Wind Presentation

นคร ภูวโรดมภาควิชาวิศวกรรมโยธา คณะวิศวกรรมศาสตร

มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร

การคํานวณแรงลมและการตอบสนองของอาคารตามมาตรฐาน มยผ.1311-50

การคํานวณแรงลมสําหรบัการออกแบบอาคาร

กฎกระทรวงฉบับที ่6 ในการคํานวณออกแบบโครงสรางอาคาร ใหคํานึงถึงแรงลมดวย หาก

จําเปนตองคํานวณ และไมมเีอกสารที่รับรองโดยสถาบันทีเ่ชื่อถอืได ใหใชหนวยแรงลม ดังแสดงไวในกฎกระทรวง ฯมาตรฐานการคํานวณหนวยแรงลมและการตอบสนองของอาคาร (มยผ. 1311 – 50)

เนื้อหาของการนาํเสนอทฤษฎีพื้นฐานสําหรับผลของแรงลมตอโครงสรางการออกแบบอาคารตานทานแรงลม

กฎกระทรวงฉบับที่ 6 (พ.ศ. 2527)มาตรฐานการคํานวณแรงลมสําหรบการออกแบบอาคาร โดย วสท. (พ.ศ. 2546)มาตรฐานการคํานวณแรงลมและการตอบสนองของอาคาร โดย กรมโยธาธิการและผังเมือง (พ.ศ. 2550)

มาตรฐานการคํานวณแรงลมและการตอบสนองของอาคารรายละเอียดและการใชมาตรฐานตัวอยางการคํานวณ

การคาํนวณแรงลมสาํหรับปายโฆษณาการคาํนวณแรงลมสาํหรับอาคารสูงการคาํนวณแรงลมสาํหรับอาคารโรงงาน

Faculty of EngineeringThammasat University


ทฤษฎีพื้นฐานสําหรับผลของแรงลมตอโครงสราง

หลักพลศาสตรโครงสรางที่สําคัญ


ระบบโครงสรางอยางงายSingle-Degree-of-Freedom

Mass, m

Stiffness, k

Damping, c

คาบธรรมชาติ (Natural Period)ความถี่ธรรมชาติ (Natural Frequency)

mkf

π21

=

kmT π2=

หรือmk

=ω

คือจังหวะของการสั่นไหวของโครงสรางตามธรรมชาติ

อัตราสวนความหนวง (Damping Ratio)ω

ξmc

2=

คือความสามารถในการสลายพลังงานจากการสั่นไหวของโครงสรางทั่วไปมีคา 0.01-0.05

องคประกอบของระบบพลวัต

1 2 3 4 5

(a)u

0u

t

1

2

3

4

5

(b)

คาบธรรมชาติ (Natural Period)

ความถี่ธรรมชาติ (Natural Frequency)ωπ2

=T

πω2

1==

Tf

θρ ,

ρ

Natural Frequency and Natural Period

Natural Frequency Natural Periodmkf

π21

=f

T 1=

โครงสราง Rigid ความถี่สูงหรือคาบสั้น

โครงสราง Flexible ความถี่ต่าํหรือคาบยาว

ลักษณะของความเรว็ลมu(t)

t

)(tu′

uσ

Mean Fluctuation

)()( tuUtu ′+=

U

= การแปรปรวนของลม (Wind Turbulence)uσ

Turbulence Intensity: อธิบายพลังงานของสวนการแปรปรวนของลม

Turbulence length scale: อธิบายขนาดโดยเฉลี่ยของการแปรปรวนของลมU

I uu

σ=


คุณลักษณะของลม ความเร็วลมเฉลี่ย (Mean wind speed) ความปนปวน (Turbulence)แนวการเปลี่ยนแปลงของความเร็วลมเฉลี่ย (Profile of mean wind speed)

Suburban City

Height

Open terrain

z

α

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛=

refref z

zUU

Exposure A Exposure B Exposure Cภูมิประเทศแบบ A ภูมิประเทศแบบ B ภูมิประเทศแบบ C

DD ACUF 2

21 ρ=

LL ACUF 2

21 ρ=

MABCUM 2

21 ρ=

(ข)

(ค)

Wind

FD

FL

M

Drag force (Along wind)

Lift force (Across wind)

TorsionFaculty of EngineeringThammasat University

q

แรงลมที่กระทําตอโครงสราง

A is areaB is widthC are constant

U

WindWind

Point pressures onlow-rise structures

( )AUFCp 25.0 ρ

=

คา + แทนแรงดัน (Pressure)คา - แทนแรงดูด (Suction)

