Coupling Beams and IDEA StatiCa

Coupling beams เป็นองค์ประกอบรับน้ำหนักที่สำคัญสำหรับวิศวกรโครงสร้างที่ต้องการปรับปรุงความสมบูรณ์ของโครงสร้างของอาคารต่างๆ ในบทความนี้ จะมาแนะนำวิธีการเลือกประเภท Coupling beams ที่เหมาะสมสำหรับโครงการโดยเฉพาะ และทุกครั้งหากเป็นไปได้สิ่งที่สำคัญที่ควรคำนึงคือเสียงสะท้อนถึงความต้องการของทีมงานก่อสร้าง

โดยทั่วไปแล้ว Coupling beams จะถูกเพิ่มเข้าไปในโครงสร้างเพื่อปรับปรุงความต้านทานแรงด้านข้าง พวกเขาเชื่อมสิ่งของสองชิ้นที่แยกจากกันเข้าด้วยกัน เช่น Shear Walls เพื่อเพิ่มความแข็งแกร่งให้กับระบบ โดยรวมจะสั้นและหนาคล้ายกับคานลึก โดยเฉพาะอย่างยิ่งในอาคารคอนกรีต พวกมันจะอยู่ในรูปของคานคอนกรีต ซึ่งมักจะเป็นหนึ่งในองค์ประกอบที่สำคัญที่สุด

โดยส่วนใหญ่แล้ว Coupling beams มีบทบาทสองประการในอาคาร ประการแรก Coupling beamsจะจับคู่ hear Wallsทั้งสองเพื่อเพิ่ม Moment of Resistance หากคุณมี Shear Walls ที่ไม่ต่อกัน 2 ผนัง แรงที่กระทำจากด้านข้างของผนังด้านหนึ่งจะไม่ส่งผลต่อผนังที่สอง เนื่องจากไม่ได้เชื่อมต่อกันด้วยคานที่มีหน้าตัดเป็นรูปสี่เหลี่ยมผืนผ้าทั่วไป ซึ่งหมายความว่าแรงที่กระทำจะส่งผลต่อผนังด้านเดียวเท่านั้น ซึ่งอาจทำให้เกิดการเคลื่อนไหวโดยไม่ขึ้นอยู่กับอีกผนัง สิ่งนี้จะลดความสมบูรณ์ของโครงสร้างของอาคารลงอย่างมาก ในทางตรงกันข้าม เมื่อเชื่อมต่อทั้งสองเข้าด้วยกัน คุณจะลดความเครียดที่ผนังแต่ละด้าน ที่ดึงดูดโดยการกระจายแรงจากผนังด้านหนึ่งไปยังอีกผนังหนึ่งผ่านระบบข้อต่อ Coupling beams ยังกระจายแรงด้านข้างไปตามความยาวของผนังที่สอง ซึ่งจะกระจายความตึงเครียดไปตามองค์ประกอบเพิ่มเติม และเพิ่มความต้านทานโดยรวมขององค์ประกอบโครงสร้าง

บทบาทที่สองของ Coupling Beams คือการทำหน้าที่เป็นแหล่งกระจายพลังงานระหว่างความเครียดที่รุนแรง เช่น หากเกิดแผ่นดินไหว อาคารจะต้องทนทานต่อแรงกดดันได้ โครงสร้างต้องไม่แข็งเกินไปเพื่อให้มีความยืดหยุ่นได้ มิฉะนั้นหากเกิดแผ่นดินไหว (เช่น) อาคารนั้นจะพังทลายลงเหมือนท่าเรือกำแพง ในทางตรงกันข้ามความยืดหยุ่นเล็กน้อยภายใต้แรงกดดันพิเศษหมายความว่าโครงสร้างสามารถรักษาความสมบูรณ์ของโครงสร้างที่สำคัญภายใต้แรงกดดันได้มากขึ้น 

Coupling beams ทั้งสองเสริมความแข็งแกร่งให้กับการออกแบบอาคารโดยรวม และได้รับการออกแบบมาให้ยอมจำนนเป็นอันดับแรกเพื่อรักษาส่วนที่สำคัญกว่าของอาคารหากประสบกับความเครียดที่รุนแรง ด้วยการรองรับการเคลื่อนไหวของอาคารในการออกแบบคาน วิศวกรโครงสร้างจึงสร้างโครงสร้างที่มั่นคงและปลอดภัยมากขึ้น 

