วิศวกรรมโครงสร้าง

right|thumb|วิศวกรรมโครงสร้างเกี่ยวข้องกับการสร้างระบบที่ซับซ้อนเช่นสถานีอวกาศนานาชาติ, ที่นี่จะเห็นจากกระสวยอวกาศแอตแลนติสที่แยกตัวออกไป
thumb|right|วิศวกรโครงสร้างกำลังสืบสวนยานอวกาศที่มุ่งสู่ดาวอังคารของนาซา, Phoenix Mars Lander
right|thumb|หอไอเฟลเป็นความสำเร็จทางประวัติศาสตร์ของวิศวกรรมโครงสร้าง

**วิศวกรรมโครงสร้าง** () เป็นสาขาหนึ่งของ วิศวกรรม ที่เกี่ยวข้องกับการวิเคราะห์และการออกแบบโครงสร้างที่รองรับหรือต้านหน่วยแรงที่เกิดขึ้นในวัสดุ, อาคาร, เครื่องจักรกล, ยานพาหนะ, อากาศยาน, และแม้แต่ยานอวกาศ.

วิศวกรโครงสร้างเป็นธรรมดามากที่สุดที่จะมีส่วนร่วมกับการออกแบบอาคารและสิ่งปลูกสร้างขนาดใหญ่ที่ไม่ใช่อาคาร แต่พวกเขายังสามารถมีส่วนร่วมกับการออกแบบเครื่องจักร, อุปกรณ์ทางการแพทย์, ยานพาหนะหรือรายการใด ๆ ที่ความสมบูรณ์ของโครงสร้างมีผลกระทบต่อการทำงานหรือความปลอดภัยของรายการนั้น ๆ. วิศวกรโครงสร้างจะต้องให้แน่ใจว่าการออกแบบของพวกเขาตอบสนองกับกฏเกณฑ์การออกแบบที่กำหนดให้, ตั้งบนพื้นฐานของความปลอดภัย (เช่นโครงสร้างจะต้องไม่ยุบโดยไม่มีการเตือนตามกำหนด) หรือมีความสามารถการให้บริการและประสิทธิภาพการทำงาน (เช่นการแกว่งไปแกว่งมาของอาคารจะต้องไม่ทำให้เกิดความรู้สึกไม่สบายกับผู้อยู่อาศัย).

ทฤษฎีวิศวกรรมโครงสร้างจะยึดตามกฎทางกายภาพที่ถูกประยุกต์ใช้และความรู้เชิงประจักษ์ของประสิทธิภาพการทำงานของโครงสร้างของวัสดุและรูปทรงเรขาคณิตที่แตกต่างกัน. การออกแบบทางวิศวกรรมโครงสร้างใช้ประโยชน์จากองค์ประกอบโครงสร้างที่เรียบง่ายหลายอย่างเพื่อสร้างระบบโครงสร้างที่ซับซ้อน. วิศวกรโครงสร้างรับผิดชอบในการใช้เงินทุน, องค์ประกอบโครงสร้างและวัสดุด้วยความคิดที่สร้างสรรค์และมีประสิทธิภาพเพื่อที่จะบรรลุเป้าหมายเหล่านี้.

แต่ในประเทศไทย เมื่อกล่าวถึงวิศวกรรมโครงสร้าง มักจะเข้าใจว่าเป็นวิศวกรรมที่เกี่ยวข้องกับการวิเคราะห์, คำนวณ, การออกแบบอาคารและสิ่งก่อสร้างเท่านั้น. โดยวิศวกรรมโครงสร้างที่วิเคราะห์และออกแบบในด้านเครื่องกลหรือสิ่งอื่น ๆ มักจะถูกเรียกแยกไปตามวิศวกรรมสาขานั้น ๆ เช่น วิศวกรรมยานยนต์, วิศวกรรมอากาศยาน เป็นต้น.

## การวิเคราะห์โครงสร้าง
การวิเคราะห์ใด ๆ ในงานวิศวกรรมโครงสร้าง จะแบ่งออกเป็น 3 ส่วน คือ
* การวิเคราะห์แรงภายนอกที่กระทำกับ ชิ้นส่วน อาคารนั้น ๆ ที่ทำให้เกิด แรงดึง แรงอัด แรงเฉือน แรงบิด และโมเมนต์ดัด
* การวิเคราะห์แรงภายในที่เกิดขึ้นภายในวัสดุ ที่ถูกกระทำจากแรงภายนอก ที่ทำให้เกิดความเค้น (Stress) และความเครียด (Strain) รวมไปถึงการเสียรูป และการแอ่นตัว (Deflection) ของชิ้นส่วน
* การวิเคราะห์การเคลื่อนตัวของชิ้นส่วน เช่นการเสียรูป และการแอ่นตัว (Deflection) ของชิ้นส่วน

## ขั้นตอนในการวิเคราะห์โครงสร้าง
# สร้างแบบจำลอง
# คำนวณแรงที่กระทำภายนอก
# เลือกวัสดุและหน้าตัดโดยประมาณ
# วิเคราะห์แรงที่เกิดขึ้น
# เลือกวัสดุและขนาดให้สามารถรับแรงที่เกิดขึ้น
# วิเคราะห์ซ้ำอีกครั้ง
# ตรวจสอบผลลัพธ์ที่ได้ พร้อมกับค่าหน่วยแรงที่ยอมรับได้ และค่าการเสียรูปหรือการเคลื่อนตัว

## หลักพื้นฐานในการวิเคราะห์โครงสร้าง
* สมการหลักในการวิเคราะห์โครงสร้าง คือ สมการความสมดุล (Statically Equilibrium)
** ผลรวมแรงในแนวราบ = 0
** ผลรวมแรงในแนวดิ่ง = 0
** ผลรวมโมเมนต์ดัด = 0

