การประชุมวิชาการวิศวกรรมโยธาแหงชาติครั้งที่ 14
มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีสุรนารี 13-15 พฤษภาคม 2552
ระบบฐานขอมูลภูมิสารสนเทศความเร็วลมในพื้นที่ภาคกลางของประเทศไทย GIS DATABASE OF WIND-SPEED FOR THE CENTRAL REGION OF THAILAND ภาคภูมิ ศรีติพันธ 1 (Parkpoom Sritipun) บุญทรัพย วิชญางกูร2 (Boonsap Wichayanggoon) 1, 2
ภาควิชาวิศวกรรมโยธา คณะวิศวกรรมศาสตร มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร
[email protected]
บทคัดยอ : ความสามารถในการนําเสนอข อ มู ล ที่ สั ม พั น ธ กั บ ตํา แหน ง ของระบบสารสนเทศภู มิ ศ าสตร
(Geographic Information System: GIS) ทํา ให ร ะบบ GIS มี ค วามเหมาะสมในการนํา มาใช เ ป น ฐานข อ มู ล ในการจั ด การข อ มู ล ความเร็ ว ลมของประเทศไทย โดยมี วั ต ถุ ป ระสงค ห ลั ก เพื่ อ ช ว ยเพิ่ ม ความสะดวกในการนํา ข อ มู ล ไปประยุ ก ต ใ ช ใ นการ ออกแบบอาคาร เพื่ อ ให อ าคารที่ อ อกแบบมี ค วามสามารถในการต า นทานแรงเนื่ อ งที่ ม ากระทํา ต อ ตั ว อาคาร การมี ข อ มู ล ที่ เ ป น ระบบจะช ว ยให ก ารนํา ข อ มู ล ไปใช ทํา ได ง า ย และสอดคล อ งกั บ ข อ กํา หนดในกฎหมาย รวมทั้ ง เพิ่ ม ความปลอดภั ย ให แ ก อ าคาร โดยฐานข อ มู ล นี้ จ ะเน น ค า ความเร็ ว ลมอ า งอิ ง ในพื้ น ที่ บ ริ เ วณภาคกลางของประเทศไทย
ABSTRACT : Ability to present and manage information associating with specific location has made the geographic information system (GIS) very attractive. Due to this suitability, GIS is thus selected as a working-horse system for wind data in Thailand. The main reason is to increase convenience in using wind velocity for high-rise building design such that it can safely bear the windinduced force acting on the building. Moreover, the wind data should be easy to acquire and must follow the applicable laws. This database will focus on information about wind velocity for the central area of Thailand.
KEYWORDS : GIS, Wind velocity, Wind velocity map 1. บทนํา การออกแบบอาคารสําหรับประเทศไทยในปจจุบัน ไดใชหนวย แรงลมที่กําหนดในกฎกระทรวงฉบับที่ 6 พ.ศ.2527[1] อาศัย อํ า นาจตามพระราชบั ญ ญั ติ ค วบคุ ม อาคาร พ.ศ.2522 ได กําหนดใหการคํานวณออกแบบโครงสรางอาคาร ใหคํานึงถึง แรงลมดวย และกําหนดใหใชหนวยแรงลม 50, 80, 120 และ 160 กิ โ ลกรั ม /ตารางเมตร ตามลํ า ดั บ ชั้ น ความสู ง ซึ่ ง ค า ที่ กํ า หนด ดังกลาวกําหนดใหใชไดทุกพื้นที่ของประเทศไทยโดยไมตอง พิจารณาปจจัยดานภูมิประเทศและปจจัยดานอื่นๆ จึงเปนที่สงสัย ถึงความเหมาะสมในการออกแบบอาคารบางชนิด ซึ่งการกําหนด
