อาคารที่มั่นคงแข็งแรง คืออาคารที่มีโครงสร้างรับและส่งต่อแรงได้เป็นอย่างดี นั่นหมายความว่าโครงสร้างทุกส่วนจะต้องถูกออกแบบมาอย่างถูกต้องแม่นยำ และสอดคล้องกับโครงสร้างส่วนอื่น ๆ เพื่อให้การถ่ายแรงลื่นไหล
โครงสร้างแต่ละส่วนมีลักษณะและลำดับการรับแรงที่ต่างกัน ไม่ว่าจะเป็น เสารับแรงอัด คานรับแรงดัด เป็นต้น ซึ่งการรับแรงที่ต่างกันนี้ส่งผลให้โครงสร้างแต่ละส่วนมีลักษณะที่ต่างกันไปด้วย ในการก่อสร้างจึงต้องมีการเช็ค เลือกใช้วัสดุที่เหมาะสมและออกแบบโครงสร้างแต่ละส่วนโดยวิศวกรโครงสร้างที่เชี่ยวชาญ โดยเฉพาะในโครงการ เช่น โรงงาน โกดังหรืออาคารขนาดใหญ่ เพื่อให้อาคารมีโครงสร้างที่รับแรงแต่ละชนิดได้อย่างมีประสิทธิภาพมากที่สุด
โครงสร้างเสากับการรับแรงที่ดี
โครงสร้างเสาเป็นส่วนที่ทำหน้าที่รับแรงอัด (มากถึง 80 – 90%) โดยทำการรับแรงที่ถ่ายลงมาจากโครงสร้างด้านบนเช่น คาน ผนังหรือหลังคา และส่งต่อลงไปยังโครงสร้างฐานรากและพื้นดินต่อไป โดยทั่วไปแล้วเสาจะมีรูปร่างเป็นสี่เหลี่ยมจัตุรัสเพราะสามารถทำการก่อสร้างและจัดการพื้นที่ใช้งานภายในอาคารได้ง่าย แต่ในบางโครงการก็มีเสารูปแบบอื่น ๆ เพื่อให้มีคุณสมบัติในการรับแรงดัดช่วยโครงสร้างคาน นอกจากแรงอัดที่มากขึ้น เช่น รูปทรงสี่เหลี่ยมผืนผ้า ฯลฯ
ในการออกแบบและก่อสร้างโครงสร้างเสา หากต้องการให้เสามีขนาดเล็กลง แต่ยังคงรับแรงได้เท่าเดิมหรือดีขึ้น การเลือกใช้เป็นโครงสร้างเหล็ก H-BEAM ถือว่าตอบโจทย์ได้ดีเลย เพราะเหล็ก H-BEAM มีพื้นที่หน้าตัดที่ความลึกเท่ากับความกว้าง ทำให้มีคุณสมบัติในการรับแรงอัดได้ดี หรือหากต้องการให้รับแรงได้มากขึ้นก็สามารถเลือกใช้เป็นเกรด SM520 ได้ ซึ่งการเลือกโครงสร้างเหล็กมาใช้งาน จะทำให้ได้เสาที่มีขนาดเล็กมากกว่าการใช้เสาคอนกรีต ใน Span เสาระยะเท่ากัน ส่งผลให้ออกแบบงานสถาปัตยกรรมและพื้นที่ใช้สอยภายในอาคารได้ลงตัวมากขึ้น
โครงสร้างคานกับการรับแรงที่ดี
คานของอาคารเป็นโครงสร้างที่ทำหน้าที่รับแรงดัดเป็นหลัก รวมถึงรับแรงเฉือนด้วย โดยแรงดัดที่ว่านี้คือแรงที่กระทำแล้วทำให้โครงสร้างเกิดการแอ่นตัว เช่น แรงที่กดลงมาจนทำให้คานเกิดการหย่อนท้องช้าง ส่วนแรงเฉือนคือแรงที่กระทำลงที่จุด ๆ หนึ่ง ในลักษณะที่คานถูกเฉือนเอาจากกัน คล้ายกับ การที่เราใช้มีดเฉือนหั่นแตงกวา แรงเหล่านี้มาจากน้ำหนักบรรทุกที่เกิดขึ้นบนโครงสร้าง เช่น น้ำหนักของเฟอร์นิเจอร์ สิ่งของที่ตั้งอยู่ถาวร รวมไปถึงน้ำหนักบรรทุกจรที่เกิดขึ้นในบางครั้ง เช่น น้ำหนักของคนที่เข้าไปใช้งาน รวมถึงน้ำหนักบรรทุกคงที่ ซึ่งก็คือน้ำหนักของตัววัสดุของโครงสร้างเองด้วย
