1

บทท 2หลกการออกแบบอาคารตานทานแผนดนไหว

ศ.ดร.อมร พมานมาศเลขาธการสภาวศวกร

ประธานคณะอนกรรมการทดสอบความรความช านาญระดบสามญวศวกร (โยธา)

2

รปทรง

ก าลง ความเหนยว

เสถยรภาพ

หลกส ำคญของกำรออกแบบอำคำรตำนทำนแผนดนไหว

กฎกระทรวง

กฎกระทรวง

มยผ.

มยผ.

3

กำรวเครำะหดวยวธแรงสถตยเทยบเทำ

พจำรณำแผนดนไหวเปนแรงสถตยกระท ำในแนวนอน

BASE SHEAR, V

Ft

V=ZIKCS W

W = นน. อำคำรทงหมด

% gAcceleration (Sa)

4

แรงเฉอนในแนวราบทระดบพนดน V

W S C K I ZV

สมประสทธของ

ความเขมของแผนดนไหว

ตวคณเกยวกบการใชงาน

สมประสทธของโครงสราง

อาคารทรบแรงตามแนวราบสมประสทธของคาบธรรมชาต

สมประสทธของการประสาน

ความถธรรมชาต

ระหวางอาคารและชนดน

น าหนกของตวอาคาร

การรบน าหนก ความตานทาน ความคงทนของอาคาร และพนดนทรองรบอาคารตานแผนดนไหว

กฏกระทรวง พ.ศ. 2550

5

บรเวณ คา Z

1 0.19

2 0.38

ชนดของอาคาร คา Iจ าเปนตอความเปนอยของสาธารณชน 1.50

เปนทชมชนครงหนงๆ ไดมากกวา 300 คน 1.25

อาคารอนๆ 1.00

Zone Factor (Z)

Importance Factor (Z)

6

ส.ป.ส. ของโครงสรางทรบแรงในแนวราบ(K)ระบบและชนดของโครงสรางรบแรงในแนวราบ K

(1) ออกแบบใหก าแพงรบแรงเฉอน/โครงแกงแนงรบแรงทงหมด 1.33

(2) ออกแบบใหโครงตานแรงดดทมความเหนยวตาน (DMRF) ทานแรงทงหมด 0.67

(3) ออกแบบใหโครงตานแรงดดทมความเหนยวรบแรงรวมกบก าแพงรบแรงเฉอนหรอโครงแกงแนง โดยมขอก าหนด ดงน

- โครงตานทานแรงดดทมความเหนยวตองรบแรงในแนวราบไดไมนอยกวา 25%

- ก าแพงรบแรงเฉอน/โครงแกงแนงเมอแยกออกจากโครงสรางตองรบแรงไดทงหมด

- โครงตานทานแรงดดทมความเหนยว + ก าแพงรบแรงเฉอน/โครงแกงแนง ตองสามารถรบแรงในแนวราบได

ทงหมด โดยสดสวนของแรงทกระท าตอโครงสรางแตละระบบ ใหเปนไปตามสดสวนความคงตว (Rigidity) โดย

ค านงถงการถายเทแรงระหวางโครงทงสอง

0.80

(4) หอถงน า รองรบดวยเสาไมนอยกวา 4 ตน มแกงแนงยดและไมตงอยบนอาคาร

หมายเหต คา K คณกบ C ตองไมนอยกวา 0.12 และไมเกน 0.25

2.50

(5) โครงตานทานแรงดดทมความเหนยวจ ากดและโครงสรางระบบอนๆนอกเหนอจาก (1) ถง (4) 1.00

7

0.12

C

T

]12.0,15

1[

TMinC

(1) ส าหรบอาคารทวไป

(2) ส าหรบอาคารทมโครงตานทานแรงดดทมความเหนยว

T = 0.1N

DhT n /09.0

ลกษณะของชนดน คาของ S

หน 1.0

ดนแขง 1.2

ดนออน 1.5

ดนออนมาก 2.5

C-factor

Soil Factor ดนออนมาก : ดนเหนยวออนทมก ำลงตำนทำนแรงเฉอนของดนในสภำวะไมระบำยน ำ ไมมำกกวำ 2,400 กก./ม.2 และมควำมหนำของชนดนมำกกวำ 9 ม. เชน กทม. นนทบร ปทมธำน สมทรปรำกำร และสมทรสำคร

8

การกระจายแรงเฉอน ใหแปลงแรงเฉอนในแนวราบทระดบพนดนออกเปนแรงในแนวราบทช นบนสดของอาคารดงน

Ft = Min(0.07TV , 0.25V)

