วิศวกรออกแบบโครงสร้างกับขั้นตอนการทำงาน

              การออกแบบโครงสร้าง เป็นงานหลักของงานวิศวกรรม ผมเคยได้ยินคำพูดของคนบางคน ในหน่วยงานที่ผมรับราชการอยู่ ( หลายคนมักจะพูดว่าในที่ทำงานของผม ซึ่งพูดผิดหลักไวยากรณ์ไทยและความหมาย ถ้าคุณไม่ใช่เจ้าของที่ทำงาน เพราะนั่นหมายถึงคุณเป็นเจ้าของที่ทำงาน ครับ ) ชอบพูดว่างานออกแบบโครงสร้างเป็นงานง่าย เพราะใช้คอมพิวเตอร์ทำ คนจำพวกนี้ เป็นคนที่ไม่ค่อยจะรู้เรื่องคอมพิวเตอร์ คงคิดว่าคอมพิวเตอร์เหมือนร้านอาหารตามสั่ง ที่สั่งได้ตามใจและได้ตามที่สั่ง การสั่งคอมพิวเตอร์ทำงาน ไม่ง่ายเหมือนสั่งอาหาร ครับ คอมพิวเตอร์จะทำงานตามที่สั่งได้ จะต้องมีโปรแกรมใช้งาน ( Application Software ) และใส่ข้อมูล ( Data ) ต่าง ๆ เป็นข้อมูลเข้า ( Input ) ถ้าข้อมูลผิด ผลลัพท์ที่คอมพิวเตอร์ประมวลผลออกมา ( Output ) ก็ผิดตาม ดังนั้น เมื่อคอมพิวเตอร์ประมวลผลออกมาแล้ว จะต้องตรวจสอบความถูกต้องและหาความผิดปกติของผลลัพท์ ก่อน ซึ่งต้องใช้ความรู้ทางวิชาการ เมื่อตรวจสอบแล้ว ผลลัพท์มีความถูกต้อง จึงนำผลลัพท์ไปใช้ในส่วนที่เกี่ยวข้อง ต่อไป คำว่าคอมพิวเตอร์ แปลเป็นไทยว่าคณิตกรณ์ มีความหมายว่าเครื่องที่ใช้คิดหรือคำนวณทางคณิตศาสตร์และ อื่น ๆ แต่ไม่เป็นที่นิยมของคนไทย คำศัพท์นี้จึงหายไปจากระบบ
              ผมจึงเขียน เรื่อง วิศวกรออกแบบโครงสร้างกับขั้นตอนการทำงาน เพื่อเป็นความรู้และความเข้าใจ ในการทำงานของวิศวกรสาขาวิศวกรรมโยธา ให้กับท่านที่สนใจเข้ามาอ่าน เนื้อเรื่องประกอบด้วย ความหมายของงานวิศวกรรม สิ่งที่เกี่ยวข้องในการออกแบบ คุณสมบัติของวิศวกรออกแบบโครงสร้าง ขั้นตอนการออกแบบและคำนวณโครงสร้าง การจำลองโครงสร้าง และรูปแบบน้ำหนัก มีตัวอย่างและภาพปลากรอบ ( ๕ ๕ ๕ ) เพื่อความเข้าใจ ดังรายละเอียดต่อไปนี้ ครับ
ความหมายของงานวิศวกรรม
              งานวิศวกรรมในสมัยดั้งเดิม แบ่งเป็นวิศวกรรมพลเรือน ( Civil Engineering ) เป็นงานที่ไม่เกี่ยวข้องกับงานทหาร เช่น งานอาคารบ้านพัก โบสถ์ และวิหาร เป็นต้น และวิศวกรรมทหาร ( Military Engineering ) เป็นงานที่เกี่ยวข้องกับการป้องกันประเทศ เช่น กำแพงเมือง ป้อมยาม คูเมือง และสนามเพลาะ เป็นต้น
              งานวิศวกรรม หมายถึงงานสร้างสิ่ง ต่าง ๆ เพื่อสนองความต้องการและประโยชน์ใช้สอยของมนุษย์ งานสร้าง คือการออกแบบงานวิศวกรรม ซึ่งเป็นงานหลักของงานวิศวกรรม ประกอบด้วยการออกแบบ คำนวณโครงสร้าง และก่อสร้าง เพื่อให้สามารถรับน้ำหนัก ในส่วน ต่าง ๆ ของอาคารและใช้งานได้อย่างปลอดภัย ตามมาตรฐานและข้อกำหนด แต่หลายคนมักคิดว่าเป็นงานก่อสร้าง ซึ่งเป็นความเข้าใจที่ถูกต้องเพียงบางส่วน เท่านั้น