Point pressures onhigh-rise structures

( )AUFCp 25.0 ρ

=

คา + แทนแรงดัน (Pressure)คา - แทนแรงดูด (Suction)

Low-rise building

Wind

แรงดันลมภายนอกอาคารที่ผันผวนตามเวลาและแนวทางการประมาณคาในการออกแบบ

แรงลมที่ผันผวนที่กระทํากับผนังภายนอก โครงสรางรองและโครงสรางหลักของอาคารเตี้ย

(Davenport et al. 1978)

Wind Pi > 0Wind Pi = 0

Wind Pi < 0 Wind Pi = +

ความดันลมภายใน (Internal Pressure, Pi)P

Pnet = P + Pi

(พิจารณาเครือ่งหมายตามทิศทางดวย)

ลักษณะของผลตอบสนอง: อาคารสูงAlong-wind response

เกิดจากคาเฉลี่ยของ Drag force รวมกับผลจากความแปรปรวนของลมมีลักษณะเปน Random (Buffeting)

Across-wind responseแรงเกิดจาก Wake เมื่อลมพัดผานโครงสรางปญหาการสั่นแบบ Vortex excitationปญหาการสั่นแบบ Galloping

Torsional responseเกิดจาก Aerodynamic momentเกิดจากการเยื้องตําแหนงของจุดศูนยกลางมวลกับจุดศูนยกลางความแข็งแกรง


ลักษณะของแรงลมและผลกระทบตอโครงสราง



Wind-Induced Response: Along-Wind

(a) Along-wind force

(b) Response of structure with high f

: Small vibratory component (or small resonant)

(c) Response of structure with low f

: Significant resonant

Expected Maximum Response of Structure

โดยทฤษฎีของ Random Vibrationคาสูงสุดของผลตอบสนองทีเ่กดิขึ้น สามารถหาไดจาก

X(t)

t

X

)(tx′

XσmaxX

maxX

XpgXX σ+=max

pg = Peak Factor

มีคาประมาณ 3.5-4.0โดยคาขึ้นอยูกับชวงเวลาที่พิจารณา T และชวงความถี่ของผลตอบสนอง

Davenport (1964):)(log2

577.0)(log2 vT

vTge

ep +=

ν

Gust Response Factor, G

XpgXX σ+=max

Xg

XXG X

pσ

+== 1maxGust Response Factor:

Wind Resistant Design Standards


คาประกอบเนื่องจากการกระโชกของลม (มยผ. 1311 – 50)

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛+=

μσ

pg gC 1

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛+=βμ

σ sFBCKeH

Root-mean-square loading effect

Mean loading effect

สัมประสิทธิ์ที่มีคาแปรเปลี่ยนไปตามความขรุขระของสภาพภูมิประเทศ

คาประกอบเนื่องจากสภาพภูมิประเทศ

Background turbulence factor

Resonance factor


หนวยแรงลมสําหรับการออกแบบ (p)


fge CCqCp =

หนวยแรงลมเนื่องจากความเร็ว

คาประกอบเนื่องจากสภาพภมูิประเทศ

คาประกอบเนื่องจากผลการกระโชกของลม

คาสัมประสิทธิ์ของแรงลม

egf CCCUp ⎟⎠⎞

⎜⎝⎛= 2

21 ρ

Mean pressure

Max pressure

Max pressure at height


Wind-Induced Response: Across-Wind

New concept for Gust Response Factor

MM σpgM +=max

Peak base momentof building Mean base moment Peak factor

RMS of fluctuation of base moment

Mσ คํานวณจากพืน้ที่ใตกราฟของ PSD ของ Base Moment of Building

PSD ของ Base Moment ไดจาก PSD ของ Aerodynamic Base Moment และ คุณสมบัติเชิงพลศาสตรของอาคาร

PSD ของ Aerodynamic Base Moment ไดจากการทดสอบในอุโมงคลมFaculty of EngineeringThammasat University


การออกแบบอาคารตานทานแรงลม

5080120160

(1) สวนของอาคารที่สูงไมเกิน 10 เมตร(2) สวนของอาคารที่สูงเกิน 10 เมตร แตไมเกิน 20 เมตร(3) สวนของอาคารที่สูงเกิน 20 เมตร แตไมเกิน 40 เมตร(4) สวนของอาคารที่สูงเกิน 40 เมตร

