Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD)

การคำนวณออกแบบอย่างเหมาะสมที่สุดสำหรับโครงหลังคาเหล็กแบบโครงถักช่วงยาวที่มีพฤติกรรมไม่เชิงเส้นทางเรขาคณิตโดยมีเงื่อนไขของเสถียรภาพในระนาบ

Other Title (Parallel Title in Other Language of ETD)

Optimum design of long span steel roof trusses with nonlinear geometric behaviour and in-plane stability constraint

Year (A.D.)

2001

Document Type

Thesis

First Advisor

เริงเดชา รัชตโพธิ์

Faculty/College

Faculty of Engineering (คณะวิศวกรรมศาสตร์)

Degree Name

วิศวกรรมศาสตรมหาบัณฑิต

Degree Level

ปริญญาโท

Degree Discipline

วิศวกรรมโยธา

DOI

10.58837/CHULA.THE.2001.1238

Abstract

งานวิจัยนี้เสนอวิธีการออกแบบอย่างเหมาะที่สุดสำหรับโครงหลังคาเหล็กแบบโครงถักซึ่งพิจารณาผลของความไม่เชิงเส้นทางเรขาคณิตและเสถียรภาพในระนาบของโครงสร้าง โดยมีหลักการคือหาค่าความหนาแน่นของพลังงานความเครียด (strain energy density) ของแต่ละองค์อาคารซึ่งส่งผลต่อค่าการกระจัดโดยรวม จากนั้นปรับลดขนาดขององค์อาคารที่มีความหนาแน่นของพลังงานความเครียดต่ำ และเพิ่มขนาดขององค์อาคารที่มีความหนาแน่นของพลังงานความเครียดสูง ซึ่งชุดคำตอบที่เหมาะสมที่สุดคือชุดคำตอบที่ให้ค่าความหนาแน่นของพลังงานความเครียดเท่ากันในทุกองค์อาคาร แต่ชุดคำตอบที่ได้จากวิธีการนี้ยังมิอาจรับประกันได้ว่าเป็นชุดคำตอบที่ดีที่สุด ทั้งนี้เนื่องจากยังไม่ได้นำปัจจัยอื่นๆ มาพิจารณาจนครบ เช่น หน่วยแรงคงค้าง ความไม่สมบูรณ์ ความน่าเชื่อถือ เป็นต้น อนึ่งเนื่องจากหลักการของการออกแบบอย่างเหมาะที่สุดคือการทำให้องค์อาคารมีขนาดเล็ก และเบาที่สุดเท่าที่จะทำได้ซึ่งจะทำให้เสถียรภาพของโครงสร้างมีความสำคัญมากขึ้น จึงต้องตรวจสอบเสถียรภาพนอกระนาบและกำหนดตำแหน่งค้ำยัน เพื่อป้องกันการสูญเสียเสถียรภาพนอกระนาบ และเพื่อรักษาคำตอบที่ได้จากการอกแบบอย่างเหมาะที่สุดที่ได้จากการพิจารณาเสถียรภาพของโครงสร้างในระนาบแต่เพียงอย่างเดียวเอาไว้ งานวิจัยนี้มีตัวอย่างที่เป็นโครงข้อหมุนเตี้ยซึ่งมีความไม่เชิงเส้นสูง และได้พิจารณาโครงข้อหมุนที่เป็นโครงหลังคาในช่วง 30 ถึง 80 เมตร โดยมีโครงสร้างซึ่งเป็นโครงหลังคาของหอประชุมมหาวิทยาลัยเชียงใหม่ที่มีความยาวช่วง 64 เมตร จากการออกแบบอย่างเหมาะที่สุดพบว่าต้องใช้ปริมาณวัสดุ 30.9 ตัน และต้องการค้ำยันถี่บริเวณกลางช่วง ซึ่งโครงสร้างจริงใช้ปริมาณวัสดุ 32.9 ตัน แต่ถ้าลองเปรียบเทียบโดยรวมระบบโครงหลังคารองเข้าไปด้วย พบว่าโครงสร้างจริงใช้ปริมาณวัสดุน้อยกว่าคำตอบที่ได้จากการออกแบบอย่างเหมาะที่สุดประมาณ 4 เปอร์เซ็นต์

Other Abstract (Other language abstract of ETD)

This paper presents a method of design optimisation of steel roof trusses with nonlinear geometric and in-plane stability considerations. The strain energy density which is an index showing the contribution of each member to the total displacement can be evaluated. The material should be added to members with high strain energy density and removed from members with low strain energy density. Theoretically, the optimum design is obtained when all members hae the same strain energy density. By using this method, however, the solution is not guaranteed to be absolutely optimum because not all variables were included in the optimised function such as residual stress, imperfection, reliability. As the solution from the design optimisation tends to reduce the amount of required material, the role of structural stability becomes more important. Teh solution from in-plane optimisation must be checked for out-of-plane stability and the structure braced accordingly in order to maintain the validity of the in-plane solution. Examples include a highly nonlinear shallow truss and plane roof trusses with span length ranging from 30 m to 80 m. One of these is a 64-m roof truss for the existing Chiang Mai University convention hall. By design optimisation, the required amount of steel is 30.9 tons excluding close bracing in the middle zone, as against 32.9 tons used in the actual truss. However, by estimated comparison, the actual truss including bracing turned out to be 4 percent lighter than that given by the optimised solution.

Link to Full Text

Share

COinS