* เสถียรภาพของโครงสร้าง (Structural Stability)

* ดีเทอร์มิเนซี่สถิตของโครงสร้าง (Statically Determinacy)
** โครงสร้างประเภทดีเทอร์มิเนททางสถิต (Determinate) หมายถึงโครงสร้างที่สามารถวิเคราะห์ได้ด้วยสมการสมดุลสถิตของโครงสร้าง
** โครงสร้างอินดีเทอร์มิเนท (Indeterminate) คือโครงสร้างที่ไม่สามารถวิเคราะห์ได้ด้วยสมการสมดุลตามลำพัง

## ทฤษฎีในการวิเคราะห์กำลังของวัสดุ
* ทฤษฎีหน่วยแรงใช้งาน (Working Stress) จะพิจารณาจากความเค้นคราก (Yield Stress) คือขีดกำหนดสูงสุดของความยืดหยุ่นของวัสดุ
* ทฤษฎีกำลังประลัย (Ultimate Strength) จะพิจารณาจากกำลังประลัย (Ultimate Strength) คือขีดความสามารถสูงสุดของวัสดุ

## วิศวกรโครงสร้าง (มืออาชีพ)
บทความหลัก: วิศวกรโครงสร้าง

วิศวกรโครงสร้างรับผิดชอบในการออกแบบทางวิศวกรรมและการวิเคราะห์โครงสร้าง. วิศวกรโครงสร้างระดับเริ่มต้นอาจจะออกแบบองค์ประกอบโครงสร้างของแต่ละส่วนของโครงสร้างใหญ่เช่นคาน, เสา, และพื้นของอาคาร. วิศวกรที่มีประสบการณ์มากกว่าอาจจะรับผิดชอบในการออกแบบโครงสร้างและความสมบูรณ์ของระบบทั้งหมดเช่นอาคารทั้งอาคาร.

วิศวกรโครงสร้างมักจะเชี่ยวชาญในสาขาเฉพาะอย่างเช่นวิศวกรรมสะพาน, วิศวกรรมอาคาร, อาคารท่อส่ง, โครงสร้างอุตสาหกรรม, หรือโครงสร้างเครื่องจักรกลพิเศษเช่นรถยนต์, เรือหรืออากาศยาน.

วิศวกรรมโครงสร้างมีมาตั้งแต่มนุษย์เริ่มที่จะสร้างโครงสร้างของพวกเขาเอง. มันกลายเป็นอาชีพที่ชัดเจนและเป็นทางการมากขึ้นกับวิวัฒนาการของวิชาชีพสถาปัตยกรรมที่แตกต่างจากวิชาชีพวิศวกรรมในช่วงการปฏิวัติอุตสาหกรรมปลายศตวรรษที่ 19. จนกระทั่งจุดนั้นสถาปนิกและวิศวกรโครงสร้างมักจะเป็นหนึ่งเดียวกัน - นักสร้างต้นแบบ. ด้วยการพัฒนาความรู้เป็นพิเศษของหลายทฤษฎีโครงสร้างที่โผล่ออกมาในช่วงที่ 19 และต้นศตวรรษที่ 20 เท่านั้นที่ทำให้วิศวกรโครงสร้างมืออาชีพปรากฏแก่สายตา.

บทบาทของวิศวกรโครงสร้างวันนี้เกี่ยวข้องกับความเข้าใจอย่างมีนัยสำคัญของการโหลดทั้งแบบคงที่และแบบไดนามิก, และโครงสร้างที่จะต่อต้านพวกมัน, ความซับซ้อนของโครงสร้างที่ทันสมัยมักจะต้องมีความคิดสร้างสรรค์อย่างมากจากวิศวกรเพื่อให้มั่นใจว่าโครงสร้างจะสามารถรองรับและต่อต้านโหลดทั้งหลายที่พวกโครงสร้างจะต้องทำหน้าที่. วิศวกรโครงสร้างมักจะมีระดับปริญญาตรีหลักสูตรสี่หรือห้าปี, ตามด้วยอย่างน้อยสามปีของการปฏิบัติที่เป็นมืออาชีพก่อนที่จะได้รับการพิจารณาว่ามีคุณสมบัติครบถ้วน. วิศวกรโครงสร้างได้รับอนุญาตหรือได้รับการรับรองจากสังคมการเรียนรู้และหน่วยงานกำกับดูแลที่แตกต่างกันทั่วโลก (เช่นสถาบันวิศวกรโครงสร้างในสหราชอาณาจักร). ขึ้นอยู่กับหลักสูตรปริญญาที่พวกเขาได้ศึกษามาและ/ หรือเขตอำนาจที่พวกเขากำลังมองหาใบอนุญาต, พวกเขาอาจจะได้รับการรับรอง (หรือได้รับอนุญาต) เป็นแค่วิศวกรโครงสร้าง, หรือวิศวกรโยธา, หรือเป็นทั้งวิศวกรโยธาและโครงสร้าง. อีกองค์กรระหว่างประเทศหนึ่งคือ IABSE (Internation Association for Bridge and Structural Engineering) . จุดประสงค์ของสมาคมนี้คือเพื่อแลกเปลี่ยนความรู้และเพื่อก้าวไปสู่​​การปฏิบัติของวิศวกรรมโครงสร้างทั่วโลกในการให้บริการของวิชาชีพและสังคม.