โดยหาก T นอยกวาหรอต ากวา 0.7 วนาท ใหใชคา Ft = 0

ใหกระจายแรงเฉอนในแนวราบออกเปนแรงในแนวราบตอพนชนตางๆ Fx (รวมชนบนสด) ดงน

Fx = (V – Ft)wxhx

Swihii=1

n

T : คาบของโครงสราง (วนาท)wx,wi : น าหนกของพนชนท x และชนท ihx,hi : ความสงจากระดบพนดนถงพนชนท x และชนท ix,i =1 : ส าหรบพนชนแรกทอยสงจากถดจากพนชนลางของอาคาร

: ผลรวมของผลคณระหวางน าหนกกบความสงจากพนชนท 1 ถง nn : จ านวนชนทงหมดทอยเหนอระดบพนดนSwihii=1

n

9

แรงตามแนวดง แรงตามแนวนอน

10

กำรวบตมกเกดขนทปลำยชนสวน 1. ตองเสรมเหลกปลอกใหแนหนำ2. ตองหลกเลยงกำรทำบตอเหลกเสรมบรเวณดงกลำว

11

uD

q

แรงระยะเคลอนตวทำงรำบ

หลกกำรออกแบบอำคำรตำนทำนแผนดนไหว

12

Elastic Design

uD

แรงแผน

ดนไหว

ระยะเคลอนตว yDuD

ความเหนยวทตองการ

ครากแรงแผน

ดนไหว

ระยะเคลอนตว

Yielding Design

13

uD

Beam sidesway mechanism Column sidesway mechanism

uD

1q

2q

หลกกำรออกแบบอำคำรตำนทำนแผนดนไหว

Weak beam-strong column

Code recommended !!!

Require less curvature ductility demand

Soft story mechanism

ตองออกแบบใหคำนมก ำลงต ำกวำเสำ

14

การออกแบบโครงขอแขงโดยวธ Capacity designConcept: Prof. T. Paulay and R. Park (University of Canturbury, NZ)

Code: ACI Building Code

ขนท 1 ออกแบบคานรบโมเมนตดด

n0.75(1.4 MD +1.7 ML + 1.87ME)M f

Weak beam – Strong column

MgME

ACI 318-99

15

ขนท 2 ออกแบบคานรบแรงเฉอน

Mn1 Mn2

แรงเฉอนทเกดจำกน ำหนกบรรทกแนวดงเพมคำ = Wu L/2

Wu

L

Mn1 Mn2

n2n1

L

MM +

แรงเฉอนทเกดขนเมอปลำยคำนเกดโมเมนตดด =

nV >f

uV

2

Wu L+

n2n1

L

MM +u

V

u0.75(1.4 VD +1.7 VL+1.87 x 2 x VE)V

16

ขนท 3 ออกแบบเสารบโมเมนตดด

MngMnc

5

6

ขนท 4 ออกแบบเหลกตามขวางใหเสา

Shear failure ----- ตองออกแบบเสำรบแรงเฉอนดวย

Buckling ------ ระยะเรยงเหลกปลอก

Confinement ----- ระยะเรยงเหลกปลอก และ 135 degree hook

cM ผลรวมก ำลงตำนทำนโมเมนตของเสำgM ผลรวมก ำลงตำนทำนโมเมนตของคำน

cM

cM

gMgM

MngMnc

โครงทมควำมเหนยวพเศษ ในอเมรกำ ญปน เปนตน

โครงทมควำมเหนยวจ ำกด

17

1. ระยะเรยง: S1 < d/4 or 24ds or 8 db or 30 cm 2.1 +Mnl > 1/3 –Mnl 2.2 +Mnr > 1/3 –Mnr 2.3 +Mn and –Mn at any section > 1/5 max(Mnl, Mnr)3. ควรหลกเลยงกำรทำบเหลกในระยะ 2h จำกขอบเสำ4. S2 จะตองไมมำกกวำ d/2

6db ≥ 75 mm

D = 4db

db

Seismic Hook

โครงทมความเหนยวจ ากด

18

รำยละเอยดกำรเสรมเหลกในเสำ

1. s0 ตองไมเกนa. 8 เทำของ dia เหลกยนb. 24 เทำ dia เหลกปลอกc. ดำนแคบ/2 d. 30 cm.

2. l0 ตองไมนอยกวำa. H/6 ข. Bs ค. 50 ซม.