หนวยแรงดังกลาวไมเคยมีการปรับปรุงใหทันสมัยและมีความ ถู ก ต อ งสมบู ร ณ ทั ด เที ย มมาตรฐานสากล อี ก ทั้ ง เกิ ด การ เปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศอยางรุนแรงจากปรากฎการณโลก รอน(Global Warming) การศึกษานี้พิจารณาความเร็วลมและพยากรณความเร็วลมใน วิธี Extreme Value Distribution Type I(Gumbel) นําเสนอแบบ ระบบสารสนเทศภู มิ ศ าสตร ( Geographic Information System: GIS) สามารถใชในการคํานวณหนวยแรงลมตาม มาตรฐานการคํ า นวณแรงลมสํ า หรั บ การออกแบบอาคาร วิศวกรรมสถานแหงประเทศไทย(วสท.)พ.ศ.2546[2] ซึ่งใชเปน
: 1055 :
ทางเลือกเพื่อใชในการออกแบบอาคาร นอกจากนี้ไดจัดการ แปลงความเร็วลมจากระดับอางอิง(สูงจากผิวดิน 10 เมตร) เปน ความเร็ ว ลมที่ ร ะดั บ ความสู ง 2 เมตร สํ า หรั บ ใช ง านเพื่ อ การเกษตร
2. งานวิจัยที่เกี่ยวของ อุทัย ฤกษสิริรัตน[3] เสนอการทํานายความเร็วลมวิธี Gumbel กรณีไมรวมพายุไตฝุน และคํานวณหนวยแรงลมตามมาตรฐาน National Building Code of Canada 1990 เปรียบเทียบกับ พระราชบัญญัติควบคุมอาคาร พ.ศ. 2522 นรินทร เอื้อศิริวรรณ[4] ศึกษาภูมิประเทศรอบๆ เก็บขอมูล จากขอมูลกรมอุตุนิยมวิทยา ทํานายคาบเวลากลับ 50-100 ป และ ทําแผนที่เฉลี่ยหนึ่งชั่วโมงที่คาบเวลากลับ 50-100 ป อติวัฒน วิมุตตะสูงวิริยะ[5] เสนอการหาคาความเร็วลม สู ง สุ ด ที่ ค าบการกลั บ ต า งๆ และใช แ บบจํ า ลองทางสถิ ติ วิ ธี Extreme Value Distribution Type III(Reverse Weibull) คํานวณ หนว ยแรงตามมาตรฐาน ASCE 7-98 เปรีย บเทีย บกั บ พระราชบัญญัติควบคุมอาคาร พ.ศ. 2522
3. หลักทฤษฎีและวิธีการศึกษา 3.1 การจัดเก็บขอมูล ขอมูลความเร็วลมในการศึกษาเปนขอมูล จากการจั ด เก็ บ ของกรมอุ ตุ นิ ย มวิ ท ยา ใช เ ครื่ อ งมื อ ตรวจวั ด anemometer ที่ระดับความสูงจากผิวดินประมาณ 11 เมตร ตาม คู มื อ เครื่ อ งมื อ ตรวจอากาศ กรมอุ ตุ นิ ย มวิ ท ยา[6] ค า ที่ ก รม อุตุนิยมวิทยาจัดเก็บเปนเวคเตอรมีทั้งขนาด(ความเร็วลมมีหนวย วัดเปน knots) และทิศทางโดยใชหลักของเข็มทิศ 16 ทิศ ซึ่งคาที่ จัดเก็บทําการสังเกตความเร็วและทิศทางของลมกรรโชกที่พัด ผานสถานีตรวจวัดอากาศ คาที่กรมอุตุนิยมวิทยาเริ่มจัดเก็บตั้งแต ป พ.ศ.2494 แตเนื่องจากสถานีสวนใหญมีการเปลี่ยนชนิด เครื่องมือบอยครั้งในชวงตนของการกอตั้งสถานีตรวจวัดอากาศ จนกระทั่งมีการนําเครื่องมือแบบลูกถวย (ภาพที่ 1) มาใชในป พ.ศ.2508 เปนตนมาจนถึงปจจุบัน [4] ดังนั้นการศึกษานี้จึงเลือกใชขอมูลตั้งแตป พ.ศ.2508 ถึงป พ.ศ.2551 จํานวนฐานขอมูลจากสถานีตรวจวัดอากาศที่มากที่สุด จึงมีจํานวน 44 ป
ภาพที่ 1 เครื่องมือวัดความเร็วลมชนิดลูกถวย ที่มา[6]
