่ากับ 23 T-M และ 27 T-M ตามลำดับนะครับ
ทั้งนี้ผมจะกำหนดให้เสาต้นนี้มี ค่าความยาวช่วงซึ่งไม่ได้มีการค้ำยันทางด้านข้าง หรือ Lu ให้เท่ากับ 10 M ละผมจะให้หน้าตัดของโครงสร้างเสาของเรานั้นมีค่าความกว้างเท่ากับ 500 MM และ มีขนาดความลึกเท่ากับ 900 MM ดังนั้นเราจะมาเริ่มต้นทำการคำนวณหาว่า ค่ารัศมีไจเรชั่นของหน้าตัดนั้นจะมีค่าเท่ากับ
Ig = H×B^(3)/12
Ig = 90×50^(3)/12
Ig = 937,500CM^(4)
Ag = 50×90
Ag = 4,500CM^(2)
และ
r = √( Ig/Ag)
r = √( 937,500/4,500)
r = 14.43CM

ทั้งนี้ผมจะทำการกำหนดให้ลักษณะของจุดรองรับนั้นเป็นแบบ PARTIAL FIXED แต่เพื่อเป็นการเพิ่มความ CONSERVATIVE ให้กับการออกแบบโครงสร้างเสาต้นนี้ผมจะกำหนดให้ใช้ค่า K เท่ากับ 1.00 ดังนั้นหากทำการคำนวณหาค่าอัตราส่วนของความชะลูดของหน้าตัดเสาก็จะพบว่ามีค่าเท่ากับ
K×Lu/r = 1.00×10×100/14.43 = 69.3

เพื่อนๆ จะสามารถสังเกตเห็นได้ว่าค่าอัตราส่วนของความชะลูดของหน้าตัดเสาต้นนี้จะมีค่าที่มากกว่า 22 แต่ก็มีค่าไม่มากกว่า 100 ดังนั้นเราก็อาจจะสามารถสรุปได้ว่า เสาต้นนี้มีสถานะเป็นเสายาวหรือ SLENDER COLUMN แต่ก็ยังสามารถที่จะทำการออกแบบได้โดยที่จะต้องทำการพิจารณาผลของ SECOND ORDER MOMENT ด้วยครับ
จากขั้นตอนการวิเคราะห์โครงสร้างข้างต้นเราก็จะทราบว่า ค่าแรงกระทำตามแกนที่ได้รับการเพิ่มค่าแล้วซึ่งมีค่าเท่ากับ 200 T และ ค่าแรงดัดที่ได้รับการเพิ่มค่าแล้วซึ่งจะดัดตัวที่ด้านบนและด้านล่างของโครงสร้างเสาเท่ากับ 23 T-M และ 27 T-M ตามลำดับและโครงสร้างเสาของเรานั้นเป็นแบบเสาที่ไม่ได้มีการค้ำยันทางด้านข้าง ดังนั้นเราอาจจะทำการแทนค่าแรงดัดทั้งสองลงไปในเทอมของแรง Pu แรงดัด M1s และแรงดัด M2s ได้เท่ากับ
Pu = 200 T
M1s = 23 T-M
M2s = 27 T-M

ขั้นตอนต่อมาก็คือทำการคำนวณหาว่า ค่าตัวคูณที่เราจะนำไปใช้ในการคำนวณเพื่อเป็นการเพิ่มค่าให้กับแรงดัด หรือ MOMENT MAGNIFICATION FACTOR นั้นจะมีค่าเท่ากับเท่าใด ซึ่งก่อนที่เราจะทำการค่าๆ นี้ออกมาได้ เราจะต้องทำการคำนวณหาค่า EI ของหน้าตัดของโครงสร้างเสาต้นนี้ซึ่งจะประกอบไปด้วยวัสดุสองส่วนด้วยกันนั่นก็คือ คอนกรีต ซึ่งผมก็จะทำการสมมติว่าให้ใช้ค่ากำลังอัดประลัยของคอนกรีตที่อายุ 28 วัน ของตัวอย่างรูปทรงกระบอกมาตรฐานที่มีค่าเท่ากับ 280 KSC และ เหล็กเสริม แต่เนื่องจากการที่เรายังไม่ได้ทำการออกแบบขนาดและปริมาณของเหล็กเสริมนี้ ดังนั้นผมก็จะใช้ค่า EI โดยวิธีการประมาณการ ซึ่งการทำเช่นนี้ก็จะเป็นเพิ่มความ CONSERVATIVE ให้กับการออกแบบหน้าตัดโครงสร้างเสาของเราอีกด้วยนะครับ
Ec = 15,100×√(fc’)
Ec = 15,100×√(280)
Ec = 252,670 KSC

