Friday, January 5, 2018

Structure Analysis & RC members Design

RC column 

အရင္ဆံုးအေနနဲ႕ တကယ့္ site ထဲမွာ ကုိယ့္ Project မွာ သံုးမယ့္ Concrete Grade ကိုသိရပါမယ္
(ဥပမာ .. grade 30, grade 35, grade 40 စသည္..)
ေနာက္ၿပီး RC column ထဲမွာ သံုးမယ့္ steel ရဲ႕ strength ကို သိဖိုလိုပါတယ္။
(ဥပမာ ... grade 275, grade 460 စသည္..)


RC column ဆိုတာဟာ Compression Member ျဖစ္တဲ့အတြက္ structure တစ္ခုမွာ အင္မတန္မွာ အေရးႀကီးတဲ့ element တစ္ခုျဖစ္ပါတယ္။
ၿပိဳ ၿပီေဟ့ ဆိုရင္ ၀ိုင္း ဒိုင္း ဆိုၿပီးေတာ့ ၿပိဳေတာ့တာဘဲ။ structural warning ေပးတဲ့အခ်ိန္ဟာ အင္မတန္တိုေတာင္းတဲ့အတြက္ မလိုအပ္တဲ့ ႏွစ္နာဆံုးရံႈးထိခိုက္မႈမ်ား မရွိရေလေအာင္ ဒီဇိုင္းလုပ္ရမွာ အင္မတန္ သတိထားသင့္ပါတယ္။


2D နဲ႕ ဒီဇိုင္းလုပ္မယ္ဆိုရင္ေတာ့ ....
Frame analysis ကေန ရထားတဲ့ Column Moment ရယ္
Estimated လုပ္ၿပီး တြက္ခ်က္ထားတဲ့ Column Loading ရယ္ လိုအပ္ပါတယ္
ပံုမွန္အားျဖင့္ေတာ့ ... Shear က column ရဲ႕ tie bar ကို effect သိပ္မျဖစ္ဘဲ ... Design Code အရ minimum ရွိရမယ့္ spacing နဲ႕တင္ အိုေက ေလ့ရွိပါတယ္ ...။


3D နဲ႕ ဒီဇိုင္းလုပ္မယ္ဆိုရင္ေတာ့
3D structural analysis & design လုပ္လို႕ရတဲ့ software တစ္ခုခု (Staad Pro, Etabs etc..) နဲ႕ ကိုယ့္ ရဲ႕ structure ကို Model တည္ေဆာက္ထားဖို႕လိုပါတယ္။
အာခီပံုလိုအပ္ခ်က္ကိုၾကည့္ၿပီး ကိုယ့္ရဲ႕ 3D model ကို လိုက္ေလ်ာ္ညီေထြမႈရွိေအာင္နဲ႕ structural point of view အရ သင့္ေလ်ာ္မႈ ရွိေအာင္ တတ္ႏိုင္သမွ် simplified လုပ္ဖို႕လိုအပ္ပါတယ္။
3D ဆိုတဲ့အတိုင္း Architect က ပညာ ျပတဲ့အေပၚမူတည္ၿပီးေတာ့ ခက္ခဲ ရႈပ္ေထြးမႈရွိႏိုင္ပါတယ္။ 3D software ေတြဟာက ကိုယ္ data input လုပ္သမွ် သူကလဲ output data ေတြျပန္ထုတ္ေပးမွာပါ။
အေရးအႀကီးဆံုးအေနနဲ႕ သတိထားရမွာကေတာ့ ကိုယ့္ input data လြဲရင္ ျဖစ္ျဖစ္၊ ကိုယ့္စဥ္းစားတဲ့ assumption အပိုင္းေတြ လြဲရင္ျဖစ္ျဖစ္ မမွန္တဲ့ output ကို software က ျပန္ထုတ္ေပးမွာ ျဖစ္တဲ့အတြက္ ဘယ္ေတာ့ မဆို 3D software နဲ႕သာ structural design တြက္မယ္ဆိုရင္ေတာ့ အခ်ိန္တိုင္း counter check အၿမဲလုပ္ဖို႕လိုပါတယ္။ 3D software က ျပန္ေပးသမွ် output ေတြကို ျဖစ္ႏိုင္ မျဖစ္ႏိုင္ အၿမဲ မ်က္စိ ေဒါက္ေထာက္ၾကည့္ေနရမွာပါ။ ဒီအခ်က္ဟာ RC column design မွ မဟုတ္ပါဘူး၊ တျခား ဘယ္ software ဘဲသံုးသံုး သတိထားသင့္တဲ့အခ်က္ပါ။
အဲ့ဒီ ေနရာမယ့္ အေတြ႕အႀကံဳ ရွိဖို႕လိုပါတယ္။ လံုေလာက္တ့ဲ အေတြ႕အႀကံဳ မရွိေသးခင္စပ္ၾကား တကယ့္ဆံုးျဖစ္ေပးႏိုင္တဲ့ သူေတြရဲ႕ လမ္းညႊန္ အၾကံဥာဏ္ေပးမႈေတြ လုိအပ္လွပါတယ္။
3D model ေဆာက္ၿပီးၿပီ။ Architect drawing အရ Loading ေတြလဲ တင္ၿပီးၿပီ ဆိုရင္ေတာ့ Analysis လုပ္လိုက္ရံုပါဘဲ။
Analysis result ကလဲ အဆင္ေျပတယ္ဆိုရင္ Design code ေရြးခ်ယ္ၿပီး Design ဆက္လုပ္ရံုပါဘဲ။