รูปแบบ Coupling beams 

แบบจำลองสามารถแบ่งได้ตามกลไกการกระจายพลังงานของอัตราส่วนการเชื่อมต่อต่ำ/สูง เนื่องจากอัตราส่วนการเสริมแรงและอัตราส่วนความยาว/ความสูงเป็นหลัก กลไกของ Plastic hinges จะได้รับการพัฒนาบน Coupling beams โมเดล 1 ด้านล่างมีอัตราส่วนการเชื่อมต่อต่ำ และสามารถออกแบบได้ตามทฤษฎีลำแสง และ Plastic hinges จะปรากฏที่ปลายลำแสง รุ่น 2 และ 3 ด้านล่างมีอัตราส่วนการมีเพศสัมพันธ์สูงโดยมีค่า l/h<2 และทำให้เกิดกลไกต่างๆ ของ Plastic hinges ที่เกิดจากแรงเฉือน โมเดลได้รับการสร้างแบบจำลองและตรวจสอบโค้ดใน IDEA StatiCa Detail และ IDEA StatiCa Member

โหลดและการปรับ Topology ให้เหมาะสม 

ที่เชื่อมต่อกับผนังเหล่านี้ซึ่งทำงานแยกจากกันในแต่ละชั้น สามารถเพิ่มความสามารถในการต้านทานด้านข้างของอาคารและกระจายพลังงานได้ แรงภายในที่เกิดจาก Dynamic Load เหล่านี้ส่วนใหญ่เป็นแรงในระนาบ ความเค้นหลักเผยให้เห็นพื้นที่ที่มีความต้องการมากที่สุดของโครงสร้าง และช่วยให้เราเข้าใจรูปแบบการเสริมแรงที่ถูกต้อง การเพิ่มประสิทธิภาพใน topology โดยใช้วิธีการ Strut and Tie Model ที่ทางวิศวกรโครงสร้างมีความคุ้นเคยอยู่แล้ว

Figure 4.1. Internal forces and topology optimization for low coupling ratio

Figure 4.2. Internal forces and topology optimization for high coupling ratio 

Plastic hingesPlastic hinges mechanism

Plastic hinges ได้รับการพัฒนาตาม coupling ratio Coupling beam ที่มี coupling ratioในระดับสูงจะสร้างPlastic hinges แบบเฉือนที่อยู่ตรงกลางคาน ในทางกลับกัน ลำแสงที่มีอัตราส่วนการเชื่อมต่อต่ำจะใช้ประโยชน์จากความแข็งในการโค้งงอต่ำของคานเพื่อสร้าง Plastic hinges ที่ปลาย Coupling beams

Figure 5. Shear and flexural plastic hinges 

ภาวะเอกฐานกับความเครียด 

มุมแหลมที่สร้างขึ้นที่จุดเชื่อมต่อของ Coupling beams และผนังเฉือนจะสร้างจุดสูงสุดของความเค้นเฉพาะที่ ซึ่งทำให้ผลลัพธ์ของแบบจำลองบิดเบี้ยว จุดสูงสุดนี้เกิดจากเอกภาวะ ณ จุดที่มุมกลับเข้ามาใหม่อย่างแหลมคม คำถามคือจะจัดการกับจุดสูงสุดเหล่านี้ในโมเดลได้อย่างไร ค้นหาข้อมูลเพิ่มเติมได้ที่นี่Find out more here

การตรวจสอบรหัส Coupling beams

การตรวจสอบโค้ด เนื่องจากโค้ดเป็นส่วนหลักของขั้นตอนการวิเคราะห์ เรามาสำรวจสิ่งที่เราได้จากผลลัพธ์ของ Coupling beams คอนกรีตและคานผสมแบบไฮบริดโดยใช้ IDEA StatiCa Detail และ IDEA StatiCa Member

oupling beams – coupling ratio ต่ำ

เนื่องจากการออกแบบที่ค่อนข้างง่ายและการก่อสร้างที่สะดวก ทำให้Coupling Beams RC แบบดั้งเดิมเป็นประเภทCoupling Beamsที่ใช้กันอย่างแพร่หลายที่สุดในออกแบบอาคาร ในพื้นที่ที่มีความเสี่ยงแผ่นดินไหวต่ำ Coupling Beams RC แบบดั้งเดิมบางครั้งมีขนาดกว้างกว่าShear Wallsที่เชื่อมต่อในอาคารที่มีFlat Slab อย่างไรก็ตาม Coupling Beams RC แบบดั้งเดิมไม่สามารถให้ความสามารถในการกระจายพลังงานที่ดีภายใต้แรงเฉือนที่มีการสั่นสะเทือนสูง และมีปรากฏการณ์ 'การบีบ' ที่เด่นชัดในปฏิกิริยาฮิสเทอรีซิสของมัน การล้มเหลวของการตัดเฉือนแนวทแยงและการลื่นไถลไม่สามารถหลีกเลี่ยงได้ในCoupling Beamsประเภทนี้ แม้ว่าจะมีการเสริมแรงขัดขวางที่ใกล้เคียงกัน