## ประวัติความเป็นมาของวิศวกรรมโครงสร้าง
บทความหลัก: ประวัติศาสตร์ของวิศวกรรมโครงสร้าง

right|thumb|Pont Du Gard, ฝรั่งเศส, ท่อระบายน้ำยุคโรมันประมาณ 19 ปีก่อนคริสตกาล

วิศวกรรมโครงสร้างย้อนกลับไป 2700 ปีก่อนคริสตกาล เมื่อปิรามิดขั้นบันไดสำหรับฟาโรห์ Djoser ถูกสร้างขึ้นโดย Imhotep, วิศวกรคนแรกในประวัติศาสตร์ที่รู้จักชื่อ. ปิรามิดเป็นโครงสร้างสำคัญที่พบมากที่สุดที่สร้างขึ้นโดยอารยธรรมโบราณเพราะรูปแบบโครงสร้างของปิรามิดมีเสถียรภาพโดยเนื้อแท้และเกือบไม่สามารถปรับขนาดให้แน่นอนได้ (ซึ่งตรงข้ามกับรูปแบบส่วนใหญ่ของโครงสร้างอื่น ๆ, ซึ่งไม่สามารถจะเพิ่มขนาดขึ้นเป็นสัดส่วนโดยตรงกับโหลดที่เพิ่มขึ้น) .

อย่างไรก็ตาม มันเป็นสิ่งสำคัญที่จะสังเกตว่าเสถียรภาพทางโครงสร้างของปิรามิดเบื้องต้นไม่ได้เป็นผลมาจากรูปร่างของมัน. ความสมบูรณ์ของปิรามิดจะเป็นเหมือนเดิมตราบใดที่หินแต่ละก้อนมีความสามารถที่จะรองรับน้ำหนักของหินที่อยู่เหนือมัน. บล็อกหินปูนถูกนำมาจากเหมืองใกล้สถานที่ก่อสร้าง. เนื่องจากแรงอัดของหินปูนอยู่ที่ประมาณ 30-250 MPa (MPa = Pa*10^6), บล็อกจะไม่พังลงมาภายใต้แรงอัด. ดังนั้นความแข็งแรงของโครงสร้างของพีระมิดเกิดจากคุณสมบัติของหินที่ก่อกันขึ้นมามากกว่ารูปทรงเรขาคณิตของพีระมิด.

ตลอดประวัติศาสตร์ยุคโบราณและยุคกลาง การออกแบบทางสถาปัตยกรรมและการก่อสร้างส่วนใหญ่ได้รับการดำเนินการโดยช่างฝีมือ, เช่นช่างก่ออิฐก่อหินและช่างไม้, ที่เติบโตขึ้นมาในบทบาทของผู้สร้างต้นแบบ. ทฤษฎีของโครงสร้างก็ยังไม่เกิดและความเข้าใจว่าโครงสร้างสามารถตั้งขึ้นได้อย่างไรถูกจำกัดอย่างมาก, และเกือบทั้งหมดขึ้นอยู่กับหลักฐานเชิงประจักษ์ของ'สิ่งที่เคยทำงานได้มาก่อน'. ความรู้ถูกเก็บรักษาไว้โดยสมาคมวิชาชีพและไม่ค่อยอัปเดตตามความก้าวหน้า. โครงสร้างทั้งหลายถูกทำซ้ำ ๆ กันแต่เพิ่มขึ้นในขนาดที่ใหญ่ขึ้น.

ไม่มีบันทึกว่าการคำนวณครั้งแรกของความแข็งแรงของโครงสร้างหรือพฤติกรรมของวัสดุโครงสร้าง, แต่อาชีพของวิศวกรโครงสร้างเป็นรูปเป็นร่างจริง ๆ ในช่วงการปฏิวัติอุตสาหกรรมและการประดิษฐ์ขึ้นใหม่ของคอนกรีต (ดูประวัติของคอนกรีต). วิทยาศาสตร์กายภาพที่อยูใต้วิศวกรรมโครงสร้างเริ่มที่จะได้รับการเข้าใจในยุคฟื้นฟูศิลปวิทยา () และมีการพัฒนามาตั้งแต่นั้นมาให้เป็นแอปพลิเคชันที่ทำโดยคอมพิวเตอร์ที่ถูกใช้เป็นหัวหอกในปี 1970s.

## Timeline
* 1452-1519 เลโอนาร์โดดาวินชีได้มีส่วนช่วยเป็นอย่างมาก
* 1638: กาลิเลโอกาลิเลอีตีพิมพ์หนังสือ "สองวิทยาศาสตร์ใหม่" ที่เขาได้ตรวจสอบความล้มเหลวของโครงสร้างง่าย ๆ
left|thumb|กาลิเลโอกาลิเลอีตีพิมพ์หนังสือ "สองวิทยาศาสตร์ใหม่" ที่เขาได้ตรวจสอบความล้มเหลวของโครงสร้างง่าย ๆ
* 1660: 'กฎของฮุค' โดยโรเบิร์ต ฮุค
* 1687: Isaac Newton ตีพิมพ์ "Philosophiae Naturalis Principia Mathematica" ที่ประกอบด้วย'กฎการเคลื่อนไหวของนิวตัน'
right|thumb|Isaac Newton ตีพิมพ์ "Philosophiae Naturalis Principia Mathematica" ที่ประกอบด้วย'กฎการเคลื่อนไหวของนิวตัน'
* 1750: สมการเกี่ยวกับคานของ Euler-Bernoulli
* 1700-1782: แดเนียล Bernoulli แนะนำหลักการของงานเสมือน
* 1707-1783: Leonhard Euler พัฒนาทฤษฎีของการโก่งงอของคอลัมน์