อีกทั้งเพื่อเป็นการ ENSURE การออกแบบในครั้งนี้ ผมก็จะทำการกำหนดให้ค่า βd นั้นมีค่าเท่ากับ 0.10 ซึ่งก็จะมีค่ามากกว่า 0.00 อยู่เพียงแค่เล็กน้อยเท่านั้น ดังนั้นค่า EI ของหน้าตัดนี้ก็จะมีค่าเท่ากับ
EI = (0.20×Ec×Ig+Es×Ist)/(1+βd)
EI = 2×(0.20×Ec×Ig)/(1+βd)
EI = 2×(0.20×252,670×937,500)/[1000×(1+0.10)] EI = 86,137,500T-CM^(2)

ดังนั้น
Pcr = π^(2)×EI/(K×Lu)^(2)
Pcr = π^(2)×86,137,500/(1.00×10×100)^(2)
Pcr = 850.14T

สำหรับค่า Cm ซึ่งเป็นค่าที่จะขึ้นอยู่กับว่าค่าแรงดัดนั้นจะมีค่าสูงสุดที่ตำแหน่งกึ่งกลางของโครงสร้างเสาหรือไม่ ดังนั้นเพื่อเป็นการง่ายต่อการคำนวณ เราก็จะใช้ค่า Cm ให้มีค่าเท่ากับ 1.00 นะครับ
δ = δs
δs = Cm/(1–Pu/[(Axial Phee)×Pcr ])
δs = 1.00/(1–200/[0.70×850.14])
δs = 1.506

ในที่สุดเราก็จะสามารถทำการคำนวณหาได้ว่า ค่าแรงดัดที่จะได้รับการเพิ่มค่าเนื่องจากการคำนึงถึง SECOND ORDER EFFECT ของเสาที่เราจะต้องนำเอาไปใช้ในการออกแบบหน้าตัดของโครงสร้างเสาต้นนี้จะมีค่าเท่ากับ
My = M2s×δs
My = 27×1.506
My = 40.67T-M

ซึ่งนั่นก็แสดงว่าหากเราทำการออกแบบเสาต้นนี้โดยใช้ CONCEPT ของ STOCKY COLUMN พูดง่ายๆ คือ ไม่ได้ทำการคำนึงถึงผลของความชะลูดของเสาเลย นั่นจะทำให้โครงสร้างของเรานั้นมีความอ่อนแอมากกว่าที่ควรจะเป็นมากถึงประมาณ 50% เลยทีเดียวนะครับ

ในตอนท้ายนี้ผมขอให้หมายเหตุไว้เพียงนิดเดียวว่า หากเพื่อนๆ เป็นผู้ที่ติดตามการใช้งานมาตรฐานการออกแบบของ ACI318 ตั้งแต่ ACI318-08 หรือ ACI318-11 หรือ ACI318-14 และ ACI318-19 เพื่อนๆ ก็อาจจะพบว่า ในมาตรฐานเหล่านี้ได้ให้กำหนดเอาไว้ว่า หากค่า MAGNIFICATION FACTOR ที่คำนวณได้นั้นมีผลออกมีค่ามากกว่า 1.40 หรือพูดง่ายๆ ก็คือ ค่าแรงดัดที่พิจารณาถึงผลของ SECOND ORDER นั้นมีค่ามากกว่าแรงดัดที่เราทำการพิจารณามาจาก FIRST ORDER มากเกินกว่า 1.40 เท่า เราจะต้องทำการพิจารณาระบบโครงสร้างของเราเสียใหม่ ซึ่งสาเหตุที่มาตรฐานการออกแบบได้กำหนดเอาไว้เช่นนี้เป็นเพราะว่า มาตรฐานการออกแบบนั้นพิจารณาแล้วว่า หากในโครงสร้างเสาของเรานั้นมีค่า MAGNIFICATION FACTOR ที่มากกว่า 1.40 นั่นก็แสดงว่ามีบางสิ่งบางอย่างที่ถือได้ว่ามีความผิดปกติเกิดขึ้นภายในระบบโครงสร้างของเรา ซึ่งเราควรต้องกลับไปทบทวนดูใหม่ว่าความผิดปกติดังกล่าวนั้นได้แก่สิ่งใดบ้าง จะได้ทำการแก้ไขและปรับปรุงให้ดีขึ้น ทั้งนี้ก็เพื่อเป็นการรักษาเอาไว้ซึ่งความแข็งแรงและความมีเสถียรภาพของระบบโครงสร้างโดยรวมให้ยังสามารถคงอยู่ได้ ทั้งนี้หากว่ามีเพื่อนๆ ท่านใดที่อาจจะเพิ่งทราบประเด็นๆ นี้และมีความต้องการที่จะศึกษาหรือนำเอามาตรฐานการออกแบบเหล่านี้ไปใช้และอ้างอิงถึง ผมก็ขอให้คำแนะนำว่าเพื่อนๆ ควรที่จะศึกษารายละเอียดต่างๆ ที่มีอยู่ในมาตรฐานเหล่านี้ให้ดีเสียก่อนที่จะนำเอาไปใช้เพราะว่าในมาตรฐานการออกแบบเหล่านี้จะมีประเด็นปลีกย่อยต่างๆ ที่ค่อนข้างที่จะเยอะพอสมควร อย่างไรก็ขอให้ทำการศึกษา พิจารณาและใช้งานกันให้ดีๆ ก็แล้วกันละครับ