ဒီေနရာမယ္ တစ္ခု ထပ္သတိထားဖို႕လိုတာကေတာ့ lateral force ( Wind Load, Notional Load ... ) ေတြထည့္စဥ္းစားရတဲ့ structure ေတြမွာဆိုရင္ေတာ့ column ရဲ႕ tie bar ေတြဟာ ပိုၿပီး စိပ္ႏိုင္ပါတယ္။
earthquake (seismic Load) ဒီဇိုင္း ကိုထည့္သြင္းတြက္ခ်က္ရရင္ေတာ့ seismic detailing အရ က်ိန္းေသ တကယ္ထြက္တာေတြထက္ အမ်ားႀကီး ပိုစိပ္စိပ္ထည့္ေပးရတတ္ပါတယ္။
ငလ်င္ ဒီဇိုင္း တြက္ခ်က္ပါက seismic design detailing ကို follow လုပ္ရပါမယ္။ သာမန္သံုးေနက် detailing အတိုင္း မျပဳလုပ္ႏိုင္ပါ။
(ဥပမာ .. ပံုမွန္အားျဖင့္ column main bar မ်ားကို floor တစ္ထပ္ခ်င္းစီရဲ႕ floor slab အေပၚေလးတင္ ကပ္ၿပီး lapping ဆက္တတ္ၾကေသာ္လည္း ... ငလ်င္ဒီဇိုင္းတြင္ ... column main bar မ်ားအား column ရဲ႕ အလယ္ (mid height of floor to floor height) တြင္ အနဲဆံုး 50% သာ ဆက္ခြင့္ျပဳပါသည္)  

RC beam

အရင္ဆံုးအေနနဲ႕ တကယ့္ site ထဲမွာ ကုိယ့္ Project မွာ သံုးမယ့္ Concrete Grade ကိုသိရပါမယ္
(ဥပမာ .. grade 30, grade 35, grade 40 စသည္..)
ေနာက္ၿပီး RC Beam ထဲမွာ သံုးမယ့္ steel ရဲ႕ strength ကို သိဖိုလိုပါတယ္။
(ဥပမာ ... grade 275, grade 460 စသည္..)