3.2 การจัดทําความเร็วลมตามชั้นความสูงและการวิเคราะห คาบเวลากลับ(Return Period)ความเร็วลม ขอมูลความเร็วลม ที่จัดทําเปนคาความเร็วลมรายวันตามมาตรของคูมือเครื่องตรวจ อากาศ เพื่ อ ให ส ามารถนํ า มาใช เ ป น ความเร็ ว ลมอ า งอิ ง ตาม มาตรฐานการคํานวณแรงลม วสท. และสามารถนําไปใชงานใน ระดับความสูงที่ตองการศึกษาคือระดับความสูง 2, 10, 20, 30 และ 40 เมตร ไดจึงใชสมการปรับคาความเร็วลมสําหรับความสูง ตางๆ[7] ดังสมการที่ 1 U Z / U1
Z / Z 1 P
(1)
P ขึ้นอยูกับความขรุขระของพื้นดินและ สภาพบรรยากาศ มีคา ระหวาง 0.10 – 0.60[8] นํ า ข อ มู ล จั ด ทํ า เป น ค า สู ง สุ ด รายป ข อ มู ล ที่ ไ ด จั ด ทํ า เป น คาเฉลี่ย(Mean) พรอมพยากรณคาคาบเวลากลับ 10, 20, 50 และ 100 ป โดยใชวิธี Extreme Value Distribution Type I(Gumbel) การหาคาบเวลากลับคือจํานวนปโดยเฉลี่ยระหวางขนาดความเร็ว ลม ที่เกิดขึ้นมีคาเทากับหรือมากกวาขนาดความเร็วลมที่พิจารณา เชน ขนาดความเร็วลมคาบเวลากลับ 100 ป หมายถึงในรอบ 100 ป จะมีคาความเร็วลมขนาดนี้หรือมากกวานี้เกิดขึ้นโดยเฉลี่ยหนึ่ง ครั้ง ฟงกชั่นของ Extreme Value Distribution[9] แสดงไดดัง สมการที่ 2 F x
เมื่อ
: 1056 :
e
° > x u / D @1 / k ® e °¯
½° ¾ ¿°
(2)
k > 0 Extreme Value Distribution III or Weibull k < 0 Extreme Value Distribution II or Frechet
k = 0 Extreme Value Distribution I or Gumbel แสดงดังสมการที่ 3 F x
e
° ª x u /D ® e¬ ¯°
@
½° ¾ ¿°
ดังกลาว ระบบสารสนเทศสามารถแสดงขอมูลเชิงพื้นที่ผานการ วิเคราะหดวยโปรแกรมคอมพิวเตอร
(3)
กรณี k = 0 การใชวิธี Gumbel มีความเหมาะสมกับการ พยากรณความเร็วลม ซึ่งลักษณะของฟงกชั่นการแจกแจงความ นาจะเปนจะมีหางที่ยาวขึ้นเนื่องจากความเร็วลมสวนใหญจะมีคา สลั บ กั น ระหว า งค า ใกล แ ละค า ไกลกั บ ขอบเขตความเร็ ว ลม ความเร็วลมเชนนี้มักเกิดขึ้นกับสภาพภูมิประเทศบนภาคพื้นทวีป [5] จากรูปแบบฟงกชั่น Gumbel ทั้งนี้สามารถจัดรูปสมการ สําหรับใชในการวิเคราะหขอมูล[10]ดังสมการที่ 4 QTr
: u, α
u D ln ªln 1 1 º Tr ¼ ¬
(4)
parameter gumbel theory
u
Q 0.577D
D
0.7797 SQ
3.3 การจัดทําระบบสารสนเทศภู มิ ศ าสตร ( Geographic Information System: GIS) โดยการใชก ระบวนการ ทํา งานเกี่ ย วกั บ ข อ มู ล ในเชิ ง พื้ น ที่ ด ว ยระบบคอมพิ ว เตอร เพื่ อ วิ เ คราะห ข อ มู ล เชิ ง พื้ น ที่ ซึ่ ง ข อ มู ล ความเร็ ว ลมในสถานี ตรวจวัดอากาศของกรมอุตุนิยมวิทยา และตําแหนงของสถานี ตรวจวัดอากาศ ในพื้นที่ที่ทําการศึกษา(ภาคกลางของประเทศ ไทย) จะถูกนํามาจัดใหอยูในรูปแบบที่มีความสัมพันธเชื่อมโยง กันและกัน สามารถแปลความหมายเชื่ อ มโยงกั บ สภาพ ภู มิ ศ าสตร อื่ น ๆ สภาพท อ งที่ สภาพการทํา