ซึ่งการก่อสร้างให้คานมีคุณสมบัติในการรับแรงดัดและแรงเฉือนได้ดีนั้น จะขึ้นอยู่กับความลึกของคาน (วัดจากด้านบนคานลงมาด้านล่างคาน) ยิ่งคานลึกยิ่งรับแรงได้ดี โดยการหาความลึกของคานที่เหมาะสมกับโครงสร้างอาคารแต่ละหลัง จำเป็นจะต้องให้วิศวกรที่เชี่ยวญชาญคำนวณให้ และต้องสัมพันธ์กับขนาดของเสาด้วย เพื่อให้ส่งต่อแรงได้อย่างสมดุล โดยนอกจากการคำนวณขนาดคานจะช่วยให้ได้คานที่รับแรงได้ดีแล้ว ยังมีเทคนิคการออกแบบอย่าง คานหลัก – คานซอย ที่ช่วยให้โครงสร้างรับแรงได้ดีขึ้นด้วย
ในมุมมองของดีไซน์เนอร์ บางครั้งคานก็เป็นชิ้นส่วนโครงสร้างที่ทำให้งานดีไซน์หรือการวางระบบติดขัด เพราะต้องทำการเดินท่อหลบตามความลึกของคาน จึงเสียระยะ Floor to Ceiling ไป ซึ่งถ้าไม่อยากเสียความสูงโปร่งของห้อง หรือต้องการเดินท่อได้สะดวก ก็สามารถเลือกใช้เป็นโครงสร้างเหล็กในรูปแบบ H-BEAM หรือ Cellular Beam ได้ เพราะคาน H-BEAM มีขนาดที่เล็กกว่าคานคอนกรีต ทำให้ระยะ Floor to Ceiling ไม่โดยกดลงมาจนรู้สึกอึดอัด และคานแบบ Cellular Beam ที่มีรูปตรงกลาง ยังทำให้เดินท่อผ่านได้เลย ไม่ต้องเลี้ยวท่อหลบคาน
โครงสร้างหลังคากับการรับแรงที่ดี
โครงสร้างหลังคาเป็นส่วนที่ทำหน้าที่รับแรงคล้ายกับคาน แต่จะมีการรับแรงดัดน้อยกว่าและไม่ค่อยมีแรงเฉือน โดยทั่วไปโครงสร้างหลังคาจะมี 2 แบบหลัก ๆ คือ โครงสร้างที่ออกแบบมาเพื่อรับดาดฟ้าคอนกรีต ซึ่งมีลักษณะคล้ายคานรับพื้น และโครงสร้างรับวัสดุมุงหลังคา ซึ่งปริมาณของแรงดัดที่กระทำต่อหลังคาจะขึ้นอยู่กับวัสดุที่นำมามุง ยิ่งมีน้ำหนักมาก องศาชันมากก็จะยิ่งมีแรงดัดมากตามไปด้วย และนอกจากมีแรงที่กระทำจากด้านบนแล้ว ยังมีแรงลมที่มีกระทำด้านข้างด้วย การออกแบบจึงต้องคำนวณเผื่อจุดนี้เพิ่มเติม
ในการออกแบบและก่อสร้างอาคารขนาดใหญ่ Span กว้าง หรือมีเพดานสูงกว่าปกติ เช่น โรงงาน โกดัง หรือในอาคารขนาดเล็ก เช่น บ้านพักอาศัยหรืออาคารพาณิชย์ การตัดสินใจเลือกใช้เหล็ก H-BEAM มาทำเป็นโครงสร้างหลังคา อาทิ โครงข้อแข็ง Portal Frame, Cellular Beam หรือโครงหลังคารับวัสดุมุง จะช่วยให้โครงสร้างนั้นรับแรงที่มากระทำในทุกแนวได้ดีและมีความแข็งแรงมากขึ้นได้ อีกทั้งด้วยการเป็น Open-Section หน้าตัดเปิด ทำให้ไม่ต้องกังวลเรื่องการเกิดหรือการตรวจสอบสนิมในจุดที่มองไม่เห็นอีกต่อไป