              งานวิศวกรรมโยธา คืองานออกแบบและก่อสร้างอาคาร ดังนั้น วิศวกรจะต้องมีความรู้และเข้าใจเรื่องการจำลองโครงสร้าง มีความรู้และเข้าใจเรื่องพฤติกรรมโครงสร้าง เมื่อมีน้ำหนัก ต่าง ๆ มากระทำ และมีความรู้ในทฤษฎี ต่าง ๆ ที่เกี่ยวข้อง
สิ่งที่เกี่ยวข้องในการออกแบบ
              ประกอบด้วยระบบโครงสร้าง น้ำหนักบรรทุก และความแข็งแรงของวัสดุ ดังนี้
              ระบบโครงสร้าง แบ่งเป็น
              -- ระบบหล่อในที่
              -- ระบบกำแพงรับน้ำหนัก
              -- ระบบสำเร็จรูป
              -- ระบบอัดแรง เป็นต้น
              น้ำหนักบรรทุก แบ่งเป็น
              -- น้ำหนักโครงสร้าง
              -- น้ำหนักบรรทุกจร
              -- แรงลม
              -- แรงแผ่นดินไหว เป็นต้น
              ความแข็งแรงของวัสดุ แบ่งเป็น
              -- ความสามารถในการรับน้ำหนักของชั้นดินเดิม
              -- ความสามารถในการรับน้ำหนักของคอนกรีต
              -- ความสามารถในการรับน้ำหนักของเหล็กเสริม
              -- ความสามารถในการรับน้ำหนักของเหล็กรูปพรรณ
              -- ความสามารถในการรับน้ำหนักของวัสดุก่อสร้าง เป็นต้น
คุณสมบัติของวิศวกรออกแบบโครงสร้าง
              วิศวกรออกแบบ ทั้งงานโครงสร้างและงานโยธา ควรมีคุณสมบัติที่สำคัญ ดังนี้
              ๑ มีใจชอบ เพราะการทำกิจกรรม ใด ๆ ให้ประสบผลสำเร็จ จะต้องเริ่มจากมีใจชอบ ( ฉันทะ ) ก่อน จึงจะเกิดความพากเพียร ( วิริยะ ) มีความตั้งใจ ( จิตตะ ) และหมั่นตรวจสอบและปรับปรุงการทำงาน ( วิมังสา ) จนเป็นผลสำเร็จของงาน ที่ดีขึ้น ซึ่งเป็นหลักธรรมที่นำไปสู่ความสำเร็จหรืออิทธิบาท ๔ ของพระพุทธศาสนา
              ๒ อ่านแบบคล่อง
              ๓ จินตนาการเป็นภาพ ๓ มิติได้ ในระหว่างการอ่านแบบ
              ๔ มีความรู้และเข้าใจเรื่องการจำลองโครงสร้าง
              ๕ มีความรู้และเข้าใจพฤติกรรมโครงสร้าง เมื่อมีน้ำหนัก ต่าง ๆ มากระทำ
              ๖ มีความรู้ในทฤษฎี ต่าง ๆ ที่เกี่ยวข้อง เช่น
                 -- กลศาสตร์ ทั้ง ๔ ภาค คือ ภาคสถิตศาสตร์ ( Statics ) และภาคพลศาสตร์ ( Dynamics ) ซึ่งแต่ละภาคแบ่งเป็น กลศาสตร์ของแข็ง ( Solid Mechanics ) และกลศาสตร์ของไหล ( Fluid Mechanics ) รวมเป็น ๔ ภาค ดังนี้
                    ภาคสถิตย์ศาสตร์ ( Statics ) แบ่งเป็น กลศาสตร์ของแข็งสถิตศาสตร์ ( Solid Mechanics Statics ) กล่าวถึงน้ำหนักที่มากระทำกับของแข็งในขณะอยู่กับที่ และกลศาสตร์ของไหลสถิตศาสตร์ ( Fluid Mechanics Statics ) กล่าวถึงน้ำหนักที่มากระทำกับของไหลในขณะอยู่กับที่