งานของระบบ สั ม พั น ธ กั บ สั ด ส ว นระยะทางและพื้ น ที่ จ ริ ง บนแผนที่ การศึกษานี้จัดเก็บขอมูล จากสถานีตรวจวัดอากาศของกรม อุตุนิยมวิทยา ในเขตภาคกลาง(Center Part) จํานวน 9 สถานี เมื่อ นํามาวิเคราะหกับขอบเขตจังหวัดในภาคกลางใหเหมาะสมกับ สถานีตรวจวัดอากาศ จึงไดกําหนดจังหวัดในการศึกษา จํานวน 19 จังหวัด ดังภาพที่ 2 เมื่อดําเนินการแปลงคาของพื้นที่และขอบเขตของจังหวัดใน ภาคกลางของประเทศไทย, ตําแหนงสถานีตรวจวัดอากาศ และ คาความเร็วลมที่วิเคราะหในระดับความสูงและคาบเวลากลับ
ภาพที่ 2 แผนที่จังหวัดในภาคกลางที่ทําการศึกษา
การวิเคราะหขอมูลเชิงพื้นที่(Spatial Analysis) มีหลาย รู ป แบบ[11] ในการศึ ก ษานี้ ใ ช ก ารวิ เ คราะห ข อ มู ล เชิ ง พื้ น ที่ ที่ เกี่ยวของดังนี้ การวิเคราะหพื้นผิว(Surface Analysis) การวิเคราะหพื้นผิว เปนการวิเคราะหการกระจายของคาตัวแปรหนึ่งซึ่งเปรียบเสมือน เปนมิติที่ 3 ของขอมูลเชิงพื้นที่ โดยขอมูลเชิงพื้นที่มีคาพิกัดตาม แนวแกน X และแกน Y สวนตัวแปรที่นํามาวิเคราะหเปนคา Z ที่ มี ก ารกระจายตั ว ครอบคลุ ม ทั้ ง พื้ น ที่ ผลการวิ เ คราะห พื้ น ผิ ว สามารถแสดงเปนภาพ 3 มิติใหเห็นถึงความแปรผันของขอมูล ดวยลักษณะสูงต่ําของพื้นผิวนั้น การแสดงขอมูลพื้นผิวสามารถ ใช โ ครงสร า งข อ มู ล แบบเวคเตอร โ ดยการใช Triangulated Irregular Network(TIN) หรือใชโครงสรางแบบเรสเตอร ใน เบื้องตนขอมูลคา Z ที่ใชในการวิเคราะหพื้นผิวมีอยูเพียงบางจุด ในพื้นที่การศึกษา เชน ข อมูลน้ําฝนมีอยูทีตํ าแหนงของสถานี น้ําฝนซึ่งกระจายอยูในพื้นที่ศึกษาเทานั้น การจะวิเคราะหคา Z จึง จําเปนตองใชการประมาณคาเชิงพื้นที่ภายใตสมมติฐาน 2 ขอ คือ คา Z ตองมีการเปลี่ยนแปลงแบบตอเนื่องคอยเปนคอยไป และคา Z ตองมีความสัมพันธเชิงพื้นที่ โดยคา Z ของจุดที่ไมทราบคาจะ มีคาใกลเคียงกับจุดที่ทราบคาที่อยูไกลออกไปเปนระยะทางนอย ที่ สุ ด ซึ่ ง ผลการวิ เ คราะห พื้ น ผิ ว นอกจากจะแสดงข อ มู ล ใน รูปแบบ 3 มิติ ยังสามารถแสดงในรูปแบบ 2 มิติไดเชนกัน การ แสดงข อ มู ล ในลั ก ษณะนี้ จ ะต อ งมี ก ารแบ ง ชั้ น ข อ มู ล ออกเป น ชวงๆ
: 1057 :
นอกจากนี้ทฤษฎีที่ใชในการวิเคราะหที่เกี่ยวของยังมี Spatial Interpolation และ Kriging
4. ผลการวิเคราะห 4.1 แผนที่ทางภูมิสารสนเทศ เมื่อใชกราฟวิเคราะหความ ตอเนื่องและเปรียบเทียบคาความเร็วลมเฉลี่ย(Mean) เทากับขนาด ความเร็วลมที่พยากรณดวยวิธี Extreme Value Distribution Type I(Gumbel) ที่ตําแหนงคาบเวลากลับประมาณ 2.33 ป ดังตัวอยาง ในภาพที่ 3 ภาพที่ 5 แผนทีภ่ มู ิสารสนเทศแบบเสนแบงชั้นความเร็วลมเฉลี่ย ที่ความสูง 10 เมตร
กราฟแสดง ความเร็วลมสูงสุดรายวัน ขนาดรอบปตางๆ สถานี 400201 จ.นครสวรรค