3. ไมทำบตอเหลกยนในระยะ l04. St ตองไมมำกกวำ 2S0

Colu

mn t

ies

l0

BL > Bs

Beam

st

l0

s0

< s0/2

< s0/2

Bs

BL

Beam

l0

19

• ของอ (Hook) : จะตองใชของอ 90 องศาและ 135 องศา ส าหรบอาคารทวไปและอาคารสาธารณะตามล าดบ

(ทมำ มยผ. 1301-54)

20

ขนท 5 ออกแบบจดตอ

จดตอจะตองไมวบตกอนทคำนจะครำก

cM

cM

gMgM

gMgM

Gravity

Earthquake

21

0.85fc ba

0.85fc ba

As2 fs

As2 fy

As1 fsAs1 fy

Vcol

เสำ

แรงเฉอนแนวนอนในขอตอVj = As1 fs + 0.85fc ba + As1 fy - Vcol

Vj = As2 fy + As1 fy - Vcol

พฤตกรรมของขอตอคานเสา

Joint shear failure

Mn1Mn2

คำน

กำรออกแบบVj < f Vjn

As1

As2

22

Detail of transverse joint reinforcement

Typical Specimen JTR SpecimenModified IMRF

SMRF Specimen

2-RB6@50 1-DB10@50No joint

reinforcement

23

การวบตของจดตอ

Typical Specimen JTR Specimen SMRF Specimen

Joint Shear Failure Joint Shear Failure Joint Shear Failure

ไมใสเหลกปลอก ใสเหลกปลอก 6 เทำของเหลกปลอกขนต ำ

ใสเหลกปลอก 10 เทำของเหลกปลอกขนต ำ

24

-100

-80

-60

-40

-20

0

20

40

60

80

100

-6 -4 -2 0 2 4 6

Story drift(%)

Sto

ry s

hea

r fo

rce

(kN

)

Experiment

-100

-80

-60

-40

-20

0

20

40

60

80

100

-6 -4 -2 0 2 4 6

Story drift(%)

Sto

ry s

hea

r fo

rce

(kN

)

Experiment

-100

-80

-60

-40

-20

0

20

40

60

80

100

-6 -4 -2 0 2 4 6

Story drift(%)

Sto

ry s

hea

r fo

rce

(kN

)

Experiment

-100

-80

-60

-40

-20

0

20

40

60

80

100

-100

-80

-60

-40

-20

0

20

40

60

80

100

-6 -4 -2 0 2 4 6

Story drift(%)

Sto

ry s

hea

r fo

rce

(kN

)

Experiment

25

คำน

เสำ เหลกปลอกในขอตอAv = 3.5 b s/ fy

กำรออกแบบเพอปองกนกำรวบตทจดตอ

1. หนำตดเสำมขนำดโตพอ2. เหลกปลอกในขอตอขนต ำ

26

• การออกแบบเหลกเสรมในขอตอเสาคาน 3. ก าลงรบแรงเฉอนระบ มคาดงตอไปน

- ขอตอไดรบการยดรงจากคานทง 4 ดาน,

- ขอตอไดรบการยดรงจากคานทง 2 หรอ 3 ดาน,

- ขอตออนๆ,

4 ดาน 2/3 ดาน อนๆ

jcn AfV 4.1

Vj < fVn

jcn AfV 25.1

jcn AfV 0.1

jcn AfV 4.5

jcn AfV 9.3

jcn AfV 2.3

หนวย SI หนวย metric

27

ทมำ มยผ. 1301-54

28

การตรวจสอบความมนคงของโครงสรางการตรวจสอบการเคลอนตวระหวางชน (Interstory drift)

D iw

ii h

R

h005.0,

04.0min

D iw

ii h

R

h004.0,

03.0min

• เมอ T < 0.70 s

• เมอ T >= 0.70 s

โดยคาการเคลอนตวระหวางชนสามารถค านวณไดจากโปรแกรมคอมพวเตอร 3 มต (ไมรวมผลของการบด)

h

V

V

beam

column

DRIFT

Stiffness effect

29

การตรวจสอบความมนคงของโครงสราง

30

การตรวจสอบการพลกคว า (Overturn)

การตรวจสอบความมนคงของโครงสราง

O

R

M

MSF ..

เมอ Mo คอ โมเมนตพลกคว าMR คอ โมเมนตตานการพลกคว า

ตองมากกวา 1.5

68.12 T

97.66 T

84.25 T

70.85 T

57.44 T

44.04 T

30.64 T

17.67 T

4.5

8.0

11

.5

15

.0

18

.5

22

.0

25.5

29.0

5.0 5.0 5.0 5.0 5.0

W=8,557.64 T

A

31

การตรวจสอบผลกระทบเนองจากแรงและการเคลอนตว (P-D Effect)

ii

iii

hV

P Dq

สมประสทธความมนคง (Stability Coefficient) ซงเปนอตราสวนระหวางโมเมนตทเพมขนเนองจากการเคลอนตวทางขางตอโมเมนตทเกดจากแรงแผนดนไหว หากไมเกน 0.10 ไมตองคด P-D

การตรวจสอบความมนคงของโครงสราง