Seismic Design မိတ္ဆက္ (အပိုင္း ၆)

Seismic Response Modification Number R
Building Code ေတြမွာ ျပဌာန္းထားတဲ့ Equivalent Lateral force ကိုအသံုးျပဳၿပီး အေဆာက္အအံုေတြကို seismic analysis and design လုပ္ရာမွာ အေဆာက္အအံုအေပၚ သက္ေရာက္ေစမယ့္ lateral seismic load (တနည္းအားျဖင့္ဆိုေသာ္ Base Shear ပမာဏ) ကို တြက္ခ်က္ရာမွာ factor မ်ားစြာကို ထည့္သြင္းစဥ္းစားဖို႔ လိုအပ္ပါတယ္။ အဲဒီ factor ေတြကေတာ့ ကိုယ္ေဆာက္မယ့္ အေဆာက္အအံု ဧရိယာမွာ႐ွိတဲ့ ငလ်င္ျပင္းအားပမာဏ (Mapped Acceleration Parameter လို႔ ေခၚၾကတဲ့ Ss and S1)ရယ္၊ ဆိုဒ္မွာ႐ွိတဲ့ ေျမသားေၾကာင့္ ျဖစ္လာတဲ့ ငလ်င္ျပင္းအားေျပာင္းလဲျခင္း (Site coefficient)ရယ္၊ အေဆာက္အအံုကို ဘယ္အတြက္သံုးမလဲဆိုတဲ့ (importance factor) ရယ္ အျပင္ building structure ရဲ႕ အမ်ိဳးအစား R factor သို႔မဟုတ္ (Response Modification Factor) တုိ႔ကို ထည့္သြင္းစဥ္းစား တြက္ခ်က္ရပါတယ္။
Seismic design lateral load (Base Shear) ကို ဘယ္လို တြက္မလဲ?
Seismic Design Lateral Load (Base Shear) ကို တြက္ခ်က္ရာမွာ ပညာရွင္ေတြဟာ အထက္ပါ Factors ေတြကို Equation တစ္ခုအတြင္း ထည့္သြင္းၿပီး ေအာက္ပါအတိုင္း ႐ိုး႐ွင္းတဲ့ တြက္ခ်က္နည္းကို ေဖၚထုတ္ထားပါတယ္။
Design lateral load = ( Sds * I / R ) * weight of building
ဒီလို ႐ိုး႐ွင္းတဲ့ equation တစ္ခုရဖို႔ အင္ဂ်င္နီယာေတြနဲ႔ ငလ်င္ပညာ႐ွင္ေတြဟာ ကမၻာ အရပ္ရပ္မွာ ျဖစ္ေပၚခဲ့တဲ့ ငလ်င္ေတြက ရ႐ွိတဲ့ အခ်က္အလက္ေတြ၊ ငလ်င္ဗဟိုခ်က္ အနီးအနားက ေျမသားေတြရဲ႕ သက္ေရာက္မႈေတြ၊ ကြဲျပားျခားနားတဲ့ အေဆာက္အအံုေတြရဲ႕ response ေတြက အခ်က္အလက္ ေတြ ရယူစုေဆာင္းၿပီး ႀကိဳးစားလုပ္ကိုင္ခဲ့ၾကရတာျဖစ္ပါတယ္။
အဲဒီ Factors ေတြထဲက R Factor ဆိုတာ ဘာလဲ?
R Factor ဆိုတာ အေဆာက္အအံုရဲ႕ ညႊတ္ေျပာင္းမႈနဲ႔ သက္ဆိုင္တဲ့ Factor ျဖစ္ပါတယ္။
ငလ်င္ျပင္းထန္စြာ လႈပ္တဲ့အခ်ိန္မွာ အေဆာက္အအံုေတြမွာ ျပင္းထန္တဲ့အားေတြ သက္ေရာက္လာမွာ ျဖစ္ပါတယ္။ အေဆာက္အအံုေတြကို Design လုပ္ရာမွာ အဲဒီ သက္ေရာက္လာတဲ့ အားပမာဏကို ခံႏိုင္ေအာင္ Design လုပ္ဖို႔ Economic မျဖစ္ပါဘူး။ အဲဒါအျပင္ အဲဒီ ျပင္းထန္စြာ သက္ေရာက္တဲ့အားဟာ အခ်ိန္အတိုင္းအတာ ပမာဏ အနည္းငယ္ေလး အတြင္းမွာပဲ က်ေရာက္မွာျဖစ္တဲ့အတြက္ အေဆာက္အအံုသည္သာ လိုအပ္တဲ့ ၫႊတ္ေျပာင္းမႈ ပမာဏ ႐ွိပါက အေဆာက္အအံု မၿပိဳက်ပဲ ငလ်င္ဒါဏ္ကို ခံႏုိင္ရည္႐ွိမွာ ျဖစ္ပါတယ္။ အဲဒီအတြက္ အေဆာက္အအံုရဲ႕ Elastic strength ကို ငလ်င္ျဖစ္လာတဲ့အခ်ိန္မွာ အမ်ားဆံုး ျဖစ္လာႏိုင္တဲ့ အားနဲ႔ မတြက္ပဲ ေလွ်ာ့ၿပီး တြက္ခ်က္ရန္အတြက္ R လို႔ေခၚတဲ့ Factor တစ္ခုကို အသံုးျပဳပါတယ္။