หนวยแรงลม(กิโลกรัมตอตารางเมตร)ความสงูของโครงสราง

ดร. เปนหนึ่ง วานชิชยั รวบรวมขอมูลจากสถานีตรวจวัดอากาศของกรมอุตุนิยมวทิยา คํานวณเปนแรงที่อาจเกิดขึ้นตอโครงสรางปายพบวา หนวยแรงลมสูงสุดมีคา 107-193 กิโลกรัมตอตารางเมตร

กฎกระทรวงฉบับที่ 6 พ.ศ.(2527)ขอ ๑๗ ในการคํานวณออกแบบโครงสรางอาคาร ใหคํานึงถึงแรงลมดวย หากจาํเปนตองคํานวณ และไมมีเอกสารที่รับรองโดยสถาบันทีเ่ชื่อถือได ใหใชหนวยแรงลม ดังตอไปนี้

กฎกระทรวงฉบับที่ 6 พ.ศ.(2527)

ความเร็วลมที่แตกตางกันในแตละพื้นที่สภาพภูมิประเทศที่มผีลตอความเร็วลมคุณสมบัตเิชิงพลศาสตรของอาคารรูปทรงและลักษณะทางกายภาพของอาคารอิทธพิลจากพายุไตฝุนแรงดนัลมหรือแรงดูดทีเ่ฉพาะตําแหนงบนอาคาร สาํหรับการออกแบบผนังและกระจกรอบอาคาร

กฎกระทรวงฉบับนีไ้มไดคํานึงถึง


EIT standard 1018-46 (2003)

Wind load calculation for buildings

Engineering Institute of Thailand


มาตรฐานการคํานวณแรงลมสําหรับการออกแบบอาคาร วิศวกรรมสถานแหงประเทศไทย พ.ศ. 2546

pge CCqCP =หนวยแรงลมสถิตเทียบเทา หนวยแรงลม

อางอิงเนื่องจากความเร็วลม คาประกอบ

เนื่องจากสภาพภูมิประเทศ

คาประกอบเนื่องจากการกระโชกของลม คาสัมประสิทธิ์

ของหนวยแรงลม

ขอจํากัดในการใชมาตรฐาน คาที่คํานวณไดเปนคาที่กําหนดไวในขั้นต่ําสุด และใชในการออกแบบอาคารที่มีรูปทรงปกติ แตไมครอบคลุมถึงการออกแบบอาคารที่มีลักษณะพิเศษ หรือโครงสรางอื่นๆที่อาจมีผลตอบสนองตอลมรุนแรงมากกวาปกติ

(based on the details from the National Building Code of Canada 1995)

มาตรฐานการคํานวณหนวยแรงลมและการตอบสนองของอาคาร

มยผ. 1311 - 50กรมโยธาธกิารและผังเมือง

กระทรวงมหาดไทย (พ.ศ. 2550)


โครงการการวิเคราะหหนวยแรงลมที่เกิดขึ้นในสวนตาง ๆ ของอาคารตามสภาพแวดลอม เพื่อปรับปรุงกฎกระทรวงฉบับที่ 6 (พ.ศ. 2527) ขอ 17

คณะผูวิจัย สังกัดรศ. ดร.วิโรจน บุญญภิญโญ มหาวทิยาลัยธรรมศาสตรศ. ดร. ปณิธาน ลักคุณะประสิทธิ์ จุฬาลงกรณมหาวิทยาลัย ศ. ดร. สมชาย ชูชีพสกุล มหาวทิยาลัยเทคโนโลยีพระจอมเกลาธนบุรีรศ. ดร. เปนหนึ่ง วานิชชัย สถาบันเทคโนโลยีแหงเอเชียรศ. ดร. นคร ภูวโรดม มหาวทิยาลัยธรรมศาสตรผศ. ดร. สุกิตย เทพมังกร Hong Kong University of Science and Technologyผศ. ดร. นเรศ ลิมสัมพันธเจริญ มหาวทิยาลัยธรรมศาสตร ผศ. ดร. สุทัศน ลีลาทวีวัฒน มหาวทิยาลัยเทคโนโลยีพระจอมเกลาธนบุรี

ในนามสถาบันวิจัยและใหคําปรึกษาแหงมหาวิทยาลัยธรรมศาสตรเสนอสํานักควบคุมและตรวจสอบอาคาร กรมโยธาธิการและผังเมือง

พฤษภาคม 2550Faculty of EngineeringThammasat University

ขอบเขตของการศึกษา

การปรับปรุงขอมูลความเร็วลมพื้นฐานสําหรับการออกแบบอาคารของประเทศไทยการทดลองสําหรับตรวจสอบวิธีการออกแบบตามมาตรฐานการออกแบบอาคารตานทานแรงลม