สุดท้ายนี้ผมคาดหวังว่าตัวอย่างการคำนวณหาค่า MAGNIFICATION FACTOR โดยวิธีการที่ผมได้ลงรายละเอียดเอาไว้ในโพสต์ของวันนี้น่าที่จะมีประโยชน์ต่อเพื่อนๆ ที่อาจจะมีความสนใจเกี่ยวกับเรื่องๆ นี้ไม่มากก็น้อยนะครับ

หวังว่าความรู้เล็กๆ น้อยๆ ที่ผมได้นำมาฝากแก่เพื่อนๆ ทุกๆ ท่านจากคำตอบในวันนี้น่าที่จะมีประโยชน์ต่อทุกๆ ท่านไม่มากก็น้อย และ จนกว่าจะพบกันใหม่นะครับ
#โพสต์ของวันพุธ
#ความรู้เรื่องประสบการณ์งานคำนวณออกแบบและการก่อสร้าง
#การออกแบบเสายาว
#ครั้งที่2
ADMIN JAMES DEAN

Bhumisiam (ภูมิสยาม)

บริษัท ภูมิสยาม ซัพพลาย จำกัด ผู้นำกลุ่มธุรกิจเสาเข็มสปันไมโครไพล์ รายแรกและรายเดียวในประเทศไทย ที่ได้การรับรองมาตรฐาน ISO 45001:2018 การจัดการอาชีวอนามัยและความปลอดภัย การให้บริการตอกเสาเข็ม The Provision of Pile Driving Service และได้รับการรับรอง ISO 9001:2015 ของระบบ UKAS และ NAC รายแรกและรายเดียวในประเทศไทย ที่ได้รับการรับรองระบบบริหารงานคุณภาพ ตามมาตรฐานในกระบวนการ การออกแบบเสาเข็มสปันไมโครไพล์ การผลิตเสาเข็มสปันไมโครไพล์ และบริการตอกเสาเข็มเสาเข็มสปันไมโครไพล์ (Design and Manufacturing of Spun Micropile/Micropile and Pile Driving Service)

บริษัท ภูมิสยาม ซัพพลาย จำกัด ได้รับการรับรองคุณภาพ Endoresed Brand จาก SCG ด้านการผลิตเสาเข็ม สปันไมโครไพล์ และได้รับเครื่องหมาย มาตรฐาน อุตสาหกรรม เสาเข็มสปันไมโครไพล์ Spun Micro Pile และเสาเข็มไอไมโครไพล์ I Micropile พร้อมรับประกันผลงาน และความเสียหายที่เกิดจากการติดตั้ง 7+ Year Warranty เสาเข็มมีรูกลมกลวงตรงกลาง การระบายดินทำได้ดี เมื่อตอกแล้วแรงสั่นสะเทือนน้อยมาก จึงไม่กระทบโครงสร้างเดิม หรือพื้นที่ข้างเคียง ไม่ต้องขนดินทิ้ง ตอกถึงชั้นดินดานได้ ด้วยเสาเข็มคุณภาพมาตรฐานเสาเข็มคอนกรีตเสริมเหล็กแบบแรงเหวี่ยง มอก.397-2562 และมาตรฐานเสาเข็มคอนกรีตเสริมเหล็กอัดแรงหล่อสำเร็จ มอก.396-2549 การผลิตที่ใช้เทคโนโลยีที่ทันสมัย จากประเทศเยอรมัน เสาเข็มสามารถทำงานในที่แคบได้ หน้างานสะอาด ไม่มีดินโคลน ทดสอบการรับน้ำหนักโดยวิธี Dynamic Load Test ด้วยคุณภาพและการบริการที่ได้มาตรฐาน เสาเข็มเราจึงเป็นที่นิยมในงานต่อเติม

รายการเสาเข็มภูมิสยาม

(การรับน้ำหนักขึ้นอยู่กับสภาพชั้นดินในแต่ละพื้นที่)

สอบถามเพิ่มเติมได้ 24ชม. ทุกวันค่ะ
☎️ 082-790-1447
☎️ 082-790-1448
☎️ 082-790-1449
☎️ 091-9478-945
☎️ 091-8954-269
📲 https://lin.ee/hum1ua2
📥 https://m.me/bhumisiam