ออกแบบผนังถ่ายแรงได้อย่างง่ายดายโดยใช้ ETABS BIM Link

ผนังถ่ายแรง

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

สำหรับผนังที่แสดงด้านบน วิศวกรมีสองทางเลือกในการออกแบบผนัง ทางเลือกแรกคือการใช้ แบบจำลองค้ำยันและตัวดึง แม้ว่าจะเป็นวิธีที่ดีและเหมาะสม แต่ต้องใช้งานด้วยตนเองและการลองผิดลองถูกจำนวนมาก ซึ่งอาจใช้เวลานาน ทางเลือกที่สองคือการใช้การประมาณค่าในซอฟต์แวร์ FEA ระดับโลก โดยการประเมินความเค้นหลักแบบดึงเพื่อกำหนดความต้องการเหล็กเสริม และตรวจสอบว่าความเค้นหลักแบบอัดยังคงต่ำกว่ากำลังการออกแบบของ Concrete

ทางเลือกที่สองดูเหมือนจะเป็นตัวเลือกที่ใช้งานได้จริงและมีประสิทธิภาพด้านเวลามากกว่า แต่มีอันตรายที่ซ่อนอยู่ในนั้น

แรงดึงตามขวาง

เมื่อ Concrete ถูกกระทำด้วยแรงอัดสูง มักเกิดความเครียดแบบดึงในทิศทางตั้งฉาก ซึ่งเรียกว่าแรงดึงตามขวาง เมื่อเกิดขึ้น รอยแตกเล็กๆ จะเริ่มก่อตัว และ Concrete จะมีการยึดรัดน้อยลงและอ่อนแอลงในการรับแรงอัด ผลกระทบนี้ที่เรียกว่าการอ่อนตัวจากแรงอัด หมายความว่า Concrete ที่มีรอยแตกไม่สามารถรับแรงอัดได้มากเท่ากับ Concrete ที่ไม่มีรอยแตก ในมาตรฐานการออกแบบ ผลกระทบนี้จะถูกพิจารณาเมื่อออกแบบ เช่น คานลึก ในค้ำยันและ Node ของคานลึก ตัวประกอบ k ใน Eurocode (หรือ β ใน ACI) ที่มีค่าต่างกันขึ้นอยู่กับสถานการณ์ จะถูกใช้เพื่อลดกำลังรับแรงอัดสูงสุดของ Concrete เนื่องจากผลของการอ่อนตัวจากแรงอัด

IDEA StatiCa Detail

IDEA StatiCa Detail ใช้ วิธี Compatible Stress Field Method (CSFM) ซึ่งสามารถจัดการทั้งบริเวณ B และบริเวณ D (บริเวณไม่ต่อเนื่อง) ได้อย่างแม่นยำ Detail ยังรวมผลของการอ่อนตัวจากแรงอัดเข้าไปในการวิเคราะห์โดยใช้ตัวประกอบ kc2 ดังนั้นจึงให้การประเมินกำลังรับแรงของค้ำยัน Concrete ที่สมจริงและปลอดภัยยิ่งขึ้น

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

ด้านล่างนี้คือผนังเดียวกันที่นำเข้าจาก ETABS และวิเคราะห์ใน IDEA StatiCa Detail คุณจะเห็นที่มุมบนซ้ายว่า ด้วยเหล็กเสริมพื้นฐานที่กำหนด การวิเคราะห์ ULS แสดงการวิบัติแม้ว่าความเค้นอัดจะใกล้เคียงกัน (ประมาณ 15 MPa) เหตุใดจึงเป็นเช่นนั้น?

การวิบัติ ULS นี้เกิดจากการพิจารณาผลของการอ่อนตัวจากแรงอัดโดยตัวประกอบ kc2 ซึ่งลดกำลังของ Concrete ด้วยตัวประกอบ 0.75 ดังนั้นกำลังของ Concrete จึงเป็น σc,lim = fcd x k2 = 20 x 0.75 = 15 MPa นั่นคือเหตุผลที่ด้วยความเค้นอัด 15 MPa อัตราการใช้งาน (σc/σc,lim) จึงแสดงเป็น 99.5%

วิธีแก้ไขคือการเพิ่มเหล็กเสริมเพิ่มเติมเพื่อลดความเค้นอัดบางส่วนจาก Concrete ด้วยวิธีนี้ ผนังถ่ายแรงสามารถผ่านการตรวจสอบตามมาตรฐานได้ดังที่แสดงด้านล่าง ข้อกำหนดในการเพิ่มเหล็กเสริมรับแรงอัดเพิ่มเติมนี้จะถูกมองข้ามหากวิศวกรไม่ใช้ IDEA StatiCa Detail

หากคุณยังไม่ได้สังเกต ที่มุมบนซ้าย ผลลัพธ์ SLS ซึ่งรวมถึงการจำกัดความเค้น การโก่งตัว (พร้อมผลระยะยาว) และความกว้างรอยแตก ก็ถูกพิจารณาใน IDEA StatiCa Detail ด้วย ผลลัพธ์ SLS เป็นสิ่งที่สองแนวทางอื่นที่อธิบายข้างต้นไม่สามารถให้ได้ 

ดังนั้น โดยการใช้ IDEA StatiCa Detail วิศวกรสามารถรับทราบข้อมูลอย่างครบถ้วนเกี่ยวกับพฤติกรรมของผนังถ่ายแรง ไม่เพียงแต่ใน ULS แต่ยังรวมถึง SLS ด้วย

รายงาน

เมื่อการออกแบบเสร็จสิ้น วิศวกรสามารถจัดทำรายงานที่ครอบคลุมซึ่งแสดงผลการวิเคราะห์ทั้งหมดเพื่อการส่งมอบ นอกจากนี้ยังสามารถสร้างบัญชีวัสดุสำหรับเหล็กเสริมเพื่อวัตถุประสงค์ในการผลิตได้อีกด้วย

บทสรุป

การออกแบบผนังถ่ายแรงต้องการความใส่ใจอย่างรอบคอบต่อปฏิสัมพันธ์ของความเค้นที่ซับซ้อนซึ่งเกิดขึ้นภายในบริเวณ D (บริเวณไม่ต่อเนื่อง) แนวทางที่ง่ายเกินไปหรือการใช้ผลลัพธ์จากซอฟต์แวร์ FEA ระดับโลกโดยตรงอาจมองข้ามผลกระทบสำคัญ เช่น การอ่อนตัวจากแรงอัด ซึ่งนำไปสู่การประเมินกำลังของ Concrete สูงเกินจริง โดยการใช้ IDEA StatiCa Detail และการวิเคราะห์บนพื้นฐาน CSFM วิศวกรสามารถคำนึงถึงพฤติกรรมไม่เชิงเส้นเหล่านี้ได้อย่างแม่นยำ เพื่อให้มั่นใจว่าข้อกำหนดทั้ง ULS และ SLS ได้รับการตรวจสอบอย่างถูกต้อง

แหล่งข้อมูล

• บทช่วยสอนสำหรับ ETABS to Detail BIM Link