การทดสอบโดยอุโมงคลมการตรวจวัดคุณสมบัติเชิงพลศาสตรของอาคาร

การกําหนดมาตรฐานการออกแบบอาคารตานทานแรงลมสําหรับประเทศไทย

มยผ. 1311 – 50 (พ.ศ. 2550)มาตรฐานการออกแบบจํานวน 6 บท และ 3 ภาคผนวก

วิธีการอยางงายสําหรับอาคารเตี้ยและสูงปานกลาง วิธีการอยางละเอียดสําหรับอาคารสูง วิธีการทดสอบในอุโมงคลม

คําอธิบายมาตรฐาน ตัวอยางการคํานวณหนวยแรงลมและการตอบสนองจํานวน 6 ตัวอยาง


ขอพิจารณาหลักของการออกแบบอาคารตานแรงลม

ระบบโครงสรางหลักของอาคาร องคอาคาร และสวนประกอบอื่นของอาคารตองไดรับการออกแบบใหมีกําลัง (strength) และเสถียรภาพ (stability) ที่สูงเพียงพอทีจ่ะสามารถตานทางแรงลมหรือ ผลเนือ่งจากแรงลมไดอยางปลอดภัย โดยไมเกดิความเสียหายใดๆการโกงตัวดานขาง (lateral deflection) ของอาคารเนื่องจากแรงลมจะตองมีคานอยเพียงพอที่จะไมกอใหเกดิความเสียหายแกสวนตางๆของอาคารที่ไมใชสวนโครงสรางการสั่นไหวของอาคาร (building motion)ที่เกิดจากแรงลม มีระดับต่ําเพียงพอทีจ่ะไมทําใหผูใชอาคารรูสึกไมสบาย หรือเกิดอาการวิงเวียน

วิธีการคํานวณแรงลม

1) วิธกีารอยางงาย ( Simple Procedure ) ใชสาํหรับก) ระบบโครงสรางหลักตานแรงลม ของอาคารเตี้ยและอาคาร

สูงปานกลางที่มีความสูงไมเกิน 80 ม. และมคีวามสูงไมเกิน 3 เทาของความกวางที่นอยทีส่ดุ ยกเวน อาคารที่มนี้ําหนกัเบา และมคีวามถีธ่รรมชาติต่ํา และมีคุณสมบัติความหนวงอาคารต่ํา

ข) ผนังภายนอก (cladding) ของอาคารทีม่ีรูปทรงไมซบัซอน ทุกประเภท

วิธีการคํานวณแรงลม2) วิธีการอยางละเอียด (Detail Procedure) ใชสําหรับก) ระบบโครงสรางหลักตานแรงลม ของอาคารสูงเกิน 80 ม. หรือมีความสูงเกิน 3 เทา

ของความกวางที่นอยที่สุดข) อาคารที่สั่นไหวงาย เชน มีน้ําหนักเบา หรือ ความถีธ่รรมชาติต่ํา หรือมีคุณสมบัติ

ความหนวงของอาคารต่ํา3) การทดสอบดวยอุโมงคลมใชสําหรับอาคารสูง อาคารรูปทรงซับซอน อาคารที่ตั้งอยูในสภาพภูมิประเทศที่มีอาคาร

สูงอยูหนาแนน สะพานชวงยาว(สะพานขึง,สะพานแขวน )และหลังคาขนาดใหญ เปนตน ซึ่งวิธีการอยางละเอียดในมาตรฐานไมสามารถใชได หรือในกรณีที่ตองการความถูกตองสูง

pgew CCqCIp =หนวยแรงลมสถิตเทียบเทา หนวยแรงลม

อางอิงเนื่องจากความเร็วลม คาประกอบ

เนื่องจากสภาพภูมิประเทศ

คาประกอบเนื่องจากการกระโชกของลม คาสัมประสิทธิ์

ของหนวยแรงลม

ขอจํากัดในการใชมาตรฐาน คาที่คํานวณไดเปนคาที่กําหนดไวในขั้นต่ําสุด และใชในการออกแบบอาคารที่มีรูปทรงปกติ แตไมครอบคลุมถึงการออกแบบอาคารที่มีลักษณะพิเศษ หรือโครงสรางอื่นๆที่อาจมีผลตอบสนองตอลมรุนแรงมากกวาปกติ