(အေဆာက္အအံုရဲ႕ strength ကို ေလွ်ာ့ၿပီး တြက္မယ္ဆိုရင္ အေဆာက္အအံုမွာ လံုေလာက္တဲ့ ၫႊတ္ေျပာင္းမႈ႐ွိေအာင္၊ အဲဒီ ျပင္းထန္တဲ့ ငလ်င္ေၾကာင့္ ျဖစ္လာတဲ့ အားေတြ ခံရတဲ့အခါ မၿပိဳက်ေအာင္ အထူးအစီအမံေတြ လုပ္ေပးဖို႔ လိုအပ္ပါတယ္)
ဒီေနရာမွာ R factor ဆိုတာက Response Modification factor ျဖစ္ၿပီး အေဆာက္အအံုရဲ႕ ၫႊတ္ေျပာင္းမႈ (ductility) နဲ႔ သက္ဆိုင္တဲ့ Factor တစ္ခုျဖစ္ပါတယ္။ အဲဒီ R factor အေပၚ မူတည္ၿပီး lateral load ကို adjust လုပ္ရတာျဖစ္ပါတယ္။ (R Factor ဟာ Base Shear Equation ရဲ႕ ပိုင္းေျခမွာ ရွိေနတာေၾကာင့္ R factor မ်ားလာတာနဲ႔အမွ် Base Shear တန္ဖိုး နည္းသြားမွာျဖစ္ပါတယ္)
ငလ်င္ျဖစ္ေပၚတဲ့အခ်ိန္မွာ တိုင္းတာေရး ကရိယာမ်ား တပ္ဆင္ထားတဲ့ အေဆာက္အအံုေတြကို ေလ့လာၾကည့္ျခင္းအရ flexible moment frame ကဲ့သို႔ ၫႊတ္ေျပာင္းတဲ့ (ductile) အေဆာက္အအံုေတြဟာ masonry shear wall building ေတြကဲ့သို႔ rigid ျဖစ္တဲ့ အေဆာက္အအံုေတြထက္ ငလ်င္ဒါဏ္ ပိုမိုခံႏိုင္ရည္႐ွိတာ ေတြ႔ရပါတယ္။ ဘာေၾကာင့္လဲဆိုေတာ့ ငလ်င္လႈပ္တဲ့အခါ ျဖစ္ေပၚလာတဲ့ energy ေတြကို အဲဒီလို flexible ျဖစ္တဲ့ system ေတြက ေျဖေဖ်ာက္ dissipated လုပ္ေပးႏိုင္လိုပဲ ျဖစ္ပါတယ္။
R တန္ဖိုးပမာဏ
ASCE-7 10 မွာ အေဆာက္အအံုေတြရဲ႕ structural system ၈၄ မ်ိဳးအတြက္ R တန္ဖိုးေတြကို ေဖာ္ျပထားပါတယ္။ အဲဒီမွာ R တန္ဖိုးေတြက အနည္းဆံုး 1.5 (unreinforced concrete and masonry shear wall ေတြအတြက္) ကေန ေသခ်ာ detail လုပ္ထားတဲ့ shear wall, braced frame, moment frame building ေတြအတြက္ 8 အထိ ေပးထားတာ ေတြ႔ရပါတယ္။
ဒီေနရာမွာ မွတ္ရမွာက R တန္ဖိုးမ်ားရင္ အေဆာက္အအံုမွာ ductile behaviour ရဖို႔အတြက္ code ေတြထဲမွာ သတ္မွတ္ထားတဲ့အတိုင္း proper detailing ေတြ လုပ္ေပးရမွာျဖစ္ပါတယ္။ Code ေတြမွာ ductile behaviour ရဖို႔ lateral force resisting system ေတြမွာ ပါဝင္တဲ့ structural members ေတြကို လိုအပ္တဲ့ ductility မေရာက္မျခင္း member ေတြ fail မျဖစ္ေစဖို႔ specific detailing requirements ေတြ သတ္မွတ္ေပးထားပါတယ္။ ဒါေပမယ့္ အဲဒီ additional detailing ေတြေၾကာင့္ ကုန္က်စရိတ္ ပိုမိုေစမွာ ျဖစ္ပါတယ္။
ဒီေတာ့ R တန္ဖိုးမ်ားရင္ Lateral design load နည္းမယ္ ဒါေပမယ့္ detailing အတြက္ ကုန္က်စရိတ္မ်ားလာပါမယ္။ အျခားတစ္ဘက္မွာ R တန္ဖိုးနည္းရင္ Lateral design load မ်ားမယ္။ (Member ေတြ ဆုိဒ္ၾကီးၾကီးလိုမယ္) ဒါေပမယ့္ detailing လုပ္ရာမွာ အထူး သတ္မွတ္ခ်က္ေတြကို လုိက္နာဖို႔ မလိုတဲ့အတြက္ ကုန္က်စရိတ္ နည္းမွာ ျဖစ္ပါတယ္။