                    ภาคพลศาสตร์ ( Dynamics ) แบ่งเป็น กลศาสตร์ของแข็งพลศาสตร์ ( Solid Mechanics Dynamics ) กล่าวถึงน้ำหนักที่มากระทำกับของแข็งในขณะเคลื่อนที่ และกลศาสตร์ของไหลพลศาสตร์ ( Fluid Mechanics Dynamics ) กล่าวถึงน้ำหนักที่มากระทำกับของไหลในขณะเคลื่อนที่
                 สำหรับงานวิศวกรรมโยธา จะเกี่ยวข้องกับภาคสถิตศาสตร์ เป็นส่วนใหญ่ ครับ
                 -- กลศาสตร์โครงสร้าง ( Structural Mechanics )
                 -- การทดสอบวัสดุ ( Material Testing Laboratory ) เช่น อิฐ หิน ปูน ทราย น้ำ ยางมะตอย ไม้ และเหล็ก เป็นต้น
                 -- ความแข็งแรงของวัสดุ ( Strength of Material )
                 -- ทฤษฎีโครงสร้าง ( Theory of Structure )
                 -- การวิเคราะห์โครงสร้าง ( Structural Analysis )
                 -- การออกแบบโครงสร้าง ( Structural Design ) เช่น โครงสร้างไม้ เหล็ก คอนกรีตเสริมเหล็ก และคอนกรีตอัดแรง เป็นต้น
                 -- ธรณีวิทยา ( Geology )
                 -- ปฐพีกลศาสตร์ ( Soil Mechanics )
                 -- การทดลองปฐพีกลศาสตร์ ( Soil Testing Laboratory )
                 -- อุทกวิทยา ( Hydrology )
                 -- ชลศาสตร์ ( Hydraulics )
                 -- การทดลองชลศาสตร์ ( Hydraulics Laboratory )
                 -- วิศวกรรมฐานราก ( Foundation Engineering )
                 -- วิศวกรรมการทาง ( Highway Engineering )
                 -- วิศวกรรมแหล่งน้ำ ( Water Resource Engineering ) เป็นต้น
              ๗ เขียนแบบได้
ขั้นตอนการออกแบบและคำนวณโครงสร้าง
              ขั้นตอนการออกแบบ มีลำดับ ดังนี้
              ๑ จำลองโครงสร้าง ( Structural Model )
              ๒ กำหนดลักษณะของฐานรองรับน้ำหนัก ( Support )
              ๓ กำหนดคุณสมบัติของวัสดุที่ใช้ ( Material Properties )
              ๔ กำหนดรูปแบบน้ำหนัก ที่มากระทำ ( Load Patterns )
              ๕ วิเคราะห์โครงสร้าง ( Structural Analysis )
              ๖ ออกแบบโครงสร้าง ( Structural Design )
              ๗ เขียนแบบ ( Drawing )
การจำลองโครงสร้าง
              จะต้องจำลอง ให้ตรงกับพฤติกรรมโครงสร้าง ( Structural Behavior ) ที่เกิดขึ้นจริง เมื่อมีน้ำหนัก มากระทำ ไม่ใช่จำลอง เพื่อให้คำนวณ ง่าย ๆ ซึ่งเป็นความคิดที่ผิด ครับ
รูปแบบน้ำหนัก
