Wind Load
การคำนวณแรงลมที่กระทำต่อโครงสร้าง เป็นหนึ่งในเรื่องที่มีความสลับซับซ้อนในการคำนวณ มีหลายอย่างที่ต้องทำความเข้าใจ ตั้งแต่ธรรมชาติของกระเเสลม สภาพพื้นที่ที่ลมพัดผ่าน คุณสมบัติการต้านลมของโครงสร้าง แรงลมที่กระทำบนผิวโครงสร้างในส่วนต่างๆ มีทั้งส่วนที่เป็นบวกและลบ
มาตรฐานแรงลม
การคำนวณแรงลมสำหรับอาคารโดยทั่วไปมักอ้างอิงค่าแรงลมตาม กฎกระทรวงฉบับที่ 6 หรือข้อบัญญัติกรุงเทพมหานคร เรื่องควบคุมอาคาร ซึ่งให้ค่าแรงลมออกแบบไว้ดังนี้
ค่าแรงลมตามกฎหมาย เป็นค่าขั้นต่ำที่ผู้ออกแบบต้องทำตาม ใช้ได้กับอาคารทั่วไป มีบางโครงการเท่านั้นที่อาจมีข้อกำหนดพิเศษ ให้คำนวณแรงลมโดยละเอียด ซึ่งต้องไปดูมาตรฐานการคำนวณแรงลมที่ละเอียดขึ้น ในประเทศไทยมีมาตรฐาน มยผ.1311 เป็นมาตรฐานวิธีคำนวณแรงลมโดยเฉพาะ หรือจะอ้างอิงมาตรฐานต่างประเทศเช่น ASCE7 หรือ Eurocode ก็ได้เช่นกัน สำหรับการออกแบบงานสะพานจะอ้างอิงมาตรฐาน AASHTO ซึ่งแต่ละมาตรฐานมีวิธีการคำนวณในทำนองเดียวกัน
ความเร็วลมออกแบบ ฺBasic Wind Speed
โดยธรรมชาติความเร็วลมจะแตกต่างกันไปตามพื้นที่ ไม่คงที่ตามห้วงเวลา แปรเปลี่ยนตามระดับความสูง ในการคำนวณจะใช้ค่าความเร็วลมเฉลี่ยเป็นค่าตั้งต้นในการออกแบบ ข้อมูลความเร็วลมในพื้นที่เปิดโล่งที่ระดับความสูง 10 เมตร จะถูกนำมาหาค่าเฉลี่ย ในสมัยก่อนนิยมใช้ค่าความเร็วลมเฉลี่ยสูงสุดในระยะทาง 1 ไมล์ (Fastest-mile wind speed) แต่ใน code ออกแบบสมัยใหม่เกือบทั้งหมด ปรับมาใช้ค่าความเร็วลมกรรโชกเฉลี่ยในคาบ 3 วินาที (3-second gust wind speed) เป็นค่าความเร็วลมในการคำนวณ ส่วนมาตรฐาน มยผ.1311 ใช้ค่าความเร็วลมเฉลี่ยในคาบ 1 ชั่วโมง
พื้นฐานการคำนวณแรงลมโดยละเอียด
เมื่อต้องคำนวณแรงลมโดยวิธีละเอียด ไม่ว่าจะใช้ code ใดก็ตาม จะมีปัจจัยพื้นฐานหลัก คล้ายๆกัน ดังต่อไปนี้
1. ความเร็วพื้นฐานของกระแสลม - code ออกแบบสมัยใหม่ใช้ 3-second gust wind speed ต้องพิจารณาข้อมูลแรงลมที่เรามีอยู่ ถ้าไม่ใช่ค่า 3-second gust wind speed ก็ต้องแปลงค่าความเร็วลมเสียก่อน จึงจะ follow การคำนวณแรงลมตาม code นั้นได้ อย่างในประเทศไทยใช้มาตรฐาน มยผ.1311 ซึ่งใช้ค่าความเร็วลมเฉลี่ยใน 1 ชั่วโมง ก็ต้องคูณด้วยค่าปรับแก้เพื่อให้เป็น 3-second gust wind speed จึงจะไปคำนวณ follow ตาม code อย่าง ASCE7-16 หรือ AASHTO ฉบับล่าสุดได้ รูปด้านล่างใช้แปลงค่าความเร็วลมเฉลี่ย แกนตั้งเป็นอัตราส่วนระหว่างความเร็วที่สนใจกับความเร็วเฉลีย 1 ชั่วโมง (3600 วินาที) จากกราฟที่ gust duration 3 วินาทีในแกนนอน จะตัดเส้นกราฟที่ค่า 1.52 ในแกนตั้ง ก็จะได้ค่าปรับแก้ความเร็วลมเฉลี่ย จากต่อชั่วโมงเป็นต่อ 3 วินาที
2. Topographic Factor - สภาพพื้นที่แวดล้อมที่ลมพัดผ่าน เมื่อลมพัดผ่านภูมิประเทศแบบต่างๆ จะเกิดการเปลี่ยนแปลงความเร็วของกระแสลม
3. การกระจายความเร็วลมตามระดับความสูงจากพื้นดิน - ที่ระดับต่ำลมจะสูญเสียความเร็วเนื่องจากการปะทะกับสิ่งกีดขวางต่างๆ ส่วนที่ระดับสูงขึ้นไปกระแสลมจะมีความเร็วสูงขึ้น
4. การเปลี่ยนแปลงความหนาแน่นของมวลอากาศ - มวลอาการที่ระดับน้ำทะเลปานกลางมีค่า 1.225 kg/cu.m. ที่ระดับสูงขึ้นไปมวลอากาศจะเบาบางลงเรื่อยๆ แต่ปัจจัยนี้ไม่จำเป็นต้องปรับแก้ก็ได้ เพราะใช้ค่ามวลที่มีค่ามากที่สุดถือว่าการคำนวณมีความปลอดภัย บางมาตรฐานก็ไม่ได้อ้างถึงปัจจัยนี้
5. Gust Factor - ลักษณะโครงสร้างที่รับลม ขนาดกว้าง ยาว ความแข็งอ่อนของโครงสร้าง มีผลกระทบต่อการเพิ่มค่าความแรงของแรงลมที่กระทำต่อโครงสร้าง โครงสร้างที่มีลักษณะ flexible จะทำให้เกิดกระแสลมปั่นป่วนมาก โครงสร้างที่ค่าความถี่ธรรมชาติต่ำกว่า 1 Hz จัดเป็นโครงสร้างประเภท flexible ส่วนโครงสร้างที่มีความถี่ธรรมชาติตั้งแต่ 1 Hz ขึ้นไป จัดเป็นประเภท Rigid
6. Drag coefficient หรือ Pressure Coefficient - ส่วนนี้จะเป็นตัวกำหนดแรงบนพื้นที่รับลมในส่วนต่างๆของโครงสร้าง ใช้ค่าตามที่มาตรฐานนั้นๆกำหนดไว้
ไม่มีความคิดเห็น:
แสดงความคิดเห็น