1

รปูแบบโครงสร้าง (Structural Systems)

ศ.ดร.อมร พิมานมาศ ภาณุวฒัน์ จ้อยกลดั

ปรีดา ไชยมหาวนั

บทที ่5

2

แรงแผน่ดินไหว

• ตามหลกัของวิธี แรงสถิตยเ์ทียบเท่า (Equivalent static) ซ่ึงนิยมใช้ในการออกแบบอาคารต้านแผน่ดินไหว ความเร่งของโครงสร้าง (Structural acceleration) จะถกูใช้เป็นตวัค านวณ แรงเฉือนทีฐ่าน(Base Shear)

• ความเร่งของโครงสร้างซ่ึงเป็นผลมาจากการสัน่สะเทือนของพืน้ดิน (Ground acceleration : PGA) จะมีค่าเท่าใดนัน้ ขึน้อยู่กบัปัจจยัหลายประการ

แรงเฉือนท่ีฐาน (V) = ความเร่งของโครงสร้าง (A*) x น ้าหนักของโครงสร้าง (W)

V = (ZIKCS)W ส าหรบั UBC85V = (ZIC/Rw)W ส าหรบั UBC91หรือ

3

รปูแบบของโครงสร้าง VS แรงแผน่ดินไหว

• อย่างไรกดี็การออกแบบให้โครงสร้างต้านทานแรงแผน่ดินไหวทัง้หมด โดยไม่ยอมให้เกิดความเสียหายใดๆเลย เป็นวิธีท่ีไม่ประหยดั

• และเน่ืองจาก การเสียรปูแบบไม่ยืดหยุ่น (inelastic deformations) มีส่วนช่วยลดแรงจากแผน่ดินไหวลงได้

• ดงันัน้การยอมให้โครงสร้างเกิดการเสียรปูในระดบัหน่ึง (ซ่ึงซ่อมแซมได้ภายหลงั) จึงเป็นท่ีวิธีท่ีนิยมส าหรบัการออกแบบโครงสร้างทัว่ไป

• ทัง้น้ีโครงสร้างจะมีการเสียรปูแบบไม่ยืดหยุ่นมากน้อยเพียงใดขึน้อยู่กบั รปูแบบของโครงสร้าง (structural systems) ท่ีพิจารณา

4

รปูแบบโครงสร้างท่ีก าหนดตามมาตรฐาน UBC91

• ตามมาตรฐาน UBC ได้ก าหนดรปูแบบโครงสร้างมาตรฐานไว้ 4แบบ ดงัน้ี

(1) Moment Resisting Frame System

(2) Dual System

(3) Building Frame System

(4) Bearing Wall System

5

เปรียบเทียบรปูแบบของโครงสร้างตามมาตรฐานUBC91

Moment Resisting Frame

Dual System Building Frame System

Bearing Wall System

6

Moment Resisting Frame• คือ โครงดดั (frame) ท่ีองคอ์าคารต่างๆ เช่น คาน (beams) เสา

(Columns) และจดุต่อ (joints)

ถกูออกแบบให้รบัแรงทัง้ในแนวด่ิง

(vertical loads) และแรงทางข้าง

(lateral loads) ด้วยพฤติกรรมการ

ดดัเป็นหลกั (flexural action)

7

Moment Resisting Frame• มาตรฐาน UBC91 แบง่ Moment Resisting Frame ออกเป็น 3 ระดบั

ดงัน้ี(1) Ordinary Moment Resisting Frame (OMRF) : Zone 1

(2) Intermediate Moment Resisting Frame (IMRF) : Zone 1, 2

(3) Special Moment Resisting Frame (SMRF) : Zone 3, 4

• มาตรฐาน UBC85 แบง่ Moment Resisting Frame ออกเป็น 2 ระดบั ดงัน้ี

(1) Limited Ductile Moment Resisting Frame = OMRF & IMRF

(2) Ductility Moment Resisting frame = SMRF

8

Dual System• คือ ช่ือเรียกของโครงสร้างท่ีมีพฤติกรรมร่วมกนัระหว่ง โครงดดั (frame)