              คือ การกำหนดน้ำหนัก ประเภท ต่าง ๆ ที่กระทำต่อโครงสร้าง เพื่อหาค่าสูงสุด ที่เกิดขึ้นกับโครงสร้าง เช่น การแอ่นตัว ( Deflection ) การเซ ( Sway ) โมเมนต์ แรงเฉือน แรงตามแนวแกน และแรงปฏิกิริยา เป็นต้น การกำหนดน้ำหนัก ประเภท ต่าง ๆ ที่กระทำต่อโครงสร้าง จะทำในรูปแบบของกรณีน้ำหนัก ( Load Case ) โดยกำหนดให้น้ำหนักทุกประเภทหรือบางประเภท กระทำพร้อมกัน ดังนั้น รูปแบบน้ำหนัก จะประกอบด้วย ประเภทของน้ำหนักและกรณีของน้ำหนัก ดังนี้
              น้ำหนัก แบ่งเป็น
              -- น้ำหนักโครงสร้าง ( DL )
              -- น้ำหนักบรรทุกจร ( LL )
              -- แรงลม ( WL )
              -- แรงแผ่นดินไหว ( EQ ) เป็นต้น
              กรณีน้ำหนัก แบ่งเป็น
              -- น้ำหนักโครงสร้าง ( DL )
              -- น้ำหนักโครงสร้าง + น้ำหนักบรรทุกจร ( DL + LL )
              -- น้ำหนักโครงสร้าง + น้ำหนักบรรทุกจร + แรงลม ( DL + LL + WL )
              -- น้ำหนักโครงสร้าง + น้ำหนักบรรทุกจร + แรงแผ่นดินไหว ( DL + LL + EQ ) เป็นต้น
              ในการออกแบบ นั้น สิ่งที่ต้องทำต่อเนื่องไป คือ การทำแบบรูป รายการก่อสร้าง และข้อกำหนด แบบรูป ควรประกอบด้วย แผนผังทั่วไป ผังพื้นแต่ละชั้น รูปด้าน รูปตัด และแบบขยาย
              แบบรูป รายการก่อสร้าง และข้อกำหนด ควรมีรายละเอียดเพียงพอและชัดเจน เพื่อประโยชน์ในการประมูลและก่อสร้าง ให้เป็นไปโดยสะดวกและเรียบร้อย
ตัวอย่างงานออกแบบ
              เป็นงานออกแบบฐานพระยืน สร้างที่ภาคเหนือ องค์พระสูงประมาณ ๑๐.๐๐ ม. กว้างประมาณ ๑.๗๐ ม. และหนักประมาณ ๓.๕๐ ตัน บริเวณที่ก่อสร้างเป็นที่โล่ง ไม่มีสิ่งก่อสร้างหนาแน่น
              รายละเอียดในตัวอย่างของงานออกแบบ ผมจะกล่าวเฉพาะส่วนสำคัญ ที่มีผลต่อการจำลองโครงสร้าง ซึ่งประกอบด้วย แนวความคิดในการออกแบบและข้อจำกัด แบบจำลองโครงสร้าง และรูปแบบน้ำหนัก ส่วนการวิเคราะห์และการออกแบบโครงสร้าง ผมจะละไว้ในฐานที่เข้าใจ ครับ
แนวความคิดในการออกแบบและข้อจำกัด ( Conceptual Design and Limitation )
              โครงสร้างหลักของฐานพระยืน เป็นโครงสร้างต้านแรงลม มีฐานราก เป็นฐานแผ่ ซึ่งฐานแผ่จะมีข้อจำกัด คือไม่สามารถรับแรงถอนได้ ดังนั้น จะต้องออกแบบโครงสร้าง ให้มีเสถียรภาพเพียงพอ ต่อการต้านทานแรงลม ไม่ให้ล้มหงายไปด้านหลัง ดังนี้
              -- ออกแบบฐานพระให้มีความหนามากกว่าปกติ เพื่อเป็น นน. ถ่วง ซึ่งความหนาที่เพิ่มขึ้นมานี้ จะดูว่าสิ้นเปลือง แต่ในความเป็นจริง ก็สามารถลดปริมาณเหล็กเสริม ลงได้เช่นกัน หรือ
