การปรับปรุงการออกแบบอาคารต้านทานแผ่นดินไหวด้วยการวิเคราะห์พลศาสตร์ไม่เชิงเส้น

Abstract

มาตรฐานการออกแบบกำหนดให้อาคารที่ทำการออกแบบใหม่ภายใต้แรงกระทำจากแผ่นดินไหวสามารถเกิดความเสียหายได้แต่ต้องไม่วิบัติพังทลายจนเกิดความเสี่ยงภัยต่อชีวิตของผู้ใช้งานอาคาร (Life safety criteria) โดยอนุญาตให้ใช้ผลวิเคราะห์แบบเชิงเส้นร่วมกับสมมติฐานภายหลังที่โครงสร้างมีพฤติกรรมแบบไม่เชิงเส้นเพื่อลดความซับซ้อนในการออกแบบ ด้วยวิธีการข้างต้นผลการวิเคราะห์ที่ได้อาจไม่ถูกต้องสมจริง โดยเฉพาะกับอาคารที่มีรูปทรงหรือองค์ประกอบโครงสร้างไม่สม่ำเสมอ ในงานวิจัยนี้จึงนำเสนอกระบวนการปรับปรุงการออกแบบอาคารจำนวน 2 กระบวนการ ได้แก่ กระบวนการออกแบบซ้ำด้วยวิธีลองผิดลองถูก และกระบวนการวิธีพลศาสตร์ไม่เชิงเส้นแบบผสมตามหลักการสมดุลพลังงาน โดยคาดหวังว่าอาคารที่ได้รับการปรับปรุงแบบจะมีประสิทธิภาพในการต้านทานแผ่นดินไหวได้ดีกว่าอาคารที่ออกแบบตามวิธีการปกติ การศึกษาเลือกพิจารณาตัวอย่างอาคารคอนกรีตเสริมเหล็กมีกำแพงรับแรงเฉือนความสูง 8 ชั้น บริเวณพื้นที่จังหวัดทางภาคเหนือ โดยการปรับปรุงโครงสร้างจะทำเฉพาะการปรับเปลี่ยนปริมาณเหล็กเสริมหลักและรองในส่วนโครงสร้างกำแพงรับแรงเฉือนและเหล็กปลอกเสาเพื่อไม่ให้กระทบต่อสติฟเนสของอาคาร ผลที่ได้จากการปรับปรุงแบบอาคารด้วยกระบวนการทั้งสองให้ผลที่ใกล้เคียงกันและแสดงให้เห็นถึงความเป็นไปได้ในการนำมาใช้ประกอบการปรับปรุงแบบอาคาร โดยพบว่าอาคารที่ปรับปรุงยังมีสมรรถนะอยู่ในเกณฑ์ความเสียหายไม่เกินระดับเป้าหมาย สามารถลดการใช้ปริมาณเหล็กเสริมลงได้อย่างมีนัยสำคัญ ทั้งนี้พบว่าเสามีปริมาณเหล็กปลอกลดลง 30% กำแพงรับแรงเฉือนมีปริมาณเหล็กยืนลดลง 52% และเหล็กเสริมตามขวางลดลง 54% เป็นผลให้สามารถจัดการกำลังความต้านทานของวัสดุได้อย่างมีประสิทธิภาพ นำไปสู่การประหยัดวัสดุและค่าแรงก่อสร้างได้อย่างมีนัยสำคัญ โดยอาคารที่ได้รับการปรับปรุงยังคงมีระดับสมรรถนะในการต้านทานแผ่นดินไหวได้ตามมาตรฐานสากล แม้ผลที่ได้จากกระบวนการทั้งสองจะใกล้เคียงกัน แต่การประยุกต์ใช้งานด้วยกระบวนการวิธีพลศาสตร์ไม่เชิงเส้นแบบผสมตามหลักการสมดุลพลังงานสามารถให้ผลที่รวดเร็วและเป็นระบบกว่า