การออกแบบอย่างเหมาะสมที่สุดของโครงข้อแข็งคอนกรีตเสริมเหล็กด้วยวิธีฮิวริสติก

Abstract

โครงสร้างคอนกรีตเสริมเหล็กเป็นที่นิยมใช้กันอย่างกว้างขวาง เนื่อง จากมีข้อดีหลายประการ อาทิ ก่อสร้างง่ายและราคาไม่แพง โดยทั่วไปการออกแบบเพื่อให้ได้โครงสร้างที่เหมาะสม คือทั้งแข็งแรงและประหยัดนั้น จะอาศัยการลองผิดลองถูก ร่วมกับประสบการณ์ของวิศวกรผู้ออกแบบเป็นสำคัญ งานวิจัยนี้นำเสนอการศึกษาและพัฒนาโปรแกรมการคำนวณออกแบบอย่างเหมาะสมที่สุด สำหรับโครงข้อแข็งคอนกรีตเสริมเหล็ก ด้วยวิธีฮิวริสติกแบบอัลกอริทึมลูกผสม เพื่อให้ได้โครงสร้างที่ประหยัดมากที่สุด โดยสามารถรับน้ำหนักบรรทุกได้อย่างปลอดภัยตามมาตรฐาน ACI 318M-08 โดยมีฟังก์ชันวัตถุประสงค์คือ ราคาค่าก่อสร้าง ที่คำนวณจากปริมาตรของคอนกรีต น้ำหนักเหล็กเสริม และพื้นที่แบบหล่อ ซึ่งการคำนวณออกแบบจะใช้โปรแกรมที่เขียนขึ้นด้วยภาษาจาวา ผลที่ได้จากกรณีศึกษาคาน เสา และโครงข้อแข็ง พบว่า การคำนวณหาคำตอบที่เหมาะสม ด้วยค่าระยะก้าวของเกรเดียนที่แตกต่างกัน คือแบบระยะก้าวคงที่ และแบบปรับระยะก้าวให้ละเอียดขึ้น ไม่ส่งผลต่อความเร็วหรือจำนวนรอบในการคำนวณมากนัก แต่จะช่วยให้ได้คำตอบที่ละเอียดขึ้น นั่นคือมีราคาต่ำกว่าเล็กน้อยเมื่อมีการปรับระยะก้าวให้ละเอียดขึ้น ทั้งนี้ สำหรับชิ้นส่วนโครงสร้างที่ต้องรับแรงดัดมากๆ ทั้งคานและเสา คำตอบที่เหมาะสมจะลู่เข้าหาชิ้นส่วนที่มีความกว้างน้อยเพื่อลดพื้นที่หน้าตัดของคอนกรีต แต่มีความลึกมากเพื่อลดพื้นที่หน้าตัดของเหล็กเสริม สำหรับโครงข้อแข็งพอร์ทัลรับเฉพาะน้ำหนักบรรทุกแผ่ในแนวดิ่ง คำตอบที่เหมาะสมที่สุดจะประกอบด้วย ชิ้นส่วนเสาที่มีขนาดเล็กเนื่องจากแรงในแนวแกนและโมเมนต์ดัดมีค่าไม่มากนัก แต่ชิ้นส่วนคาน ซึ่งต้องรับโมเมนต์ดัดเป็นหลัก ก็จะมีความกว้างน้อย แต่มีความลึกมาก เพื่อความประหยัด