              -- ออกแบบฐานพระให้มีความกว้าง ( หรือความยาว ) จากองค์พระมากกว่าปกติ เพื่อเพิ่มแขนโมเมนต์ต้านทานให้มากขึ้น หรือใช้ทั้ง ๒ วิธี
แบบจำลองโครงสร้าง ( Structural Model )
              โครงสร้างหลักเป็นโครงข้อแข็ง ( Rigid Frame ) เพื่อต้านทานแรงลม ฐานรอง ( Support ) เป็นแบบยึดหมุน ( Hinge ) เพื่อลดโมเมนต์
รูปแบบน้ำหนัก ( Load Patterns )
              คือ การกำหนดน้ำหนัก ประเภท ต่าง ๆ ที่กระทำต่อโครงสร้าง เพื่อหาค่าสูงสุด ที่เกิดขึ้นกับโครงสร้าง เช่น การแอ่นตัว ( Deflection ) การเซ ( Sway ) โมเมนต์ แรงเฉือน แรงตามแนวแกน และแรงปฏิกิริยา เป็นต้น การกำหนดน้ำหนัก ประเภท ต่าง ๆ ที่กระทำต่อโครงสร้าง จะทำในรูปแบบของกรณีน้ำหนัก ( Load Case ) โดยกำหนดให้น้ำหนักทุกประเภทหรือบางประเภท กระทำพร้อมกัน ดังนั้น รูปแบบน้ำหนัก จะประกอบด้วย ประเภทของน้ำหนักและกรณีของน้ำหนัก ดังนี้
              น้ำหนัก แบ่งเป็น ๔ ประเภท คือ
              ๑ นน. โครงสร้าง ( DL )
              ๒ นน. บรรทุกจร ( LL )
              ๓ แรงลมจากหน้าองค์พระไปด้านหลัง ( WLl )
              ๔ แรงลมจากหลังองค์พระไปด้านหน้า ( WLr )
              กรณีน้ำหนัก แบ่งเป็น ๕ กรณี ( Case ) คือ
              ๑ นน. โครงสร้าง + นน. บรรทุกจร ( DL + LL )
              ๒ นน. โครงสร้าง + นน.บรรทุกจร + แรงลมจากหน้าองค์พระไปด้านหลัง ( DL + LL + WLl )
              ๓ นน. โครงสร้าง + นน.บรรทุกจร + แรงลมจากหลังองค์พระไปด้านหน้า ( DL + LL + WLr )
              ๔ นน. โครงสร้าง + แรงลมจากหน้าองค์พระไปด้านหลัง ( DL + WLl )
              ๕ นน. โครงสร้าง + แรงลมจากหลังองค์พระไปด้านหน้า ( DL + WLr )
              รูปแบบน้ำหนัก ที่มีผลต่อการล้มหงายไปด้านหลัง คือ กรณีน้ำหนัก ๔



              เมื่อทำแบบจำลองโครงสร้าง กำหนดลักษณะของฐานรองรับน้ำหนัก กำหนดคุณสมบัติของวัสดุที่ใช้ กำหนดรูปแบบน้ำหนัก ที่มากระทำ กรณี ต่าง ๆ แล้ว จึงวิเคราะห์และออกแบบโครงสร้าง เป็นอันสิ้นสุดกระบวนการออกแบบโครงสร้าง ซึ่งเป็นงานหลักของงานวิศวกรรม ครับ


งานวิศวกรรมโครงสร้าง


งานวิศวกรรมโยธา

              ทั้งหมดที่กล่าวมานี้ ผมหวังว่า ท่านที่สนใจเข้ามาอ่าน คงจะได้รับความรู้และมีความเข้าใจ ในการทำงานออกแบบ ซึ่งเป็นงานหลักของงานวิศวกรรม และขั้นตอนการทำงาน ของวิศวกรสาขาวิศวกรรมโยธา ดียิ่งขึ้น พร้อมกันนี้ ผมมีเพลง มาให้ฟังกัน เพื่อความสนุกสนานและบันเทิง เป็นการส่งท้าย ครับ

กรุงเทพมหานคร

Create Date : 30 เมษายน 2558		0 comments
Last Update : 30 เมษายน 2558 16:59:51 น.
Counter : 13536 Pageviews.
Share Tweet