คาประกอบความสําคัญ

การคํานวณแรงลมสถิตเทียบเทา และการตอบสนองในทิศทางลม คาประกอบความสําคัญของแรงลม wI

สภาวะจํากัดดานกําลัง ใชเมื่อออกแบบโครงสรางเพื่อตานทานแรงสภาวะจํากัดดานการใชงาน ใชเมื่อตรวจสอบการโกงตัวและการสั่นไหวของอาคาร

p=IwqCeCgCp

หนวยแรงลมเนื่องจากความเร็วลม (q)

ρ คือความหนาแนนของอากาศ (1.25 kg/m3)คืออัตราเรงเนื่องจากแรงโนมถวงของโลกคือความเร็วลมอางอิง (m/s)

2

21 Vq ρ=

Vg

หนวยเปน กโิลกรัม (แรง) ตอ ตารางเมตร 2)(

21 V

gq ρ=

หนวยเปน นิวตัน ตอ ตารางเมตร

p=IwqCeCgCp

ความเร็วลมอางอิง ( )V

ความเร็วลมอางองิ คือ คาความเร็วลมเฉลี่ยในชวงเวลา 1 ชั่วโมง ที่ความสูง 10 เมตรจากพื้นดิน ในสภาพภูมิประเทศโลง (open exposure) สําหรับคาบเวลากลับ (return period) 50 ป (V50)


แผนทีค่วามเร็วลมอางอิง

คาที่แสดงนี้เปนคาเฉลี่ยใน 1 ชั่วโมงหากคํานวณดวยมาตรฐาน ASCE ที่ใชคาในชวง 3 วินาทีจะตองคูณคาเหลานี้ดวย 1.54 กอนนําไปใชคํานวณตาม ASCE ได


ความสัมพันธระหวางความเรว็ลมเฉลี่ยในชวงเวลาตาง ๆ กบัชวงเวลา 1 ชั่วโมง


คาประกอบเนื่องจากสภาพภูมิประเทศ (Ce)เปนคาประกอบทีน่ํามาปรับแกคาหนวยแรงลม ใหแปรเปลี่ยนตามก) ความสูงจากพื้นดิน (z หนวย เมตร)ข) สภาพภูมิประเทศ ในวิธีการอยางละเอียดคํานงึถึงสภาพภมูิประเทศ

เปน 3 แบบ1) สภาพภูมปิระเทศแบบ A คือสภาพภูมิประเทศแบบโลง ซึ่งมีอาคาร ตนไม

หรือสิง่ปลูกสรางอยูกระจัดกระจายหางๆกัน หรือเปนบริเวณชายฝงทะเล

Ce = ( z / 10 ) 0.28

โดยที่ Ce ตองมีคาไมนอยกวา 1 และไมมากกวา 2.5

p=IwqCeCgCp

คาประกอบเนื่องจากสภาพภูมิประเทศ (Ce)

2) สภาพภูมปิระเทศแบบ B คือสภาพภูมิประเทศแบบชานเมือง หรือพื้นที่ที่มี ตนไมใหญหนาแนน หรือบริเวณศูนยกลางของเมืองขนาดเล็ก

Ce = 0.5( z / 12.7 ) 0.50

โดยที่ Ce ตองมีคาไมนอยกวา 0.5 และไมมากกวา 2.5

คาประกอบเนื่องจากสภาพภูมิประเทศ (Ce)3) สภาพภูมปิระเทศแบบ C คือสภาพภูมิประเทศของบริเวณศูนยกลาง

เมอืงใหญ ทีม่ีอาคารสูงอยูหนาแนน โดยทีอ่าคารไมนอยกวารอยละ 50 ตองมคีวามสูงเกิน 4 ชั้น

Ce = 0.4( z / 30 ) 0.72

โดยที่ Ce ตองมีคาไมนอยกวา 0.4 และไมมากกวา 2.5

0

50

100

150

200

250

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3

Exposure Factor

Hei

ght (

m)

A

B

C

Exposure Factor

A

BC


สําหรับวิธีการอยางงาย Ce กําหนดไว 2 สภาพภูมิประเทศ และมีสูตรที่แตกตางไปเล็กนอย

คาประกอบเนื่องจากการกระโชกของลม Cg

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛+=

μσ

pg gC 1

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛+=βμ

σ sFBCKeH

Root-mean-square loading effect

Mean loading effect

สัมประสิทธิ์ที่มีคาแปรเปลี่ยนไปตามความขรุขระของสภาพภูมิประเทศ

คาประกอบเนื่องจากสภาพภูมิประเทศ

Background turbulence factor

Resonance factor

Peak factor

p=IwqCeCgCp

วิธีการอยางละเอียด

K = คาสัมประสิทธิ์ที่มีคาแปรเปลี่ยนไปตามความขรุขระของสภาพภูมิประเทศโดยกําหนดใหมีคาเทากับ