(ဥပမာအားျဖင့္ တူညီတဲ့ ပံုစံရွိတဲ့ Masonry Shear Wall System အေဆာက္အအံုတစ္ခုရယ္၊ Ordinary Reinforced Concrete Moment Frame တစ္ခုရယ္၊ Special Reinforced Concrete Moment Frame တစ္ခုရယ္ကို Design လုပ္မယ္ဆိုရင္ R တန္ဖိုးေတြက Masonry အတြက္ 1.5, Ordinary Moment Frame အတြက္ 3.0 နဲ႔ Special Moment Frame က 8.0 ျဖစ္တဲ့အတြက္ Design Lateral force တန္ဖုိးေတြမွာ တကယ္လို႔ Masonry Shear wall system ကို 1000 Ton နဲ႔ Design လုပ္ရမယ္ ဆိုပါက Ordinary Moment Frame အတြက္ေတာ့ 500 Ton နဲ႔သာ Design လုပ္ဖို႔ လုိပါမယ္။ Special Moment frame သံုးရင္ေတာ့ 187.5 Ton အတြက္ပဲ Design လုပ္ရမွာ ျဖစ္ပါတယ္။)
ဒါ့အျပင္ wind load မ်ားတဲ့ေဒသ (ဥပမာ Wind Load 120mph ရွိတဲ့ ေနရာမ်ဳိး) မွာ အေလးခ်ိန္ေပါ့ပါးတဲ့ steel structure building တစ္ခုကို design လုပ္မယ္ဆိုရင္ wind load ေၾကာင့္ျဖစ္လာတဲ့ lateral load ဟာ အေတာ္ကို မ်ားတာ ေတြ႔ရပါမယ္။ အဲဒီအခါမ်ိဳးမွာ R value ကို နည္းနည္းပဲ သံုးၿပီး seismic load က controlling မျဖစ္ဘူးဆိုလ်င္ seismic detailing ကုန္က်စရိတ္ေတြ ေလွ်ာ့ခ် ႏိုင္မွာ ျဖစ္ပါတယ္။ ဒီေနရာမွာ seismic load က control မျဖစ္ဘဲ R ကို ႀကီးႀကီးသံုးမယ္ဆိုရင္ additional detailing requirements ေတြေၾကာင့္ economy မျဖစ္ေတာ့ဘဲ ေငြေၾကးေလလြင့္ ဆံုး႐ွံုးမႈေတြ ျဖစ္ႏိုင္ပါတယ္။
အျခားတစ္ဘက္မွာ seismic load မ်ားၿပီး wind load နည္းတဲ့ ေနရာေတြမွာ concrete building ကဲ့သို႔ ေလးလံတဲ့ အေဆာက္အအံုေတြ ေဆာက္မယ္ဆိုရင္ seismic load ေတြက control ျဖစ္ႏိုင္ၿပီး အဲဒီအခါမ်ိဳးမွာ သင့္တင့္တဲ့ R ပမာဏတန္ဖိုးကို သံုးျခင္းျဖင့္ earthquake load level ကို wind load level အထိေရာက္ေအာင္ ေလ်ာ့ခ်ေပးႏိုင္မယ္ဆိုရင္ additional detailing ကုန္က်စရိတ္ေတြကလြဲလို႔ economical ျဖစ္တဲ့ design ကို ရ႐ွိမွာ ျဖစ္ပါတယ္။
တနည္းအားျဖင့္ဆိုေသာ္ အေဆာက္အအံုေတြဟာ Wind Load ကိုခံႏိုင္ဖို႔ ေတာင့္တင္းဖို႔လိုၿပီးေတာ့ Seismic Load ကို ခံႏိုင္ဖို႔ ေပ်ာ့ေျပာင္းဖို႔လိုပါတယ္။ အဲဒီ လိုအပ္တဲ့ ေပ်ာ့ေျပာင္းမႈနဲ႔ ေတာင့္တင္းမႈၾကား R factor ကိုသံုးၿပီး adjust လုပ္ေပးျခင္းျဖင့္ Economic ျဖစ္ၿပီး သင့္ေတာ္တဲ့ Design ကိုရ႐ွိမွာ ျဖစ္ပါတယ္။
ေက်းဇူးတင္ပါတယ္။


 Aung Hsu Myat.
19 June 2016