thumb|200px|Leonhard Euler พัฒนาทฤษฎีของการโก่งงอของคอลัมน์

* 1826: Claude-Louis Navier ตีพิมพ์บทความเกี่ยวกับพฤติกรรมการยืดหยุ่นของโครงสร้าง
* 1873: Carlo Alberto Castigliano นำเสนอวิทยานิพนธ์ของเขา "Intorno ai Sistemi elastici" ซึ่งประกอบด้วยทฤษฎีบทของเขาสำหรับการเคลื่อนย้ายแบบคอมพิวเตอร์เป็นอนุพันธ์ย่อยของพลังงานความเครียด. ทฤษฎีบทนี้รวมถึงวิธีการของ "งานน้อยที่สุด" เป็นกรณีพิเศษ
* 1874: อ็อตโต Mohr รวบรวมความคิดของโครงสร้างแบบไม่ได้กำหนดที่คงที่
* 1922: Stephen Timoshenko แก้ไขสมการเกี่ยวกับคานของ Euler-Bernoulli
* 1936: งานตีพิมพ์ของ Hardy Cross เรื่องวิธีการกระจายโมเม้นท์, นวัตกรรมที่สำคัญอันหนึ่งในการออกแบบเฟรมต่อเนื่อง
* 1941: Alexander Hrennikoff แก้ไขปัญหาการแยกส่วนของปัญหาความยืดหยุ่นของเครื่องบินโดยใช้กรอบงานแบบตาข่าย
* 1942: Richard Courant แบ่งโดเมนออกเป็นภูมิภาคย่อยที่แน่นอน
* 1956: เอกสารของ J. Turner, R. W. Clough, H. C. Martin, และ L. J. Topp เรื่อง "ความแข็งและการโก่งของโครงสร้างที่ซับซ้อน" แนะนำชื่อ "วิธีการองค์ประกอบที่แน่นอน" และเป็นที่ยอมรับอย่างกว้างขวางว่าเป็นครั้งแรกของการรักษาที่ครอบคลุมของวิธีการที่มันเป็นเป็นที่รู้จักกันในวันนี้

## ความล้มเหลวของโครงสร้าง
บทความหลัก: ความล้มเหลวของโครงสร้างและรายชื่อของความล้มเหลวและพังทลายลงมาของโครงสร้าง

ประวัติศาสตร์ของวิศวกรรมโครงสร้างประกอบด้วยการพังทลายลงมาและความล้มเหลวจำนวนมาก. บางครั้งเรื่องเหล่านี้เกิดจากความประมาทที่เห็นได้ชัด, เช่นในกรณีของการล่มสลายในโรงเรียน Petionville, ที่ท่านสาธุคุณ Fortin Augustin กล่าวว่า "เขาสร้างอาคารทั้งหมดด้วยตัวเขาเอง, เขาพูดว่าเขาไม่ต้องการวิศวกรสักคนเพราะเขามีความรู้ที่ดีในการก่อสร้าง" หลังจากการล่มสลายบางส่วนของโรงเรียนขนาดสามชั้นที่ส่งเพื่อนบ้านวิ่งหนีอลหม่าน. สุดท้ายการล่มสลายเสียชีวิต 94 คน, ส่วนใหญ่เป็นเด็ก.

ในกรณีอื่น ๆ ความล้มเหลวของโครงสร้างจำเป็นต้องมีการศึกษาอย่างรอบคอบ, และผลของการสอบถามข้อมูลเหล่านี้ส่งผลในการปฏิบัติที่ดีขึ้นและมีความเข้าใจมากขึ้นของวิทยาศาสตร์ของวิศวกรรมโครงสร้าง. บางการศึกษาดังกล่าวเป็นผลมาจากการตรวจสอบทางนิติวิทยาศาสตร์ในที่ซึ่งวิศวกรคนเดิมดูเหมือนว่าจะได้ทำทุกอย่างให้สอดคล้องกับสภาพของแนวทางการปฏิบัติอย่างมืออาชีพและแนวทางก็เป็นที่ยอมรับกันแต่ความล้มเหลวก็ยังคงเกิดขึ้น. กรณีที่มีชื่อเสียงหนึ่งของความรู้และการปฏิบัติด้านโครงสร้างที่ก้าวหน้าในลักษณะนี้สามารถพบได้ในชุดของความล้มเหลวที่เกี่ยวข้องกับ'คานกล่อง' () ซึ่งทรุดตัวลงในประเทศออสเตรเลียในช่วงปี 1970s.

## ความเชี่ยวชาญเฉพาะด้าน
### โครงสร้างอาคาร
ดูเพิ่มเติม: วิศวกรรมอาคาร

thumb|ซิดนีย์โอเปร่าเฮ้าส์, ออกแบบโดย Ove Arup & Partners, กับสถาปนิก Jørn Utzon

thumb|right|มิลเลนเนียมโดมในกรุงลอนดอน, ประเทศอังกฤษ, โดย Buro Happold และ Richard Rogers

right|thumb|Burj Khalifa, ในดูไบ, ตึกที่สูงที่สุดในโลก, ภาพแสดงระหว่างการก่อสร้างในปี 2007

วิศวกรรมโครงสร้างอาคารรวมถึงวิศวกรรมโครงสร้างทั้งหมดที่เกี่ยวข้องกับการออกแบบอาคาร, มันเป็นสาขาหนึ่งของวิศวกรรมโครงสร้างที่ใกล้เคียงกับงานสถาปัตยกรรม.

วิศวกรรมโครงสร้างอาคารเบื้องต้นจะขับเคลื่อนโดยการจัดการความคิดสร้างสรรค์ของวัสดุและรูปแบบและความคิดทางคณิตศาสตร์และวิทยาศาสตร์พื้นฐานที่จะบรรลุวัตถุประสงค์ปลายสุดที่ตอบสนองความต้องการตามหน้าที่ของมันและมีความปลอดภัยด้านโครงสร้างเมื่อต้องแบกโหลดทั้งหมดที่มันอาจถูกคาดหวังที่จะได้สัมผัส. สิ่งนี้ค่อนข้างจะแตกต่างจากการออกแบบทางสถาปัตยกรรมซึ่งถูกผลักดันโดยการจัดการที่สร้างสรรค์ของวัสดุและรูปแบบ, มวล, พื้นที่, ปริมาณ, เนื้อหาและแสงสว่างเพื่อให้บรรลุจุดสิ้นสุดซึ่งเป็นความงาม, หน้าที่การทำงานและมักจะเป็นศิลปะ.