ความเร็วลมสูงสุด - เมตร/วินาที
100.00
10.00 1
10
100
1000
รอบป
ภาพที่ 3 ความสัมพันธระหวางความเร็วลมกับรอบปคาบเวลากลับของ สถานีตรวจวัดอากาศ จ.นครสวรรค ภาพที่ 6 แผนที่ภมู ิสารสนเทศแบบเชิงพื้นที่เฉลี่ย ที่ความสูง 10 เมตร
เมื่อทําการวิเคราะหขอมูลดวยการวิเคราะหพื้นผิว Surface Analysis ดวยหลักการ Spatial Interpolation จะไดแผนที่ภูมิ สารสนเทศแบบเชิงพื้นที และแผนที่ภูมิสารสนเทศแบบเสนแบง ชั้นความเร็วลม ที่คาบเวลากลับ 10, 20, 50, 100 ปและที่คาเฉลี่ย รายป(Mean) ตามระดับความสูง 2, 10, 20, 30 และ40 เมตร สําหรับนําไปใชงานตอไป ดังตัวอยางในภาพที่ 4 ถึง 7
ภาพที่ 7 แผนที่ภมู ิสารสนเทศแบบเชิงพื้นที่คาบเวลากลับ 10 ป ที่ความสูง 2 เมตร
ภาพที่ 4 แผนทีภ่ มู ิสารสนเทศแบบเสนแบงชั้นความเร็วลมคาบเวลากลับ 20 ป ที่ความสูง 20 เมตร
เมื่อพิจารณาแผนที่ภูมิสารสนเทศทั้งสองรูปแบบจะเห็นวาคา ความเร็วลมจะมีคาสูงบริเวณดานใตของภาคกลางติดอาวไทย เนื่องจากไดรับอิทธิพลจากลมในมหาสมุทร ความเร็วลมจะลดลง เมื่อเขาสูพื้นที่ในบริเวณชุมชนที่มีสิ่งกอสรางจํานวนมากเชนใน กรุงเทพมหานครฯ และจะมีความเร็วลมสูงในทิศเหนือของภาค
: 1058 :
กลางเนื่องจากอิทธิพลของภูมิประเทศเปนที่เชิงเขาสูงทําใหเกิด การบีบบังคับใหเพิ่มความเร็วของการพัดผาน เมื่อเปรียบเทียบความเร็วลมซึ่งเปนปจจัยหลักในการคํานวณ หนวยแรงลม จากการศึกษาจะเห็นไดวา ที่ความสูงจากผิวดิน 20 เมตร คาบเวลากลับ 30 ป จังหวัดนครสวรรคมีความเร็วลม 29.86 เมตร/วินาที จังหวัดสุพรรณบุรีมีความเร็วลมเฉลี่ย 26.34 เมตร/ วินาที ตางกันอยู 3.52 เมตร/วินาที(12.67 กิโลเมตร/ชั่วโมง) เปน คาความเร็วที่แตกตางกัน หากเลือกใชความเร็วลมที่สูงจะทําให การออกแบบก อ สร า งสิ้ น เปลื อ งเกิ น ความจํ า เป น แต ถ า ใช ความเร็วลมที่ต่ํา จะทําใหการออกแบบกอสรางไมถูกตองตาม หลักเกณฑและอาจสงผลถึงความปลอดภัย การออกแบบกอสราง ที่ ใ ช ข อ มู ล ใกล เ คี ย งจริ ง จึ ง มี ค วามจํ า เป น เพื่ อ ประหยั ด และ ปลอดภัย
ประกอบการจัดทํา แตไดใชแผนที่ความเร็วลมเฉลี่ยในชวงเวลา 1 ชั่วโมง ที่ความสูง 10 เมตร สําหรับคาบเวลากลับ 10, 30 และ100 ปดังภาพที่ 8 จะเห็นไดวาแผนที่ดังกลาวแสดงความเร็วลมอางอิงขนาด เท า กั น ในบริ เ วณกว า งและใช ข อบเขตจั ง หวั ด เป น เกณฑ เ ช น จังหวัดนครสวรรคมีความเร็วลมอางอิงเทากับจังหวัดสุพรรณบุรี ซึ่งแตกตางกับแผนที่ความเร็วลมประเทศอังกฤษ จัดทําแผนที่ ความเร็วลมจากสถานีตรวจวัดอากาศเปนหลัก ดังภาพที่ 9
ภาพที่ 9 แผนที่ความเร็วลมของประเทศอังกฤษ ที่มา[12]
4.2 เปรียบเทียบการคํานวณแรงลม ศึกษาการคํานวณแรงลม
ภาพที่ 8 แผนที่ความเร็วลมพืน้ ฐานที่ใชประกอบการคํานวณของมาตรฐาน การคํานวณแรงลมสําหรับการออกแบบอาคาร ที่มา [2]
