การเปรียบเทียบผลการออกแบบพื้นไร้คานคอนกรีตอัดแรงด้วยวิธีโครงข้อแข็งเสมือนสองมิติ

Abstract

โครงสร้างพื้นไร้คานคอนกรีตอัดแรงเป็นที่นิยมใช้กันอย่างแพร่หลายกันในปัจจุบัน ซึ่งในมาตรฐาน ACI318 ได้แนะนำวิธีโครงข้อแข็งเสมือน (Equivalent Frame Method) ซึ่งเป็นการมองแผ่นพื้นให้เป็นคาน และรองรับด้วยเสาที่มีการเพิ่มความแข็งเนื่องจากการบิดตัวของแผ่นพื้นที่เกิดในแนวที่ตั้งฉากกับแนวของแผ่นพื้นที่กำลังพิจารณา วิธีดังกล่าวนี้เป็นการมองโครงสร้างในแบบสองมิติ ดังนั้นถ้าตำแหน่งของเสาในอาคารไม่ได้ถูกจัดอยู่ในแนวเส้นตรงที่ตั้งฉากกันอย่างเป็นระเบียบแล้ว การวิเคราะห์แบบนี้อาจจะให้ผลคำตอบที่ผิดเพี้ยนไปจากพฤติกรรมจริงของโครงสร้างได้ในระดับหนึ่ง แต่ในปัจจุบันมีโปรแกรมที่ใช้ออกแบบพื้นไร้คานคอนกรีตอัดแรง โดยวิเคราะห์แผ่นพื้นด้วยวิธีไฟไนท์อิลิเมนต์แบบแผ่น (Plate Element) ซึ่งเป็นการมองโครงสร้างในแบบสามมิติโดยตรง บทความนี้เป็นการเปรียบเทียบค่าหน่วยแรงเฉลี่ยที่จะนำไปใช้ในการออกแบบพื้นไร้คานคอนกรีตอัดแรง ระหว่างที่วิเคราะห์ได้มาจากวิธีโครงข้อแข็งเสมือนสองมิติโดยใช้โปรแกรม Adapt-PT และวิธีไฟไนท์อิลิเมนต์แบบแผ่นสามมิติโดยใช้โปรแกรม RAM Concept โดยได้ตั้งกรณีศึกษาเปรียบเทียบ สำหรับลักษณะการวางของตำแหน่งเสาที่แตกต่างกันหลายกรณี จากการศึกษานี้พบว่า กรณีที่มีการจัดวางตำแหน่งของเสาที่ไม่อยู่ในแนวเส้นตรงที่ตั้งฉากกันอย่างเป็นระเบียบทั้งหมด 6 กรณี วิธีโครงข้อแข็งเสมือนสองมิติจะให้มีค่าค่าหน่วยแรงเฉลี่ยที่มากกว่าในเชิงที่ปลอดภัย (Conservative) เมื่อเทียบกับผลได้จากวิธีไฟไนท์อิลิเมนต์สามมิติ Nowadays, post-tensioned concrete flat slabs are widely used. In the ACI318 building codes, one of the recommend methods to analyze the flat slab structures is Equivalent Frame Method or EFM. This method analyzes the flat slab as beam members that are supported by columns with additional torsional stiffness from the strips of the flat slab running in the perpendicular direction. This EFM is considered to be 2D method. If the columns in the floor plans are not align in the strength orthogonal pattern, the result of the EFM would be somewhat different from the actual behaviour of the structures. Recently, there are analysis and design programs for post-tension flat slabs. These programs use plate finite elements to analyze the flat slab structures in 3D fashion. This paper presents the comparison of average stresses calculated from two different methods: the 2D EFM using Adapt PT program and the 3D finite element method using RAM Concept program. Six different non-orthogonal column layouts have been investigated. From this study, it was found that the 2D equivalent frame method gives conservative average stresses compared to the 3D finite elememt method.