สถาปนิกมักจะเป็นนักออกแบบอาคารผู้นำ, ที่มีวิศวกรโครงสร้างที่ได้รับการว่าจ้างให้เป็นที่ปรึกษาย่อย. ปริมาณที่แต่ละสาขาจะนำ​​การออกแบบได้จริงขึ้นอยู่อย่างมากกับชนิดของโครงสร้าง. หลายโครงสร้างมีโครงสร้างที่ง่ายและถูกนำโดยสถาปัตยกรรม, เช่นอาคารสำนักงานและบ้านที่อยู่อาศัยหลายชั้น, ในขณะที่โครงสร้างอื่น ๆ, เช่นโครงสร้างความตึง (), Thin-shell structure และ gridshell ที่ขึ้นอยู่อย่างมากกับรูปแบบของพวกมันเพื่อความแข็งแรงของพวกมันเอง, และวิศวกรอาจจะมีอิทธิพลที่มีนัยสำคัญมากขึ้นต่อรูปแบบ, ด้วยเหตุนี้ความงามจึงมีมากกว่าสถาปัต.

การออกแบบโครงสร้างอาคารต้องให้แน่ใจว่าอาคารจะสามารถตั้งตรงได้อย่างปลอดภัย, สามารถทำงานได้โดยไม่มีการโก่งตัวหรือการเคลื่อนไหวมากเกินไปซึ่งอาจก่อให้เกิดความเมื่อยล้าขององค์ประกอบโครงสร้าง, การแตกร้าวหรือความล้มเหลวของอุปกรณ์, ส่วนติดตั้งหรือผนังกั้นห้อง, หรือไม่สบายสำหรับผู้อยู่อาศัย. มันจะต้องรับผิดชอบสำหรับการเคลื่อนไหวและแรงเนื่องจากอุณหภูมิ, การคืบ, การแตกและโหลดที่ทับอยู่ข้างบน. นอกจากนี้ยังต้องให้แน่ใจว่าการออกแบบสามารถสร้างได้จริงภายในความคลาดเคลื่อนที่ยอมรับได้ของการผลิตวัสดุ. มันจะต้องยอมให้สถาปัตยกรรมในการทำงาน, และบริการของอาคารเพื่อให้เหมาะพอดีกับภายในอาคารและการทำงานตามหน้าที่ (เครื่องปรับอากาศ, การระบายอากาศ, สารสกัดจากควัน, ไฟฟ้า, แสงสว่างและอื่น ๆ). การออกแบบโครงสร้างของอาคารที่ทันสมัย​​สามารถที่ซับซ้อนอย่างสุดขั้ว, และมักจะต้องการทีมงานขนาดใหญ่เพื่อให้เสร็จสมบูรณ์.

ความพิเศษของวิศวกรรมโครงสร้างอาคารรวมถึง:

* วิศวกรรมแผ่นดินไหว
* วิศวกรรม ส่วนหน้าของอาคาร
* วิศวกรรมไฟ
* วิศวกรรมหลังคา
* วิศวกรรมอาคารสูง
* วิศวกรรมลม

### โครงสร้างทางวิศวกรรมแผ่นดินไหว
บทความหลัก: โครงสร้างทางวิศวกรรมแผ่นดินไหว

**โครงสร้างทางวิศวกรรมแผ่นดินไหว**คือพวกผู้ที่ถูกทำด้านวิศวกรรมเพื่อให้ทนต่อแผ่นดินไหว

thumb|left|ปิรามิดที่ทนต่อแผ่นดินไหว, El Castillo, Chichen Itza

วัตถุประสงค์หลักของวิศวกรรมแผ่นดินไหวคือเพื่อเข้าใจปฏิสัมพันธ์ของโครงสร้างกับการสั่นของพื้นดิน, คาดการณ์ผลที่ตามมาของการเกิดแผ่นดินไหวที่เป็นไปได้, และออกแบบและสร้างโครงสร้างที่จะคงทนในระหว่างการเกิดแผ่นดินไหว.

โครงสร้างที่ทนต่อแผ่นดินไหวไม่จำเป็นต้องมีความแข็งแรงมากอย่างเช่นพีระมิด El Castillo Chichen Itza ที่แสดงไว้ด้านบน. ในความเป็นจริง, หลายโครงสร้างที่ได้รับการพิจารณาว่าแข็งแกร่งอาจจะแข็งทื่อ, ซึ่งจะส่งผลให้ประสิทธิภาพการคงอยู่เมื่อเกิดการสั่นไหวที่ไม่ดี.