0.08 สําหรับภูมิประเทศแบบ A0.10 สําหรับภูมิประเทศแบบ B0.14 สําหรับภูมิประเทศแบบ C

= คาประกอบเนื่องจากสภาพภูมิประเทศที่ระดับความสูงของยอดอาคาร eHC

B = คาประกอบการตอบสนองแบบกึ่งสถิตตอการแปรปรวนของลม (background turbulence factor) ซึ่งเปน ฟงกชันของอัตราสวนของความกวางตอความสูงของอาคาร (W/H) W = ความกวางของอาคารในทิศทางตั้งฉากกับทิศทางลม มีหนวยเปนเมตรH = ความสูงของอาคาร มีหนวยเปนเมตร

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛+=βμ

σ sFBCKeH

( )∫⎥⎥⎦

⎤

⎢⎢⎣

⎡

+⎥⎥⎥⎥

⎦

⎤

⎢⎢⎢⎢

⎣

⎡

+⎥⎥⎥⎥

⎦

⎤

⎢⎢⎢⎢

⎣

⎡

+=

Hdz

z

zzWzH

B

914

03/421

1221

1

4571

134

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛+=βμ

σ sFBCKeH

s = ตัวคูณลดเนื่องจากขนาดของอาคาร (size reduction factor)= คาความถี่ธรรมชาติของอาคาร สําหรับรูปแบบการสั่นไหวพื้นฐานใน

ทิศทางลม (fundamental natural frequency in along-wind direction) มีหนวยเปนรอบตอวินาที (Hz) ซึ่งคานี้อาจหาไดจากการวิเคราะหโดยตรงจากแบบจําลองทางพลศาสตรของอาคาร ในกรณีที่เปนอาคารสูงสรางดวยคอนกรีตเสริมเหล็กอาจประมาณคาความถี่ธรรมชาติจากสูตร

HnD /44=

Dn

= คาความเร็วลมเฉลี่ยในชวงเวลา 1 ชั่วโมง ที่ระดับความสูงของยอดอาคาร มีหนวยเปนเมตรตอวินาที คํานวณไดจากสูตร

HV

eHH CVV =

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛+=βμ

σ sFBCKeH

⎥⎥⎥⎥

⎦

⎤

⎢⎢⎢⎢

⎣

⎡

+⎥⎥⎥⎥

⎦

⎤

⎢⎢⎢⎢

⎣

⎡

+=

H

D

H

D

VWn

VHn

s101

1

381

13π

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛+=βμ

σ sFBCKeH

F = อัตราสวนพลังงานของการแปรปรวนของลม ณ ความถี่ธรรมชาติของอาคาร (gust energy ratio at the natural frequency of the structure) ซึ่งเปนฟงกชนัของ จํานวนคลื่นตอเมตร (wave number, )

HVDn

= อัตราสวนความหนวง (damping ratio) ของการสั่นไหวในทิศทางลมซึ่งคานี้ควรกําหนด ใหใกลเคียงกับคาที่ไดจากการตรวจวัดอาคารจริงที่มีลักษณะใกลเคียงกับอาคารที่ออกแบบ

β

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛+=βμ

σ sFBCKeH

( ) 3/420

20

1 xxF

+=

H

D

Vnx 1220

0 =

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛+=βμ

σ sFBCKeH

= คาประกอบเชิงสถิติเพื่อปรับคารากกาํลังสองเฉลี่ยใหเปนคาสูงสุด (statistical peak factor)

pg

ν = คาความถี่เฉลี่ยของการตอบสนองของโครงสราง (average fluctuation rate) มีหนวยเปน รอบตอวินาที

BsFsFnv D β+

=

T = 3600 sec

vTvTg

eep log2

577.0log2 +=

คาประกอบเนื่องจากการกระโชกของลม Cg

p=IwqCeCgCp

วิธีการอยางงาย

สําหรับการออกแบบโครงสรางหลัก ใชคา 2.0

สําหรับการออกแบบปายโฆษณา ใชคา 2.35

สําหรับการออกแบบโครงสรางรอง (ผนัง หนาตาง) ใชคา 2.5

ใชกับทั้งความดันภายใน (internal pressure) และความดันภายนอกอาคาร (external pressure)

คาสัมประสิทธิ์ของหนวยแรงลม ที่กระทําภายนอกอาคาร (Cp)

