ออกแบบผนังถ่ายแรงใต้ดินได้อย่างง่ายดายโดยใช้ ETABS BIM Link

อาคารตั้งอยู่เหนือโครงสร้างใต้ดินโดยตรง ส่งผลให้เสาเข็มบางต้นที่ปกติจะติดตั้งใต้เสาไม่สามารถก่อสร้างได้ เพื่อแก้ไขปัญหานี้ วิศวกรจึงเสนอให้ใช้ผนังถ่ายแรงเพื่อรองรับเสาที่ได้รับผลกระทบ

อย่างไรก็ตาม การออกแบบผนังถ่ายแรงมีความซับซ้อนโดยธรรมชาติ โดยเฉพาะเมื่อมีช่องเปิด นอกจากนี้ สำหรับโครงสร้างใต้ดิน การพิจารณา สภาวะขีดจำกัดการใช้งาน (SLS) เช่น การควบคุมความกว้างรอยแตก มีความสำคัญมากกว่า เนื่องจากโครงสร้างเหล่านี้สัมผัสกับดินและจึงมีความเสี่ยงต่อปัญหาความทนทานมากกว่า รวมถึงการกัดกร่อน วิธีการออกแบบที่ได้รับการยอมรับอย่างดี เช่น วิธี แบบจำลองค้ำยันและตัวดึง ส่วนใหญ่ครอบคลุมข้อกำหนด สภาวะขีดจำกัดกำลัง (ULS) แต่ไม่ครอบคลุมพฤติกรรม SLS อย่างเพียงพอ

การออกแบบผนังถ่ายแรง

การออกแบบผนังถ่ายแรงเป็นเรื่องที่ซับซ้อน เนื่องจากมักมีพฤติกรรมเหมือน บริเวณ D (บริเวณไม่ต่อเนื่อง) ซึ่งสมมติฐานหน้าตัดระนาบไม่สามารถใช้ได้ ดังนั้นสูตรเชิงประสบการณ์ทั่วไปที่พบในมาตรฐานการออกแบบจึงไม่สามารถนำมาใช้ได้ ซึ่งหมายความว่าคุณสมบัติการออกแบบในซอฟต์แวร์ FEA ระดับโลก ซึ่งมักใช้สมมติฐานการออกแบบคานหรือเสา ไม่เหมาะสมสำหรับปัญหานี้

สำหรับผนังที่แสดงด้านบน วิศวกรมีสองทางเลือกในการออกแบบผนัง ทางเลือกแรกคือการใช้ แบบจำลองค้ำยันและตัวดึง แม้ว่าจะเป็นวิธีที่ดีและเหมาะสม แต่ต้องใช้งานด้วยตนเองและการลองผิดลองถูกจำนวนมาก ซึ่งอาจใช้เวลานาน ทางเลือกที่สองคือการใช้การประมาณค่าในซอฟต์แวร์ FEA ระดับโลกโดยการประเมิน ความเค้นหลัก แรงดึง เพื่อกำหนดความต้องการ เหล็กเสริม และตรวจสอบว่า ความเค้นหลัก แรงอัด ยังคงต่ำกว่ากำลังการออกแบบของ Concrete

ทางเลือกที่สองดูเหมือนจะเป็นตัวเลือกที่ใช้งานได้จริงและประหยัดเวลามากกว่า แต่มีอันตรายที่ซ่อนอยู่ในนั้น

IDEA StatiCa Detail

IDEA StatiCa Detail ใช้ วิธี Compatible Stress Field Method (CSFM) ซึ่งสามารถจัดการทั้งบริเวณ B และ บริเวณ D (บริเวณไม่ต่อเนื่อง) ได้อย่างแม่นยำ Detail ยังรวม ผลของการอ่อนตัวจากแรงอัด เข้าไปในการวิเคราะห์โดยใช้ตัวประกอบ kc2 ดังนั้นจึงให้การประเมินกำลังของ ค้ำยันรับแรงอัด ใน Concrete ที่สมจริงและปลอดภัยมากขึ้น

IDEA StatiCa 25.1 มีฟีเจอร์ การนำเข้าองค์ประกอบผนังจาก ETABS ไปยัง IDEA StatiCa Detail โดยการใช้ BIM Link นี้ วิศวกรสามารถนำเข้าผนังจาก ETABS ได้อย่างง่ายดายเพื่อการวิเคราะห์ที่ละเอียดถี่ถ้วนยิ่งขึ้นใน IDEA StatiCa Detail

ด้านล่างแสดงผนังเดียวกันที่นำเข้าจาก ETABS และวิเคราะห์ใน IDEA StatiCa Detail คุณจะเห็นที่มุมบนซ้าย ว่าด้วย เหล็กเสริม พื้นฐานที่กำหนด การวิเคราะห์ ULS แสดงการวิบัติแม้ว่า ความเค้น แรงอัด จะใกล้เคียงกัน (ประมาณ 17 MPa) เหตุใดจึงเป็นเช่นนั้น?