หนึ่งในเครื่องมือที่สำคัญของวิศวกรรมแผ่นดินไหวคือการแยกฐาน, ซึ่งจะช่วยให้ฐานของโครงสร้างที่จะเตลื่อนไหวได้อย่างอิสระจากพื้นดิน

### โครงสร้างวิศวกรรมโยธา
thumb|right|โครงสร้างแบบฐานแรงโน้มถ่วง 'Statfjord' ระหว่างการก่อสร้างในนอร์เวย์. เกือบทั้งหมดของโครงสร้างจะจมอยู่ใต้น้ำในที่สุด

วิศวกรรมโครงสร้างโยธารวมถึงวิศวกรรมโครงสร้างทั้งหมดที่เกี่ยวข้องกับการสร้างสภาพแวดล้อม ซึ่งจะประกอบด้วย:

* สะพาน
* เขื่อน
* งานดิน
* ฐานราก
* โครงสร้างนอกชายฝั่ง
* ท่อส่ง
* สถานีพลังงาน
* รางรถไฟ
* โครงสร้างยึดและกำแพง
* ถนน
* อุโมงค์
* ทางน้ำ
* โครงสร้างพื้นฐานของน้ำและน้ำเสีย

วิศวกรโครงสร้างเป็นผู้นำนักออกแบบสำหรับโครงสร้างเหล่านี้, และมักจะออกแบบแต่เพียงผู้เดียว. ในการออกแบบโครงสร้างเช่นนี้, ความปลอดภัยของโครงสร้างมีความสำคัญยิ่ง (ในสหราชอาณาจักร การออกแบบเขื่อน, โรงไฟฟ้านิวเคลียร์และสะพานจะต้องมีการลงนามโดยวิศวกรผู้มีใบอนุญาต)

โครงสร้างวิศวกรรมโยธามักจะประสพกับแรงที่รุนแรงสุดขั้ว, เช่นการเปลี่ยนแปลงขนาดใหญ่ในอุณหภูมิ, โหลดแบบไดนามิกเช่นคลื่นหรือการจราจร, หรือแรงกดดันสูงจากน้ำหรือก๊าซที่ถูกบีบอัด. นอกจากนี้ มันยังมักจะถูกสร้างในสภาพแวดล้อมที่กัดกร่อน, เช่นในทะเล, ในโรงงานอุตสาหกรรมหรือใต้ดิน.

### โครงสร้างเครื่องกล

thumb|โครงสร้างเครื่องกล
thumb

หลักการของวิศวกรรมโครงสร้างถูกนำมาใช้กับความหลากหลายของโครงสร้างของเครื่องจักรกล (ที่เคลื่อนที่ได้). การออกแบบโครงสร้างคงที่ถือว่าพวกมันมีรูปทรงเรขาคณิตที่เหมือนกันเสมอ (ในความเป็นจริง, โครงสร้างที่เรียกว่าคงที่สามารถเคลื่อนที่อย่างมีนัยสำคัญ, และการออกแบบโครงสร้างทางวิศวกรรมจะต้องนำสิ่งนี้มาพิจารณาถ้าจำเป็น), แต่การออกแบบของโครงสร้างที่เคลื่อนที่ได้หรือกำลังเคลื่อนที่ต้องพิจารณาความล้า, การแปรเปลี่ยนในวิธีการที่โหลดจะถูกแรงต้านและการโก่งตัวของโครงสร้างอย่างมีนัยสำคัญ.

แรงซึ่งหลายชิ้นส่วนของเครื่องกลที่จะต้องได้รับอาจจะแปรเปลี่ยนอย่างมีนัยสำคัญ, และอาจจะรุนแรงในอัตราที่สูง. แรงที่เรือหรือเครื่องบินได้รับอาจจะแปรเปลี่ยนอย่างมากและอาจจะเป็นหลายพันครั้งตลอดช่วงอายุการใช้งานของโครงสร้าง. การออกแบบโครงสร้างต้องให้แน่ใจว่าโครงสร้างดังกล่าวมีความสามารถที่จะทนต่อโหลดเช่นนั้นได้ตลอดช่วงอายุของมันโดยไม่ล้มเหลว.

งานเหล่านี้ต้องการวิศวกรรมโครงสร้างเครื่องจักรกล:

* หม้อไอน้ำและภาชนะความดัน
* ขบวนรถและรถลาก
* รถเครน
* ลิฟท์
* บันไดเลื่อน
* เรือ

### โครงสร้างการบินและอวกาศ

thumb|left|Airbus A380, เครื่องบินโดยสารที่ใหญ่ที่สุดในโลก
thumb|left|การออกแบบขีปนาวุธต้องการความเข้าใจอย่างลึกซึ้งของการวิเคราะห์โครงสร้าง

โครงสร้างการบินและอวกาศมีหลายประเภทรวมถึงยานส่ง (Atlas, เดลต้า, ไททัน), ขีปนาวุธ (ALCM, Harpoon), ยานเหนือเสียง (กระสวยอวกาศ), เครื่องบินรบ (F-16, F-18) และเครื่องบินพาณิชย์ (โบอิ้ง 777, MD-11). โครงสร้างการบินและอวกาศมักจะประกอบด้วยแผ่นบางที่มีแผ่นเสริมแรงสำหรับพื้นผิวภายนอก, ผนังที่แบ่งตัวเครื่องบินออกเป็นส่วน ๆ และกรอบเพื่อรองรับรูปร่างและตัวยึดเช่นการเชื่อม, หมุด, สกรูและน็อตที่ยึดชิ้นส่วนต่าง ๆ เข้าด้วยกัน.

### โครงสร้างระดับนาโน
โครงสร้างนาโนเป็นวัตถุที่มีขนาดกลางระหว่างโครงสร้างโมเลกุลและต้องส่องกล้องจุลทรรศน์ (ขนาดไมโครเมตร). ในการอธิบายโครงสร้างนาโน มันมีความจำเป็นที่จะต้องแยกความแตกต่างระหว่างตัวเลขของขนาดใน'ระดับนาโน' (). พื้นผิวสิ่งทอนาโนมีหนึ่งมิติในระดับนาโน, คือเพียงความหนาของพื้นผิวของวัตถุอยู่ระหว่าง 0.1 และ 100 นาโนเมตร. ท่อนาโน  มีสองมิติในระดับนาโน, คือขนาดเส้นผ่าศูนย์กลางของท่ออยู่ระหว่าง 0.1 และ 100 นาโนเมตร; ความยาวของมันอาจจะมากกว่ามาก. สุดท้ายอนุภาคนาโนทรงกลมมีสามมิติในระดับนาโน, คืออนุภาคอยู่ระหว่าง 0.1 และ 100 นาโนเมตรใน​​แต่ละมิติเชิงพื้นที่. คำว่าอนุภาคนาโนและอนุภาคขนาดเล็ก () มักจะถุกใช้เป็นคำพ้องเสียง แม้ว่า UFP สามารถมีขนาดถึงในช่วงไมโครเมตร. คำว่า 'โครงสร้างนาโน' มักจะถูกใช้เมื่อพูดถึงเทคโนโลยีแม่เหล็ก.