RC Beam ဆိုတာကေတာ့ Tension Member လို႕ေျပာလို႕ရပါတယ္။ ဒါေပမယ့္ ရံဖန္ရံခါ .. size ကို limit လုပ္ၿပီး ထပ္မႀကီးဘဲ ဒီဇိုင္းလုပ္တဲ့အခါမ်ားၾကရင္ေတာ့ Compression steel ကိုလဲ ထည့္ေပးရတတ္ပါတယ္။ Beam ကို Tension Member အျဖစ္ ဒီဇိုင္းလုပ္ထားမယ္ဆိုရင္ေတာ့ ၀ိုင္း ဒိုင္း ဆိုၿပီး မၿပိဳႏိုင္ဘဲ ... warning ေတြေပးမယ္၊ အသံေတြျမည္လာမယ္၊ crack ေတြေပၚလာမယ္၊ deflection ေတြ အလြန္အမင္းျဖစ္မယ္၊ .. ေနာက္ဆံုး Main steel ေတြ yield ျဖစ္ၿပီး ေတာ့ steel ေတြ ျပတ္ေတာက္သြားမွ အဲ့ဒီ beam က က်ဳိးသြားမွာပါ။ beam တစ္ေခ်ာင္း ႏွစ္ေခ်ာင္း က်ဳိးရံုနဲ႕ အေဆာက္အဦးတစ္ခုလံုး ၿပိဳက်သြားဖို႕ သိပ္မလြယ္ပါဘူး။ ဒါေပမယ့္ Column ၂ တိုင္ ၃ တိုင္ ျပိဳရင္ေတာ့ က်န္တဲ့ column ေတြပါ ဆက္လုိက္သြားတတ္ပါတယ္။
RC beam design မွာေတာ့ Steel grade က ပိုၿပီးေတာ့ control ျဖစ္၊ ပိုၿပီးေတာ့ အေရးပါပါတယ္။

2D နဲ႕ ဒီဇိုင္းလုပ္မယ္ဆိုရင္ .....
RC beam ဒီဇိုင္းလုပ္ရမွာေတာ့ Main steel နဲ႕ stirrups ကို ဒီဇိုင္းလုပ္ေပးရပါတယ္။
Main steel ကို ဒီဇိုင္းလုပ္ဖို႕ရန္အတြက္ frame analysis က ရထားတဲ့ Bending moment ကိုယူၿပီး၊ အသံုးခ်မယ့္ code မ်ားေပၚမူတည္ၿပီး၊ အသံုးျပဳမယ့္ steel diameter ကိုသိမယ္ဆိုရင္ .. အေရအတြက္ဘယ္ေလာက္ထည့္ရမလဲ ဆိုတာကို တြက္ယူလို႕ရပါတယ္။
Stirrups ဒီဇိုင္းကေတာ့ frame analysis က ရရွိမယ့္ Shear ကိုအသံုးျပဳၿပီးတြက္ယူရပါမယ္။
တစ္ခါတစ္ေလမွာေတာ့ Beam Design မွာ Torsion အေျခအေနျဖစ္ေပၚေနရင္ေတာ့ .. Torsion Steel ကိုထည့္ေပးရပါမယ့္။ Torsion steel ဟာ Beam ရဲ႕ Main Steel နဲ႕ Stirrups ကိုပါ သြားထည့္ေပါင္းေပးရမွာ ျဖစ္ပါတယ္။


3D နဲ႕ ဒီဇိုင္းလုပ္မယ္ဆိုရင္ေတာ့ .. (later force ေတြ ထည့္သြင္းစဥ္းစားရမယ္ဆိုရင္)
Beam Design မွာ အထက္ပါေဖာ္ျပထားသလို Main Steel, Stirrups & Torsion Steel မ်ားအပါ အ၀င္ .. အထူးသျဖင့္ .. Beam ဟာ Shear wall, lift core wall ေတြၾကားမွာ ဆက္သြယ္ထားတယ္ဆိုရင္ေတာ့ အဲ့ဒီ Beam ဟာ axial force ေတာ္ေတာ္မ်ားမ်ားကိုလဲ ခံစားေနရႏိုင္တဲ့အတြက္ Axial force ကိုလဲ ထည့္သြင္းစဥ္းစားေပးရန္လိုအပ္ပါတယ္။

grade 25 က tube strength, fcu (BS code) = 3625 psi ေလာက္ရွိပါမယ္။
grade 25 က cylinder strength, fc' (ACI code) = 2900 psi ေလာက္ရွိပါမယ္။


တကယ္တမ္း ျမန္မာျပည္မွာ concrete compressive strength စမ္းေလ့စမ္းထရွိတာကလဲ tube test ဘဲစမ္းေလ့ရွိပါတယ္ (ပစၥည္းကိရိယာအေျခအေနအရရယ္၊ မို ယူရတာ လြယ္ကူအဆင္ေျပတာရယ္ေၾကာင့္ပါ)။ ေနာက္ၿပီး မွ cylinder strength ကို ျပန္ေျပာင္းယူရတာပါ။ ဘာျဖစ္လို႕လဲဆိုေတာ့ ျမန္မာျပည္မွာက ACI Code နဲ႕ ဒီဇိုင္းတြက္လို႕ပါ။

