การออกแบบ Steel Solar Carport (ที่จอดรถแบบติดโซล่าร์เซลล์)
เราจะมาโฟกัสกันที่แรงลมสำหรับใช้ในการออกแบบ และข้อกฎหมายที่เกี่ยวข้องกับ solar cell
โดยในกรณีที่ต้องการติดตั้ง Solar Cell บนหลังคานั้น วิศวกรอาจจะรู้กันอยู่แล้วว่ามีการปรับเปลี่ยนตัวเลขน้ำหนักบรรทุกจร จาก 30 kg/m2 เป็น 50 kg/m2 ในส่วนของโครงสร้างหลังคา โดยไม่รวมกับน้ำหนักของ Solar Cell เอง ทั้งนี้ก็เป็นเหตุผลมาจากความปลอดภัย เพื่อให้โครงสร้างสามารถรองรับน้ำหนักของเจ้าหน้าที่ขณะติดตั้งและซ่อมบำรุง รวมถึงอุปกรณ์เครื่องมือต่าง ๆได้
นอกจากนี้ยังมี กฎกระทรวง ฉบับที่ 72 (พ.ศ. 2568) ออกตามความในพระราชบัญญัติควบคุมอาคาร พ.ศ.2522 ลงวันที่ 17 พฤศจิกายน 2568 การติดตั้งแผงเชลล์แสงอาทิตย์ของระบบผลิตไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์ที่มีน้ำหนักรวมในบริเวณหนึ่งบริเวณใดไม่เกิน 20 กิโลกรัม ต่อตารางเมตร บนหลังคาของอาคาร ไม่ถือเป็นการดัดแปลงอาคารทำให้การติดตั้ง Solar Cell มีความสะดวกและง่ายมากขึ้นในเรื่องของเอกสาร
เนื่องจากเป็นโครงสร้างที่จอดรถ แรงลมจึงอาจจะเป็นตัวควบคุมการออกแบบได้ ซึ่งใน มยผ 1311 ไม่มีรูปแบบหลังคา monoslope แบบ Open Building จึงเลือกใช้ ASCE7-05 ซึ่งได้ระบุค่า Pressure Coefficient สำหรับหลังคา monoslope ไว้ อ้างอิง Fig 6-18A โดยจะขึ้นอยู่กับมุมของหลังคา สำหรับ มุมหลังคาที่น้อยกว่า 7.5 องศาให้ใช้ ค่าสำหรับ 0 องศาได้เลย ส่วนมุมหลังคา 7.6 – 45 องศาให้ interpolate ค่าเอาเอง และเนื่องจากเราใช้ ASCE7-05 ทำให้ต้องมีการปรับแก้ค่าความเร็วลม เพราะค่าความเร็วลมตามมยผ. อ้างอิงความเร็วลมเฉลี่ยที่ 1 ชั่วโมง (ยังไม่คิดผลของแรงลมกรรโชก) แต่ของ ASCE 7 อ้างอิงความเร็วลมสูงสุดที่ 3 วินาที (คิดผลของแรงลมกรรโชกแล้ว) ซึ่งก็คือเอา 1.52 คูณเข้าไป
.
โดยค่า Pressure Coefficient ที่ระบุไว้จะเป็น Net Pressure Coefficient คือรวมแรงที่กดลงบนหลังคาด้านบน และแรงที่ดันขึ้นจากใต้หลังคามาให้เรียบร้อยแล้ว เครื่องหมาย ลบ (-) ในตารางมาตรฐาน หมายถึงลมพยายามจะ “ถอน” หลังคาหรือดันหลังคาขึ้น ส่วนเครื่องหมายบวก (+) ก็จะหมายถึงลมพยายามกดหลังคาลง
.
ส่วน Clear wind flow (แบบโล่ง) จะหมายถึงลมพัดผ่านใต้หลังคาได้สะดวก (มีสิ่งกีดขวางใต้หลังคาน้อยกว่าหรือเท่ากับ 50% ซึ่ง Solar Carport ส่วนใหญ่จัดอยู่ในกลุ่มนี้ ส่วน Obstructed wind flow (แบบมีสิ่งกีดขวาง) จะหมายถึงลมพัดผ่านลำบาก (มีสิ่งกีดขวางใต้หลังคาเกิน 50% เช่น มีกำแพงกั้น หรือมีของวางสูง) และในการคำนวณต้องวิเคราะห์ ทุกกรณี (All Load Cases) ที่กำหนดไว้ในแต่ละองศาหลังคา เพื่อหากรณีที่วิกฤต (Worst Case) ที่สุดสำหรับโครงสร้าง
.
