ค่าแรงลมสถิตเทียบเท่าเพื่อใช้ในการคำนวณออกแบบอาคารสูง ในกรุงเทพฯ

Abstract

ปัจจุบันมีการออกแบบ และ ก่อสร้างอาคารที่มีความสูงเป็นจำนวนทุกในกรุงเทพฯ อีกทั้งยังมี แนวโน้มว่าจะมีความสูงมากขึ้น ข้อบัญญัติกรุงเทพมหานคร ปีพ.ศ. 2522 ก็ได้ใช้มานานกว่า 10 ปีแล้ว ซึ่งจะให้ค่าหน่วยแรงลมต่ำไปหากนำค่าขั้นต่ำไปใช้ในการออกแบบอาคารสูง เนื่องจากทฤษฎีพื้นฐานเดิมที่ใช้จำกัด ที่ความสูงราว 100 เมตร การศึกษาในครั้งนี้ได้นำเอาวิธีวิเคราะห์โครงสร้างโดยใช้ทฤษฎีการสั่นสะเทือน แบบสุ่ม เพื่อหาค่าการตอบสนองชองโครงสร้างอาคารสูงรูปสี่เหลี่ยมผืนผ้าต่อแรงลม แล้วนำค่าการตอบสนองของโครงสร้างที่ได้ ไปหาค่าหน่วยแรงลมสถิตเทียบเท่าที่ใช้ในการออกแบบอาคาร ในการวิจัยนี้ ได้ใช้ทฤษฎีค่าปลายสูด (Extreme Value Theory) หาค่ากว่าเร็วลมสูงสุดที่จะมีโอกาสเกิดขึ้นได้ไนรอบ 50 ปี และ 100 ปี โดยใช้ข้อมูลความเร็วลมสูงสูดในแต่ละปี จากสถานตรวจอากาศดอนเมือง ตั้งแต่ปี พ.ศ. 2494 ถึง พ.ศ. 2530 หลังจากนั้นทำการวิเคราะห์หาค่าการตอบสนองของโครงสร้างต่อแรงลม โดยใช้วิธีที่เสนอโดย Solari และ คณะกรรมการทางด้านลม และ พลศาสตร์ของ ASCE ตัวแปรที่พิจารณาได้แก่ ความสูงของโครงสร้าง สัดส่วน (ความสูงต่อความลึก) และค่าความถี่ธรรมชาติของโครงสร้าง ตลอดจนลักษณะของสภาพภูมิประเทศที่โครงสร้างนั้นตั้งอยู่ ตัวแปรเหล่านี้ได้เลือกให้ครอบคลุมอยู่ในช่วงที่พบมาก ในทางปฏิบัติ จากผลการวิเคราะห์พบว่า เมื่อระดับความสูงเพิ่มขึ้นค่าหน่วยแรงลมเฉลี่ยจะเพิ่มขึ้นแต่ค่าตัวประกอบ การตอบสนองการกรรโชกของลมจะลดลง และ ค่าหน่วยแรงสมสถิตเทียบเท่าจะมีค่าเพิ่มขึ้น การถดค่าอ"ตราส่วน ความกว่างชองด้านปะทะลมต่อความสูงชองโครงสร้างจาก 1:3 เป็น 1:7 จะให้ค่าตัวประกอบการตอบสนอง การกรรโชกชองลมเพิ่มขึ้นประมาณ 5 เปอร์เซนต์ การเพิ่มค่าอัตราส่วนความกว้างของด้านปะทะลมต่อระยะในแนวทิศทางลม จะทำให้ค่าตัวประกอบการตอบสนองการกรรโชกชองลมเพิ่มขึ้นน้อยมาก (น้อยกว่า 2 เปอร์เซนต์) สำหรับโครงสร้างที่มีความสูง และ ลัดส่วนเท่ากัน โครงสร้างที่ค่อนข้างอ่อน จะให้ค่าตัวประกอบการตอบสนองการกรรโชกของลมมากกว่าโครงสร้างที่แข็งกว่า ค่าแตกต่างนี้ อยู่ในราว 5 เปอร์เซนต์ สำหรับช่วงสติฟเนสที่พิจารณา เมื่อเปรียบเทียบผลทีได้จากการศึกษาในครั้งนี้กับข้อบัญญัติกรุงเทพมหานคร ปี พ.ศ. 2522 ในส่วนที่ว่าด้วยหน่วยแรงลมออกแบบ พบว่า เมีอโครงสร้างมีความสูงมากกว่าประมาณ 100 เมตร หน่วยแรงลมสถิตเทียบเท่าที่ได้จะมีค่าสูงกว่าค่าขึ้นต่ำที่กำหนดไว้ เช่น ในโครงสร้างที่สูง 200 เมตร ค่าหน่วยแรงลมสถิติเทียบเท่าที่ระดับความสูงของโครงสร้าง จะให้ค่าที่มากกว่าที่กำหนดไว้ในข้อกำหนดฯ ประมาณ 25 เปอร์เซ็นต์