ျမန္မာျပည္မွာကေတာ့ က်ေနာ္အေတြ႕အႀကံဳအရ .. အိုလံပစ္၊ ယုဇန၊ ေရႊသံလြင္၊ ေမာင္၀ိတ္၊ ဒဂံုအင္တာေနရွင္နယ္၊ ၀ါ၀ါ၀င္း၊ Asia express .. စတဲ့ ေဆာက္လုပ္ေရး company ေတြရဲ႕ ready made concrete နဲ႕ေလာင္းတဲ့ construction site ေတြမွာေတာ့ Grade 25 နဲ႕ေလာင္းၾကတာမ်ားပါတယ္။ ready made concrete နဲ႕မေလာင္းဘဲ လက္ေဖ်ာ္နဲ႕ေလာင္းတဲ့ site ေတြမွာေတာ့ fc'=2500 psi နဲ႕တြက္ပါတယ္။ ဘာနဲ႕ဘဲေလာင္းေလာင္း tube test စမ္းသပ္ဖို႕ရန္အတြက္ sample လုံလံုေလာက္ေလာက္ယူသင့္ပါတယ္။
တခ်ဳိ႕ အထပ္ပိုျမင့္တဲ့ အေဆာက္အဦးေတြ နဲ႕ ငလ်င္စဥ္းစားတဲ့ ျမန္မာျပည္က အေဆာက္အဦးေတြ မွာေတာ့ Grade 30 (သို႔) Grade 35 တို႕ကိုသံုးၾကတာေတြ႕ရပါတယ္။ steel အတြက္ကေတာ့ ပံုမွန္အားျဖင့္ fy = 40000 psi နဲ႕တြက္ၾကပါတယ္။ company က တာ၀န္ယူၿပီး grade ျမင့္တဲ့ high strength steel ေတြကို ၀ယ္ေပးႏိုင္မယ္မွာ ေသခ်ာပါက လံုေလာက္တဲ့ steel test ေတြလုပ္ၿပီး fy = 60000 psi နဲ႕ တြက္ပါတယ္။


Torsion အမ်ားဆံုးျဖစ္တတ္တာကေတာ့ ေယဘုယ်အားျဖင့္ေတာ့ Beam တစ္ေခ်ာင္းရဲ႕ Mid span မွာ ျဖစ္တတ္ပါတယ္။ ငလ်င္ ဒီဇိုင္းမွာေတာ့ ျဖစ္ေပၚတတ္တဲ့ေနရာ ကို မွန္းရမလြယ္ပါဘူး။
Torsion ဆိုတာကို ျမင္သာေအာင္ ေျပာရရင္ ... က်ေနာ္တို႕ အေလွ်ာ္ၿပီးရင္ အ၀တ္ညွစ္ သလိုပါဘဲ။ အ၀တ္ကို ညွစ္လိမ္သလိုမ်ဳိး Beam ကိုလဲ အဲ့ဒီလို လိမ္ခ်ဳိးမယ့္ အေျခအေနပါ။
Torsion ျဖစ္ေပၚေစတဲ့ တျခားအေျခအေနေတြလဲရွိပါတယ္။
ဥပမာ ..
(၁) Beam တစ္ေခ်ာင္း ရဲ႕ တဘက္ တခ်က္စီမွာ ရွိတဲ့ slab span ေတြဟာ span ခ်င္းမတူၾကရင္ ရင္လဲ Torsion ၀င္ႏိုင္ပါတယ္။
(၂) Beam တစ္ေခ်ာင္း ရဲ႕ တဘက္မွာသာ Slab ရွိၿပီး တျခားတဘက္မွာ မရွိရင္လဲ Torsion ၀င္ႏိုင္ပါတယ္။
(၃) Beam တစ္ေခ်ာင္း ရဲ႕ တဘက္မွာသာ Cantilever Slab ရွိၿပီး တျခားတဘက္မွာ Slab မရွိရင္လဲ Torsion ၀င္ႏိုင္ပါတယ္။