Figure 6. Principal stress in compression

Figure 7. Stress in reinforcement bars

 Figure 8. Anchorage bond stress in the reinforcement 

 Figure 9. Crack development and direction

 Figure 10. Nonlinear deflection 

Coupling beams – coupling ratio สูง

Coupling beams คอนกรีตเสริมเหล็กแนวทแยงได้รับการยอมรับว่าเป็นคานเสริมแรงประเภทที่มีประสิทธิภาพสูงสุดในการให้ประสิทธิภาพความเหนียวพร้อมความสามารถในการกระจายพลังงานที่ดีเยี่ยม โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่ออัตราส่วนช่วง/ความลึกน้อยกว่าสอง แม้ว่า Coupling beams เสริมแนวทแยงจะมีความแข็งเป็นเลิศและมีความสามารถในการกระจายพลังงานที่มีความเหนียวสูง แต่ปัญหาด้านความสามารถในการก่อสร้างบางอย่างก็จำกัดการใช้งาน 

Figure 11. Principal stress in compression

Figure 12. Stress in reinforcement bars

Figure 13. Anchorage bond stress in the reinforcement

 Figure 14. Crack development and direction

Figure 15. Nonlinear deflection 

Coupling beams แบบไฮบริด

Coupling beams เป็นเรื่องยากและใช้เวลานานในการซ่อมแซมเมื่อเสียหายหลังแผ่นดินไหว เมื่อเร็วๆ นี้ นักวิจัยหลายคนได้พัฒนา Coupling beams แบบถอดเปลี่ยนได้หลายประเภท ซึ่งสามารถซ่อมแซมได้หลังแผ่นดินไหว ข้อกังวลหลักประการหนึ่งสำหรับ Coupling beams แบบถอดเปลี่ยนได้คือการปรับปรุงความสามารถในการตั้งศูนย์เองเพื่อลดการเคลื่อนตัวของโครงสร้างที่ตกค้าง

Figure 16. Model of hybrid coupling beams

Figure 17. Equivalent stress

Figure 18. First linear buckling shape

Figure 19. Second linear buckling shape

Figure 20. GMNIA and deflect shape

บทสรุป 

Coupling beams แต่ละประเภทที่อุตสาหกรรมก่อสร้างนำมาใช้มีข้อดีและข้อจำกัดของตัวเอง อย่างไรก็ตาม ยังไม่มี Coupling beams ชนิดใดที่สามารถใช้ได้กับทุกกรณีในการออกแบบอาคาร Coupling beams แบบ RC ทั่วไปมักจะเป็น Coupling beams ที่มีความเป็นไปได้และประหยัดที่สุด เมื่อใดก็ตามที่ความเค้นเฉือนของคานต่ำและคานถูกควบคุมโดยแรงดัดงอ เมื่ออัตราส่วนช่วงต่อความลึกของ Coupling beams มีขนาดเล็ก จะทำให้เกิดความเค้นเฉือนสูง ควรคำนึงถึงข้อจำกัดของ Coupling beams ประเภทนี้และข้อกำหนดการยึดที่เกี่ยวข้องเมื่อเลือกประเภทคานข้อที่เหมาะสมสำหรับโครงการเฉพาะ เช่น ผู้ออกแบบควรพิจารณาความต้องการของทีมงานก่อสร้างทุกครั้งที่เป็นไปได้ เนื่องจากผู้รับเหมาหลายรายจะมีความคิดเห็นที่แตกต่างกันไปตามแต่ละวิธี

ทดลองใช้ IDEA StatiCa ล่าสุดวันนี้  - 14 Day Trail คลิกที่นี่

สิ่งที่ลูกค้าจะได้รับเมื่อซื้อซอฟต์แวร์กับ Synergysoft

ดูสิทธิพิเศษเพิ่มเติมสำหรับลูกค้า Synergysoft