D

H

W

Z

Cp = -0.5ความสูงอางอิง = 0.5 H

Cp = -0.7ความสูงอางอิง = H


Cp = 0.8ความสูงอางอิง

แปรเปลี่ยนตามความสูง

D

H

W

Z

Cp = -0.5ความสูงอางอิง = 0.5 H



Cp = 0.8ความสูงอางอิง

แปรเปลี่ยนตามความสูง

p=IwqCeCgCp

สําหรบัอาคารสูง

คาสัมประสิทธิ์ของหนวยแรงลมสูงสุด ที่กระทําภายนอกอาคาร (CgCp)

ทศิทางของลมพัดอยูในแนวตั้งฉากกบัสันหลังคา

การออกแบบโครงสรางหลักอาคารเตี้ย

ทศิทางของลมพัดอยูในแนวขนานกับสันหลังคา

คาสัมประสิทธิ์ของหนวยแรงลมสูงสุด ที่กระทําภายนอกอาคาร (CgCp)การออกแบบโครงสรางหลักอาคารเตี้ย

คาสัมประสิทธิ์ของหนวยแรงลมสูงสุด ที่กระทําภายนอกอาคาร (CgCp)การออกแบบโครงสรางหลักอาคารเตี้ย

การออกแบบโครงสรางรองอาคารเตี้ย

คาสัมประสิทธิ์ของหนวยแรงลมสูงสุด ที่กระทําภายนอกอาคาร (CgCp) คาสัมประสิทธิ์ของหนวยแรงลม ที่กระทําภายในอาคาร (Cpi)

-0.7 ถงึ 0.7มีชองเปดขนาดใหญ-0.45 ถงึ -0.3มีชองเปดขนาดคอนขางใหญ-0.15 ถงึ 0.0ไมมีชองเปดขนาดใหญCpiลักษณะของอาคาร

( )intext )()( gpgpewnet CCCCqCIp ±=

ในบางกรณี จําเปนตองคํานึงถึงผลรวมของหนวยแรงลมที่กระทําทั้งจากภายนอกและภายในอาคาร

ตารางชวยการออกแบบสําหรับอาคารเตีย้

ทิศทางของลมพัดอยูในแนวตั้งฉากกับสันหลังคา ทิศทางของลมพัดอยูในแนวขนานกับสันหลังคา

ตารางชวยการออกแบบสําหรับอาคารเตีย้

ตําแหนงของแรงลัพทรายละเอียดในมาตรฐาน

การคํานวณหนวยแรงลมสําหรับปายโฆษณา รายละเอียดในมาตรฐานคาสัมประสิทธิ์หนวยแรงลมเฉลี่ย

การโกงตัวดานขาง และ การสั่นไหวของอาคาร1) การโกงตัวดานขาง ( Lateral deflection )

อาคารตองไดรับการออกแบบใหมีการโกงตัวดานขางเนื่องจากแรงลมไมเกินคาพิกัดที่กําหนด โดยคํานึงถึงผลกระทบตอการใชงานของอาคารและ ความเสียหายที่อาจเกิดขึ้นกับองคอาคารหลักและองคอาคารรอง และคํานึงถึงผลของการคืบ การหดตัว และผลอนัเกิดจากการเปลี่ยนแปลงอณุหภูมิ

การโกงตัวดานขาง


การสั่นไหวของอาคารอัตราเรงสูงสุดในทศิทางลม ( a D )

geH CCKsFgn Δ

= .4a p2D

2D β

π ……. . มม // วินาทีวินาที 22

อัตราเรงสูงสุดในแนวราบทั้งในทิศทางลม และ ในทิศตั้งฉากกับทิศทางลม 0.15 เมตร/วินาที 2 - - - - - กรณีของอาคารทีพ่ักอาศัย0.25 เมตร/วินาที 2 - - - - - กรณีของอาคารพาณิชย

นอกจากนี้ การคํานวณการโกงตัวดานขาง และอตัราเรงสูงสุดสามารถใชความเร็วลมที่คาบเวลากลับ 10 ป สําหรับคํานวณไดโดยตรง และไมตองใชคา Iw ในสภาวะจํากัดดานการใชงาน

ความเรว็ลมเฉลี่ยสําหรับคาบเวลากลับตางๆ VN

50FVVN =


การคาํนวณแรงลมสถิตเทียบเทาและการตอบสนองในทิศตั้งฉากกับทิศทางลม และโมเมนตบิดสถิตเทียบเทา