การวิบัติ ULS นี้เกิดจากการพิจารณา ผลของการอ่อนตัวจากแรงอัด โดยตัวประกอบ kc2 ซึ่งลดกำลัง Concrete ด้วยตัวประกอบ 0.87 ดังนั้นกำลัง Concrete จึงเป็น σc,lim = fcd x k2 = 20 x 0.87 = 17.4 MPa นั่นคือเหตุผลที่ด้วย ความเค้น แรงอัด 17 MPa อัตราการใช้งาน (σc/σc,lim) จึงแสดงเป็น 99.5% แล้ว ผลของการอ่อนตัวจากแรงอัด นี้คืออะไร?

การอ่อนตัวจากแรงอัด

เมื่อ Concrete ถูกกดด้วย แรงอัด สูง มักจะเกิด ความเครียด แรงดึง ในทิศทางตั้งฉาก ซึ่งเรียกว่าแรงดึงตามขวาง เมื่อเกิดขึ้น รอยแตกเล็กๆ จะเริ่มก่อตัว และ Concrete จะมีการยึดรัดน้อยลงและอ่อนแอลงใน แรงอัด ผลกระทบนี้ที่เรียกว่า การอ่อนตัวจากแรงอัด หมายความว่า Concrete ที่แตกร้าวไม่สามารถรับ แรงอัด ได้มากเท่ากับ Concrete ที่ไม่แตกร้าว ในมาตรฐานการออกแบบ ผลกระทบนี้จะถูกพิจารณาเมื่อออกแบบ เช่น คานลึก ใน ค้ำยันรับแรงอัด และ Node ของ คานลึก ตัวประกอบ k ใน Eurocode (หรือ β ใน ACI) ที่มีค่าต่างกันขึ้นอยู่กับสถานการณ์ จะถูกใช้เพื่อลดกำลัง แรงอัด สูงสุดของ Concrete เนื่องจาก ผลของการอ่อนตัวจากแรงอัด โดยการใช้ IDEA StatiCa Detail ตัวประกอบการลด kc2 นี้จะถูก คำนวณโดยอัตโนมัติ ตามสภาพ ความเค้น จริง

วิธีแก้ปัญหา

วิธีแก้ปัญหาคือการเพิ่ม เหล็กเสริม เพิ่มเติมเพื่อลด ความเค้น แรงอัด บางส่วนจาก Concrete วิธีนี้ทำให้ผนังถ่ายแรงผ่าน การตรวจสอบตามมาตรฐาน ได้ดังที่แสดงด้านล่าง ข้อกำหนดในการเพิ่ม เหล็กเสริม รับ แรงอัด เพิ่มเติมจะถูกมองข้ามหากวิศวกรไม่ใช้ IDEA StatiCa Detail

หากคุณยังไม่สังเกต ที่มุมบนซ้าย ผลลัพธ์ SLS ซึ่งรวมถึงการจำกัด ความเค้น การโก่งตัว (พร้อมผลระยะยาว) และความกว้างรอยแตก ก็ถูกพิจารณาใน IDEA StatiCa Detail ด้วย ผลลัพธ์ SLS เป็นสิ่งที่สองวิธีอื่นที่อธิบายข้างต้นไม่สามารถให้ได้ 

ดังนั้น โดยการใช้ IDEA StatiCa Detail วิศวกรสามารถรับทราบข้อมูลอย่างครบถ้วนเกี่ยวกับพฤติกรรมของผนังถ่ายแรง ไม่เพียงแต่ใน ULS แต่ยังรวมถึง SLS ด้วย

รายงาน

เมื่อการออกแบบเสร็จสิ้น วิศวกรสามารถจัดทำรายงานที่ครอบคลุมแสดงผลการวิเคราะห์ทั้งหมดเพื่อการส่งมอบ นอกจากนี้ยังสามารถสร้างบัญชีวัสดุสำหรับ เหล็กเสริม เพื่อวัตถุประสงค์ในการผลิตได้อีกด้วย

บทสรุป

การออกแบบผนังถ่ายแรงต้องการความใส่ใจอย่างรอบคอบต่อปฏิสัมพันธ์ ความเค้น ที่ซับซ้อนซึ่งเกิดขึ้นภายใน บริเวณ D (บริเวณไม่ต่อเนื่อง) วิธีการที่ง่ายเกินไปหรือการใช้ผลลัพธ์ FEA ระดับโลกโดยตรงอาจมองข้ามผลกระทบสำคัญ เช่น การอ่อนตัวจากแรงอัด ซึ่งนำไปสู่การประเมินกำลัง Concrete สูงเกินไป โดยการใช้ IDEA StatiCa Detail และการวิเคราะห์ที่อิงบน CSFM วิศวกรสามารถคำนึงถึงพฤติกรรมไม่เชิงเส้นเหล่านี้ได้อย่างแม่นยำ เพื่อให้มั่นใจว่าข้อกำหนดทั้ง ULS และ SLS ได้รับการตรวจสอบอย่างถูกต้อง

แหล่งข้อมูล

• บทช่วยสอนสำหรับ ETABS to Detail BIM Link