แต จ ะเห็ น ได ว า ตามข อ กํ า หนดในกฎกระทรวงฯ กํ า หนด หนวยแรงลมที่เกิดจากความเร็วลมเปนปจจัยหลักกําหนดหนวย แรงในทุกพื้นที่ของประเทศไทยใหใชหนวยแรงเดียวกัน สวน มาตรฐานการคํานวณแรงลมวสท. ซึ่งไดใชมาตรฐาน National Building Code of Canada 1995 และประยุกตบางสวนของ มาตรฐาน ISO 4354 Wind actions on structures ที่ใช
กระทําตออาคารจากขอมูลความเร็วลมที่จัดทํา เปรียบเทียบกับ ขอกําหนดของกฎกระทรวงฯ 1. หนวยแรงลมที่กําหนดในกฎกระทรวงฉบับที่ 6 พ.ศ.2527 ซึ่งไดกําหนดใหการคํานวณออกแบบอาคาร ใหคํานึงถึงแรงลม ดวย และใหใชหนวยแรงลม ตามความสูงดังนี้ - สวนของอาคารที่สูงกวา 0- 10 เมตร 50 kg/m2 - สวนของอาคารสูงกวา 10 – 20 เมตร 80 kg/m2 - สวนของอาคารสูงกวา 20 – 40 เมตร 120 kg/m2 - สวนของอาคารสูงกวา 40 เมตร 160 kg/m2 2. มาตรฐานการคํานวณแรงลมสําหรับการออกแบบอาคาร วิศวกรรมสถานแหงประเทศไทย(วสท.)พ.ศ.2546 หาไดจาก สมการ
: 1059 :
P
q CeCqC p
: q
1 UV 2 2
(5)
p = equivalent static wind pressure q = reference velocity pressure Ce = exposure factor Cg= gust effect factor Cp = external pressure factor ทําการทดสอบการใชความเร็วลมจากการศึกษานี้ กําหนด พื้นที่ทดสอบที่จังหวัดลพบุรี โดยตารางที่ 1 สําหรับการออกแบบ โครงสรางเปนชนิดอาคารทั่วไป สวนตารางที่ 2 สําหรับการ ออกแบบโครงสรางเปนชนิดอาคารที่สําคัญ ที่ระดับความสูง 10, 15, 20, 25, 40 และ 41 เมตร ตารางที่ 1 เปรียบเทียบหนวยแรงลมจากฐานขอมูลเดิมและขอมูลความเร็ว ลมที่ศึกษา สําหรับอาคารทั่วไป ระดับความ สูงจากผิวดิน (1)
10 15 20 25 40 41
เมตร เมตร เมตร เมตร เมตร เมตร
หนวยแรงลม กฎกระทรวงฯ (2)
50.0 kg/m2 80.0 kg/m2 80.0 kg/m2 120.0 kg/m2 120.0 kg/m2 160.0 kg/m2
หนวยแรงตาม มาตรฐานวสท. (3)
63.7 69.0 73.2 76.5 84.0 84.5
kg/m2 kg/m2 kg/m2 kg/m2 kg/m2 kg/m2
หนวยแรงตาม ความเร็วลมศึกษา (4)
71.0 77.0 81.6 85.3 93.7 94.2
4.3 การนําไปประยุกตใช เมื่อไดแผนที่ภูมิสารสนเทศของ
kg/m2 kg/m2 kg/m2 kg/m2 kg/m2 kg/m2
ตารางที่ 2 เปรียบเทียบหนวยแรงลมจากฐานขอมูลเดิมและขอมูลความเร็ว ลมที่ศึกษา สําหรับอาคารที่สําคัญ ระดับความสูง หนวยแรงลมกฎ จากผิวดิน กระทรวงฯ (2) (1)
10 15 20 25 40 41
เมตร เมตร เมตร เมตร เมตร เมตร
50.0 kg/m2 80.0 kg/m2 80.0 kg/m2 120.0 kg/m2 120.0 kg/m2 160.0 kg/m2
หนวยแรงตาม มาตรฐานวสท. (3)
85.7 kg/m2 92.9 kg/m2 98.5 kg/m2 102.9 kg/m2 113.1 kg/m2 113.7 kg/m2
หนวยแรงตาม ความเร็วลมศึกษา (4)
95.4 103.5 109.7 114.6 125.9 126.5