### วิศวกรรมโครงสร้างวิทยาศาสตร์การแพทย์

thumb|right|การออกแบบอุปกรณ์การแพทย์ต้องมีความเข้าใจอย่างลึกซึ้งในวิศวกรรมโครงสร้าง

อุปกรณ์ทางการแพทย์ (ที่เรียกกันว่า Armamentarium) ถูกออกแบบมาเพื่อช่วยในการวินิจฉัย, การตรวจสอบหรือการรักษาสภาวะทางการแพทย์. มีหลายประเภทขั้นพื้นฐานคือ: อุปกรณ์การวินิจฉัยรวมถึงเครื่องถ่ายภาพทางการแพทย์, ที่ใช้เพื่อช่วยในการวินิจฉัยโรค; อุปกรณ์รวมถึงปั๊มฉีดเข้าหลอดเลือด, เลเซอร์ทางการแพทย์และการรักษาด้วยวิธีการผ่าตัดด้วย LASIK; การตรวจสอบทางการแพทย์ยอมให้เจ้าหน้าที่ทางการแพทย์ในการวัดสภาวะทางการแพทย์ของผู้ป่วย. จอภาพอาจวัดสัญญาณชีพผู้ป่วยและพารามิเตอร์อื่น ๆ รวมถึงคลื่นไฟฟ้าหัวใจ, คลื่นไฟฟ้าสมอง, ความดันโลหิตและก๊าซที่ละลายในเลือด; อุปกรณ์วินิจฉัยทางการแพทย์ยังอาจใช้ในบ้านเพื่อจุดประสงค์บางอย่าง, เช่น สำหรับการควบคุมโรคเบาหวาน. ช่างเทคนิคอุปกรณ์ชีวการแพทย์ (BMET) เป็นส่วนประกอบที่สำคัญของระบบการจัดส่งการดูแลสุขภาพ. ถูกจ้างเบื้องต้นโดยโรงพยาบาล, BMETs เป็นคนที่รับผิดชอบในการบำรุงรักษาอุปกรณ์สิ่งอำนวยความสะดวกทางการแพทย์.

## องค์ประกอบโครงสร้าง
บทความหลัก: Space frame

thumb|right|การกำหนดที่ชัดเจนของความสมดุลของแรง () จะทำเพียงแค่รองรับคาน, ทำให้เกิดการโก่งงอภายใต้โหลดที่กระจายอย่างสม่ำเสมอ

โครงสร้างใด ๆ จะถูกทำขึ้นหลัก ๆ จากเพียงจำนวนเล็กน้อยของชนิดขององค์ประกอบที่แตกต่างกัน ได้แก่:

* เสา ()
* คาน ()
* แผ่น ()
* โครงสร้างรูปโค้ง ()
* เปลือกนอก ()
* Catenaries

องค์ประกอบทั้งหลายเหล่านี้สามารถจำแนกตามรูปแบบ (ตรง, แผ่น, โค้ง) และมิติ (มิติเดียว/สองมิติ) ดังนี้:

### เสา
บทความหลัก: เสา
thumb|National Capitol Columns ที่ United States National Arboretum ใน Washington, D.C.

เสาเป็นองค์ประกอบที่แบกรับแรงตามแนวแกนเท่านั้น - นั้นคือแรงกดทับ () - หรือทั้งแรงตามแนวแกนและแรงโค้งงอ () (ซึ่งทางเทคนิคเรียกว่าคาน-เสา () แต่ในทางปฏิบัติเรียกแค่เสา). การออกแบบของเสาจะต้องตรวจสอบความสามารถในแนวแกนขององค์ประกอบ, และความสามารถในการโค้งงอ.

ความสามารถในการโค้งงอคือความสามารถขององค์ประกอบในการทนต่อความโน้มเอียงในการหักงอ. ความสามารถของมันขึ้นอยู่กับรูปทรงเรขาคณิต, วัสดุ, และความยาวที่มีผลของเสา, ซึ่งขึ้นอยู่กับสภาวะที่เหนี่ยวรั้งที่ด้านบนและด้านล่างของเสา. ความยาวที่มีผลจะเท่ากับ K*l โดยที่ l คือความยาวที่แท้จริงของเสา.

ความสามารถของเสาในการแบกโหลดในแนวแกนขึ้นอยู่กับระดับของแรงโค้งงอที่มันจะต้องรองรับ, และในทางกลับกัน, ระดับของแรงโค้งงอที่มันจะต้องรองรับก็จะขึ้นอยู่กับความสามารถของเสาในการแบกโหลดในแนวแกน. นี้จะถูกแสดงในแผนภูมิการทำงานร่วมกันและเป็นความสัมพันธ์ที่ไม่เป็นเส้นตรงและซับซ้อนอันหนึ่ง.