เมื่อเราคำนวณหาค่า velocity pressure ได้แล้วและได้ค่า Pressure Coefficient สำหรับหลังคาของเรา จากนั้นคูณด้วย gust factor เพื่อปรับแก้ค่า ก็จะได้ความดันลมที่กระทำการหลังคาของเรา
ในส่วนของการโมเดล notional load ที่ลองทำเพื่อให้มีความเข้าใจมากขึ้น และจริงๆมันมีความสำคัญ เพราะบนโลกใบนี้ไม่มีอะไร perfect สิ่งที่แน่นอนคือสิ่งที่ไม่แน่นอน ดังนั้นเป็นไปได้ยากที่ในการติดตั้งหรือการผลิตเสาจะออกมาตรงแด่ว และได้ดิ่ง Notional load จึงเป็นเหมือน load เสมือนที่กระทำกับ member เพื่อหาโมเมนต์ที่เพิ่มขึ้นจากการเอียงของ member โดยมาตรฐานจะกำหนดไว้ว่า เสาควรเอียงไม่เกิน 1/500 จึงกลายมาเป็นสูตรหาแรงกระทำเสมือนทางข้างหรือ notional load ที่ 0.002 ของ gravity load
.
ซึ่งจริงๆวิธี ELM ที่เราคุ้นเคยก็มีการพิจารณา notional load ใน load combination เช่นเดียวกับวิธี DM และอาจละเลยได้กรณีที่อัตราส่วนของ Displacement อันดับสอง (ที่รวมผลของความไม่สมบูรณ์ต่างๆและแรงกระทำแล้ว) หารกับ Displacement อันดับหนึ่ง (ที่คิดว่าทุกอย่างเป๊ะ 100%) ไม่เกิน 1.1 แต่หากต้องการใช้วิธี ELM ก็ยังมีเงื่อนไขที่ต้องพิจารณาถึงจะใช้ได้ คือโครงสร้างของเราจะต้องมี stiffness ที่เพียงพอที่จะต้านทานผลของ P-delta ไม่ให้เพิ่มขึ้นจนเกิดการเสียเสถียรภาพได้ เนื่องจากมาตรฐานระบุว่า หากอัตราส่วนของ Displacement อันดับหารกับ Displacement อันดับหนึ่งไม่เกิน 1.5 จะสามารถใช้วิธี ELM ได้ซึ่งก็คือการใช้ค่า K factor นั้นเอง ซึ่งยิ่งถ้าโครงสร้างมี stiffness สูง ค่า Displacement ก็จะน้อยตาม เนื่องจากยากที่จะทำให้เสียรูป และจุดต่อทุกจุดต้องเป็นจุดยึดแน่น (All joints are rigid)
.
ดังนั้น สำหรับเสาโครงเฟรมที่มีจุดต่อแบบกึ่งยึดแน่น (Semi-rigid connections) จึงไม่สามารถใช้แผนภูมิเหล่านี้ได้ในการหาค่า K ได้ และหากต้องการหาค่าตัวคูณความยาวประสิทธิผล K สำหรับโครงเฟรมแบบกึ่งยึดแน่น จำเป็นต้องใช้วิธีการวิเคราะห์การโก่งเดาะ (Buckling Analysis) เท่านั้นซึ่งก็จะมีความยุ่งยากกว่า DM
.
วิธีหนึ่งที่ครอบคลุมกว่าคือ DM หรือ Direct Analysis method โดยวิธีนี้จะไม่จำเป็นต้องหาค่า K แต่จะใช้การลดทอน stiffness ของ member เนื่องจากในการผลิตอาจจะมีความเค้นคงค้างหรือ residual stress ใน member นั้น ถ้าจะให้เปรียบเทียบง่ายๆ มันเหมือน “ความเครียดสะสม” ในตัวคนเรา ต่อให้วันนี้ไม่มีใครมาสั่งงาน (ไม่มี Load) แต่ในใจเราก็อาจจะมีความเครียดที่ค้างมาจากการทำงานเมื่อวานอยู่ข้างใน ซึ่งส่งผลต่อประสิทธิภาพการทำงานของเรานั่นเอง และในปัจจุบัน program ที่เราใช้งานกันก็ได้พัฒนาและนำวิธีคิดแบบ direct analysis method เข้ามาทำให้ง่ายยิ่งขึ้นนั้นเอง ใครสนใจก็สามารถไปดูเพิ่มเติมได้ที่