พบวาหนวยแรงลมที่คํานวณไดจากความเร็วที่ไดศึกษาสูง กวาหนวยแรงลมที่ไดใชความเร็วลมอางอิงตามรูปที่ 8 ประมาณ 10% ไมวาจะคํานวณสําหรับอาคารทั่วไปหรืออาคารที่สําคัญและ ที่ทุกระดับความสูง เนื่องจากตําแหนงที่ทําการทดสอบมีความเร็ว ลมที่ ศึ ก ษาสู ง กว า ความเร็ ว ลมที่ ใ ช ใ นมาตรฐานการคํ า นวณ แรงลม วสท. และเมื่ อ พิ จ ารณาหน ว ยแรงลมที่ คํ า นวณตาม มาตรฐาน วสท. สําหรับอาคารทั่วไปที่ระดับสูงกวา 10 - 20 เมตร หนวย แรงลมตามกฎกระทรวงฯ จะสูงกวาหนวยแรงลมตามมาตรฐาน การคํานวณแรงลม วสท. แตสําหรับอาคารที่สําคัญหนวยแรงลม ตามมาตรฐานการคํานวณแรงลม วสท. จะสูงกวาหนวยแรงลม ตามกฎกระทรวงฯ และที่ระดับความสูงกวา 20 เมตร หนวยแรง ตามกฎกระทรวงฯจะสูงกวาหนวยแรงตามมาตรฐานการคํานวณ แรงลม วสท.ที่คํานวณทั้งอาคารทั่วไปและอาคารที่สําคัญ
kg/m2 kg/m2 kg/m2 kg/m2 kg/m2 kg/m2
ตารางที่ 1 และ 2 หนวยแรงลมมาตรฐานตาม วสท. หมายถึง หนวยแรงลมที่คํานวณตามมาตรฐานการคํานวณแรงลม วสท. โดยชอง(3) คํานวณตามคาความเร็วลมในรูปที่ 8, ชอง (4) คํานวณความเร็วลมที่ความสูงอางอิง 10 เมตร ที่ไดจากการศึกษา
ความเร็วลมตามชั้นความสูง และคาบเวลากลับที่จัดทําสามารถ นําไปประยุกตใช 4.3.1. การนําไปใชงานออกแบบโครงสรางบางประเภทเพื่อใหได คาแรงลมที่ถูกตอง เชน ทําการทดสอบหาแรงลมที่กระทําตอรั้ว ในพื้นที่กรุงเทพฯ ที่ความสูง 2.4 เมตร ระยะหวางเสา 3.0 เมตร ขนาดเสา 0.15x0.15 เมตร คํานวณตามมาตรฐานสําหรับอาคาร คอนกรีตเสริมเหล็ก โดยวิธีหนวยแรงใชงาน วิศวกรรมสถาน แหงประเทศไทย พ.ศ.2538[13] MR = 272 kg-m การใชหนวยแรงลมตามกฎกระทรวงฯ ที่ความสูง 2.4 เมตร P = 50 kg/m2 M1 = 432 kg-m > MR เนื่องจากหนาตัดเสามีขอจํากัดดานความลึกของหนาตัด จึงไมสามารถเสริมความแข็งแรงใหสอดคลองตามขอกําหนด ของมาตรฐานสําหรับอาคารคอนกรีตเสริมเหล็ก โดยวิธีหนวย แรงใชงาน และสภาพองคอาคารจริงได เมื่อใชหนวยแรงลมตามมาตรฐานการคํานวณแรงลม วสท. ที่ ใชความเร็วลมจากการศึกษา
: 1060 :
P
q C eC q C p
= 29.3 kg-m2. M2= 253.1 kg-m < MR
เสริมคอนกรีตสําหรับรับแรงลมไดตามขอกําหนดการคํานวณ มาตรฐานสําหรับอาคารคอนกรีตเสริมเหล็ก โดยวิธีหนวยแรงใช งาน 4.3.2. การนําไปใชในการเกษตร เพื่อนํามาหาคาการใชน้ําของพืช เชนทฤษฎี Blaney - Criddle - FAO[14] ดังสมการ ETr b Uday
= a+b[P(0.46T+8.13)]; = 0.82-0.0041(RHmin)+1.07(n/N)+0.066(Uday)– 0.006(RHmin)-0.0006(n/N)(Uday); = U2m daytime wind speed at 2 m.*
5. สรุปผลและขอเสนอแนะ แผนที่ภูมิสารสนเทศจากการศึกษานี้ใชฐานขอมูลสถานีตรวจวัด ความเร็วอากาศ กรมอุตุนิยมวิทยา แลวแปลงคาที่ระดับความสูง ที่ ต อ งการพร อ มคาดการณ ค า ความเร็ ว ที่ ค าบเวลากลั บ (return period) ตามทฤษฎี Extreme Value Distribution Type I(Gumbel) แล ว วิ เ คราะห ค วามสั ม พั น ธ ข องพื้ น ที่ แ ละความเร็ ว ลมตาม หลักการ Spatial Analysis ซึ่งแผนที่ภูมิสารสนเทศนี้สามารถทราบความเร็วลมในพื้นที่ ที่ตองการสะดวกตอการสืบคนหรือเก็บขอมูลเพิ่มเติม และยัง สามารถพั ฒ นาข อ มู ล ความเร็ ว ลมที่ นํ า ไปใช ง านต อ ไป เช น นําไปใชในการออกแบบกอสรางอาคาร และการวิเคราะหหาคา การใชน้ําของพืชทางการเกษตรเปนตน