W

แรงลมออกแบบ

คาประกอบความสาํคญัของแรงลมพื้นที่รับลม

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛+⎟

⎠⎞

⎜⎝⎛−⎟

⎠⎞

⎜⎝⎛=

WD

WD

WDCL 22.0071.00082.0

23'

( ) 2

21

HH Vq ρ=คาประกอบเชิงสถิตเิพือ่ปรับคารากกําลงัสองเฉลีย่ใหเปนคาสงูสดุ

w

LL

FRβπ4

=

หนวยแรงลมสถิตเทียบเทาและการตอบสนองในทิศตั้งฉากกับทิศทางลม



การสั่นไหวของอาคาร


นอกจากนี้ การคํานวณการโกงตัวดานขาง และอตัราเรงสูงสุดสามารถใชความเร็วลมที่คาบเวลากลับ 10 ป สําหรับคํานวณไดโดยตรง และไมตองใชคา Iw ในสภาวะจํากัดดานการใชงาน

คาประกอบความสาํคญัของแรงลมพื้นที่รับลม

( ){ } 78.02' 015.00066.0 WDCT +=

( ) 2

21

HH Vq ρ=

คาประกอบเชิงสถิตเิพือ่ปรับคารากกําลงัสองเฉลีย่ใหเปนคาสงูสดุ

T

TT

FRβπ4

=

โมเมนตบิดสถิตเทียบเทา


สเปกตรัมของแรงลมในแนวบิดของอาคาร TF


การรวมผลของแรงลมในทิศทางลม แรงลมในทิศตั้งฉากกบัทิศทางลม และโมเมนตบิด


สรุปขั้นตอนการคํานวณแรงลมสําหรับการออกแบบอาคาร

1. ขอมูลพื้นฐานของอาคาร ไดแก ขนาด ความสูง ที่ตั้ง ความสําคัญของอาคาร2. เลือกวิธีสําหรับการออกแบบ วิธีอยางงาย หรือ วิธีอยางละเอียด3. กําหนดคา ความเร็วลมอางอิง จาก V50 และ TF4. คํานวณหนวยแรงลมเนื่องจากความเร็วลม (q)5. คํานวณแรงลมและผลตอบสนองในทิศทางลม

คาประกอบเนื่องจากสภาพภูมิประเทศ ตามความสูงของอาคารคาประกอบเนื่องจากการกระโชกของลม ตามลักษณะทางพลศาสตรของอาคารพิจารณาคาสัมประสิทธิ์ของหนวยแรงลม ที่กระทําภายนอกอาคาร (ดานหนา-ดานหลังลม)

6. คํานวณแรงลมและผลตอบสนองในทิศตั้งฉากกบัทิศทางลม7. คํานวณโมเมนตบิดเนื่องจากลม8. รวมผลของแรงและโมเมนตบิดเพื่อหาผลลัพทรวมกระทําตอโครงสราง9. ตรวจสอบการโกงตัวและความเรงของอาคาร


ความเร็วลมที่แตกตางกันในแตละพื้นที่/สภาพภูมปิระเทศที่มีผลตอความเร็วลม/คุณสมบตัิเชิงพลศาสตรของอาคาร/รูปทรงและลักษณะทางกายภาพของอาคาร/อิทธิพลจากพายุไตฝุนการคํานวณแรงลมในทิศทางลม ทิศตั้งฉากกับทิศทางลม และโมเมนตบิด รวมทั้งวิธีการรวมผลของแรงเหลานี้แรงดันลมหรือแรงดูดที่เฉพาะตําแหนงบนอาคาร สําหรับการออกแบบผนังและกระจกรอบอาคารสัมประสิทธิ์แรงลมสําหรับโครงสรางประเภทตาง ๆ เชน ปายโฆษณา ปลองควัน ทอ เปนตนการคํานวณผลตอบสนองของอาคารตอแรงลมตารางแรงลมสําหรับการออกแบบคําอธิบายมาตรฐานตัวอยางการคํานวณตามมาตรฐาน

สาระสําคญัในมาตรฐาน


มยผ. 1311 – 50 (พ.ศ. 2550) Acknowledgement

Thai Meteorological DepartmentDepartment of Public Works and Town & Country Planning Engineering Institute of Thailand Researchers in wind engineering

Prof. Panitan Lukkunaprasit (Chulalongkorn U.)Dr. Pennung Warnitchai (AIT.)Dr. Virote Boonyapinyo (Thammasat U.)Dr. Naret Limsamphancharoen (Thammasat U.)Dr. Sukit Thepmungkorn (HKUST)


Documents

Wind Presentation