และก าแพงรบัแรงเฉือน (shearwalls) ซ่ึงประกอบด้วย 3 เง่ือนไข ดงัน้ี

(1) โครงดดัและก าแพงเฉือนร่วมกนัรบัแรงแนวด่ิง (Gravity loads)(2) โครงดดัเพียงอย่างเดียวต้องรบั

แรงทางข้างได้ไม่ต า่กว่า 25%ของแรงเฉือนท่ีฐานทัง้หมด

(3) การกระจายแรงทางข้างท่ีเข้าสู่โครงดดัและก าแพงเฉือนต้องแบ่งตามความแขง็แกร่งสมัพทัธ ์(Relative Rigidities)ของโครงดดัและก าแพง

9

Dual System

• ส าหรบั Zone 3 และ 4 โครงดดัเพียงอย่างเดียวต้องถกูออกแบบให้เป็น SMRF และก าแพงรบัแรงเฉือนต้องถกูออกแบบให้มีความเหนียว

• ส าหรบั Zone 2 (A&B) โครงดดัต้องถกูออกแบบให้เป็น IMRFโดยท่ีก าแพงรบัแรงเฉือนอาจไม่ต้องออกแบบให้มีความเหนียว

• ส าหรบั Zone 1 และ 0 โครงดดัอาจออกแบบให้เป็น OMRF โดยท่ีก าแพงรบัแรงเฉือนไม่ต้องออกแบบให้มีความเหนียว

10

Dual System

• ดงันัน้จากข้อก าหนดท าให้ใน Zone 1 และ 0 โครงสร้างแบบ Dual system จะไม่เกิดขึน้จริง เน่ืองจากโครงดดัไม่มีความสามารถท่ีจะช่วยรบัแรงทางข้างท่ีเกิดขึน้ได้

• ท าให้พืน้ท่ีๆมีความรนุแรงของแผน่ดินไหวต า่ โครงสร้างท่ีมีโครงดดัร่วมกบัก าแพงรบัแรงเฉือนจะสอดคล้องตามเง่ือนไขท่ี (3) เท่านัน้

• ทัง้น้ีโครงสร้างมีโครงดดัและก าแพงรบัแรงเฉือน ซ่ึงสอดคล้องเฉพาะกบัเงื่อนไขท่ี (3) จะมีช่ือเรียกว่า Shearwall-frame interactive systems ไม่ใช่ Dual systems

11

Building Frame System

• คือ ช่ือเรียกของโครงสร้างซ่ึงใช้โครงดดัรบัเฉพาะแรงในแนวด่ิงและใช้ก าแพงรบัแรงเฉือนรบัแรงในแนวราบทัง้หมดแต่โครงดดัจะต้องออกแบบให้รบัโมเมนตแ์ละแรงเฉือนท่ีเกิดขึน้เน่ืองจากการเคล่ือนท่ีของโครงดดัท่ีมีค่าเท่ากบักบัก าแพงเฉือน

• แต่โครงดดัไม่ได้รบัแรงด้านข้าง ดงันัน้ไม่ต้องท ารายละเอียดการการเสริมเหลก็

12

Bearing Wall System

• คือ ช่ือเรียกของโครงสร้างท่ีไม่มีโครงดดัและใช้ก าแพงรบัแรงเฉือนรบัทัง้แรงในแนวด่ิงและแนวราบ

• ส าหรบัพืน้ท่ีๆมีความรนุแรงของแผน่ดินไหวก าแพงรบัแรงเฉือนต้องออกแบบให้มีความเหนียว

• และไม่จ าเป็นต้องมีความเหนียวส าหรบัพืน้ทีๆมีความรนุแรงต า่

13

ค่าตวัลดก าลงัส าหรบัโครงสร้างรปูแบบต่างๆ

• ซ่ึงส าหรบัมาตรฐาน UBC91 ได้ก าหนด ตวัลดก าลงั (Rw) ส าหรบัโครงสร้างรปูแบบต่างๆ ไว้ดงัน้ี

Structural System Zone 3 & 4 Zone 2 Zone 1

Moment Resisting Frame 12 8 5

Dual System 12 9 8*

Building Frame System 8 8 -

Bearing Wall System 6 6 6

* คือ Shearwall-Frame Interactive System

14

ขอบคณุครบั