[7] ZOUMAKIS, N.M. (1992). The dependence of the power-law exponent on surface roughness and stability in a neutrally and stably stratified surface boundary layer, Laboratory of Atmospheric Physics, Technological Education Institute(T.E.I.) [8] วีระพล แตสมบัติ, 2538. หลักอุทกวิทยา. ภาควิชาวิศวกรรมทรัพยากร น้ํา คณะวิศวกรรมศาสร มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร [9] Rajabi, M.R. and Modarres, R. (2007). Extreme value frequency analysis of wind data from Isfahan, Faculty of Natural Resources, Isfahan University of Technology, Iran [10] วราวุ ธ วุ ฒิ ว ณิ ช ย , 2538. อุ ท กวิ ท ยาประยุ ก ต . ภาควิ ช าวิ ศ วกรรม ชลประทาน คณะวิศวกรรมศาสตร มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร [11] สิริพร กมลธรรม, สํานักงานพัฒนาเทคโนโลยีอวกาศและภู มิ สารสนเทศ [12] Newberry, C.W. and Eaton, K.J. (1974). Wind loading handbook, Building Research Establishment Report, London, Her Majesty’s Stationery Office [13] คณะกรรมการวิชาการสาขาวิศวกรรมโยธา, 2538. มาตรฐานสําหรับ อาคารคอนกรีตเสริมเหล็ก โดยวิธีหนวยแรงใชงาน, วิศวกรรมสถาน แหงประเทศไทย ในพระบรมราชูปถัมภ [14] Ven Te Chow et al, (1988). Applied Hydrology, McGraw-Hill, Singapore
6. เอกสารอางอิง [1] ประกาศในราชกิจจานุเบกษา ฉบับพิเศษ เลม 102 ตอนที่ 58 ลงวันที่ 10 พฤษภาคม 2528 [2] คณะกรรมการวิชาการสาขาวิศวกรรมโยธา, 2546. มาตรฐานการ คํานวณแรงลมสํ าหรับการออกแบบอาคาร, วิศ วกรรมสถานแห ง ประเทศไทย ในพระบรมราชูปถัมภ [3] อุ ทั ย ฤกษ ศิ ริ รั ต น , 2533, ค า แรงลมสถิ ต เที ย บเท า เพื่ อ ใช ใ นการ คํานวณออกแบบอาคารสูงในกรุงเทพ, วิทยานิพนธวิศวกรรมศาสตร มหาบัณฑิต บัณฑิตวิทยาลัย จุฬาลงกรณมหาวิทยาลัย [4] นรินทร เอื้อศิริวรรณ, 2538. ความเร็วลมออกแบบและหนวยแรงลม ออกแบบเสนอแนะสํ า หรั บ ประเทศไทย, วิ ท ยานิ พ นธ วิ ศ วกรรม ศาสตรมหาบัณฑิต บัณฑิตวิทยาลัย จุฬาลงกรณมหาวิทยาลัย [5] อติวัฒน วิมุตตะสูงวิริยะ, 2547. ความเร็วลมเพื่อใชในการวิเคราะห และออกแบบโครงสรางสําหรับประเทศไทย, การประชุมวิชาการ วิศวกรรมโยธาแหงชาติ ครั้งที่ 9 [6] นาวาโทไสว สุวรรณพงศ, 2514, คูมือเครื่องมือตรวจอากาศ กรม อุตุนิยมวิทยา, กรมอุตนิยมวิทยา
: 1061 :