ေတာ္ရံု တန္ရံု Torsion ေလာက္ကေတာ့ Beam မွာသံုးထားတဲ့ Main Steel နဲ႕ Stirrups ေတြေလာက္နဲ႕တင္ အိုေက ေလ့ရွိပါတယ္။ ပံုမွန္ Beam design ေတြမွာ Torsion Design ေလ့မရွိၾကပါဘူး။ အထက္မွာ ေဖာ္ျပထားတဲ့အထဲက နံပါတ္ (၃) အေျခအေနပါ။ အဲ့ဒီ Beam ရဲ႕ အေပၚနဲ႕ ေအာက္မွာ Beam ကို ညွပ္ထားေစမယ့္ wall မရွိဘူး ဆိုရင္ ၊ Beam ကလဲ Span ေတာ္ေတာ္ရွည္တယ္ဆိုရင္ေတာ့ အဆိုးဆံုးပါဘဲ။

ကာကြယ္ဖို႕ကေတာ့ ..
Beam ကို Torsion Design တြက္ၿပီး စစ္ေပးဖို႕လိုပါမယ္။
Stirrups က Closed stirrups ျဖစ္ရပါမယ္။ Stirrups ကို ခပ္စိိတ္စိတ္ထည့္ေပးရံုနဲ႕ မခံႏိုင္ေတာ့ရင္ေတာ့ Longitudinal Torsion Bar (LTB) ထည့္ေပးရပါမယ္။ LTB ကေတာ့ Beam ရဲ႕ တစ္ဘက္တစ္ခ်က္ Mid portion မွာ Side Face မွာ Top & Bottom Main Bar ေတြနဲ႕ အၿပိဳင္ ထည့္ေပးရတာပါ။


RC Slab (not flat slab) 

ထံုးစံအတိုင္းပါဘဲ ..... အရင္ဆံုးအေနနဲ႕ တကယ့္ site ထဲမွာ ကုိယ့္ Project မွာ သံုးမယ့္ Concrete Grade ကိုသိရပါမယ္
(ဥပမာ .. grade 30, grade 35, grade 40 စသည္..)
ေနာက္ၿပီး RC Beam ထဲမွာ သံုးမယ့္ steel ရဲ႕ strength ကို သိဖိုလိုပါတယ္။
(ဥပမာ ... grade 275, grade 460 စသည္..)


Slab Design ကို 3D analysis နဲ႕ design မလုပ္ဘူးဆိုရင္ေတာ့ ...
တျခား Beam Design & Column Design ေတြနဲ႕ ဘာမွ ဆက္စပ္မႈမရွိပါဘူး ။ Frame Analysis ဘာမွ လုပ္စရာမလိုပါဘူး ။
Slab Design ေတြကို သီးျခား Design လုပ္လို႕ရပါတယ္။ မ်ားေသာအားျဖင့္ေတာ့ Coefficient method နဲ႕ design လုပ္ေလ့ရွိပါတယ္ ။
Slab Design ကို one way slab , two way slab & cantilever slab design ရယ္ဆိုၿပီး ခြဲျခားလုပ္ၾကပါတယ္ ။
ေျပာမယ္ဆိုရင္ေတာ့ ... Beam design နဲ႕ စဥ္းစားပံု concept ခ်င္းက ေတာ့ အတူတူပါဘဲ .. ။
Beam Design
မွာကေတာ့ Beam width & Beam depth နဲ႕ Beam design လုပ္ခဲ့သလိုပါဘူး ....
Slab Design မွာကေတာ့ Slab Strip ( 1 meter (or) 12 inches ) (width) & slab thickness (depth) နဲ႕ ဒီဇိုင္းလုပ္တာပါဘဲ ... ။ ကြာျခားမႈမရွိပါဘူး ။

တကယ္လို႕ 3D analysis & design ကို SAFE software ကိုသံုးၿပီး design လုပ္မယ္ဆိုရင္ေတာ့ ...
slab design မွာ two way & cantilever slab design ကိုဘဲ ဒီဇိုင္းလုပ္မွာ ျဖစ္ပါတယ္ ။
ဘာျဖစ္လို႕လဲဆိုေတာ့ SAFE software ဟာ finite element method နဲ႕ analysis လုပ္မွာျဖစ္တဲ့အတြက္ေၾကာင့္ျဖစ္ပါတယ္။ 
  
 Credit

http://www.myanmarengineer.org