### คาน
บทความหลัก: คาน

thumb|สะพานรถไฟข้ามแม่น้ำ Torne : 'สะพานที่มีตัวรับน้ำหนักประกอบด้วยเหล็กรูปสามเหลี่ยม' () ระหว่างสวีเดนกับฟินแลนด์

คานอาจถูกนิยามว่าเป็นองค์ประกอบหนึ่งที่มีด้าน ๆ หนึ่งใหญ่กว่าอีกสองด้านและโหลดที่ถูกใส่ให้มักจะถูกกดลงบนแกนหลักขององค์ประกอบนั้น. คานและเสาจะถูกเรียกว่าองค์ประกอบของเส้นและมักจะถูกแทนด้วยเส้นที่เรียบง่ายในการสร้างแบบจำลองโครงสร้าง.

* แบบคานยื่น () (มีรองรับที่ปลายด้านหนึ่งเท่านั้นด้วยการเชื่อมต่อแบบถาวร เช่นเสาธงแนวราบหรือเอียง)
* มีการรองรับง่าย ๆ (การรองรับอยู่ในแนวตั้งที่ปลายแต่ละด้าน, ในแนวนอนมีเพียงด้านเดียวเพื่อทนต่อแรงเสียดทาน เช่นกระดานโดดน้ำ, และสามารถหมุนที่จุดรองรับ เช่นสะพานเปิด/ปิดได้)
* คงที่ (รองรับที่ปลายทั้งสองด้านโดยการเชื่อมต่อตายตัว, ไม่สามารถหมุนได้ที่จุดรองรับ)
* อย่างต่อเนื่อง (รองรับสามจุดหรือมากกว่า)
* ผสมกันของแบบข้างต้น (เช่น รองรับที่ปลายด้านหนึ่งและตรงกลาง)

คานเป็นองค์ประกอบที่แบกรับแรงโค้งงออย่างเดียวเท่านั้น. แรงโค้งงอทำให้ส่วนหนึ่งของคาน (แบ่งตามความยาวของมัน) อยู่ในสภาพ​​การกดทับและส่วนอื่น ๆ อยู่ในความตึง. ส่วนที่ถูกกดทับจะต้องถูกออกแบบเพื่อต้านทานการโค้งงอและการบด, ในขณะที่ส่วนที่อยู่ในความตึงจะต้องมีความสามารถเพียงพอที่จะต่อต้านความตึงนั้น.

### Trusses
บทความหลัก: Truss

thumb|ท้องฟ้าจำลอง McDonnell โดย Gyo Obata ในเซนต์หลุยส์, รัฐมิสซูรี่, สหรัฐอเมริกาเป็นโครงสร้างเปลือกคอนกรีต
thumb|right|ประตูโค้ง Gateway Arch ในเซนต์หลุยส์, รัฐมิสซูรี่ สูง 630 ฟุต (192 เมตร), หุ้มด้วยสเตนเลส (ชนิด 304)

truss เป็นโครงสร้างแบบหนึ่งที่ประกอบด้วยองค์ประกอบโครงสร้างสองประเภท ได้แก่; ส่วนประกอบที่ถูกแรงกดทับ () และส่วนประกอบที่ถูกแรงดึง () (เช่นเสาค้ำ () และเหล็กประกับ () ). truss ส่วนใหญ่ใช้เหล็กฉาก () ในการเชื่อมต่อหลาย ๆ องค์ประกอบเข้าด้วยกัน. เหล็กฉากค่อนข้างมีความยืดหยุ่นและช่วยลดโมเม้นท์การโค้งงอ () ที่จุดเชื่อมต่อ, จึงเป็นการช่วยให้ truss members สามารถแบกรับแรงตึงหรือแรงกดทับหลักได้.

Truss มักจะถูกนำมาใช้ในโครงสร้างขนาดใหญ่, ในที่ซึ่งมันไม่ประหยัดการใช้คานเป็นแท่งแข็ง.

### แผ่น
แผ่นแบกรับการหักงอในสองทิศทาง. แผ่นพื้นคอนกรีตเป็นตัวอย่างหนึ่งของแผ่น. แผ่นสามารถเข้าใจได้โดยใช้กลไกต่อเนื่อง (), แต่เนื่องจากความซับซ้อนที่เกี่ยวข้อง, พวกมันส่วนใหญ่มักได้รับการออกแบบโดยใช้วิธีการเชิงประจักษ์ประมวลผลหรือการวิเคราะห์คอมพิวเตอร์.

นอกจากนี้พวกมันยังสามารถได้รับการออกแบบด้วยทฤษฎีเส้นผลตอบแทน (), ในที่ซึ่งกลไกการล่มสลายที่ได้สันนิษฐานไว้มีการวิเคราะห์เพื่อให้ขอบเขตด้านบน () บนโหลดที่ล่มสลาย (ดู Plasticity). เทคนิคนี้ถูกนำมาใช้ในทางปฏิบัติ แต่เพราะวิธีการนี้จะให้ ขอบเขตด้านบน, เช่นการคาดการณ์ที่ไม่ปลอดภัยของการโหลดที่ล่มสลาย, สำหรับกลไกการล่มสลายที่ถูกคิดขึนอย่างไม่ดี การดูแลอย่างมากเป็นสิ่งจำเป็นเพื่อให้แน่ใจว่ากลไกการล่มสลายที่สันนิษฐานไว้จะเป็นจริง.

### เปลือก
บทความหลัก: โครงสร้างเปลือกบาง

ดูเพิ่มเติม: gridshell

เปลือกได้รับกำลังของพวกมันมาจากรูปแบบของพวกมันเอง, และแบกรับแรงกดทับทั้งหมดในสองทิศทาง. โดมเป็นตัวอย่างหนึ่งของเปลือก. พวกมันสามารถได้รับการออกแบบโดยการทำเป็นแบบแขวนห่วงโซ่, ซึ่งจะทำหน้าที่เป็น catenary ในแรงตึงเครียดที่บริสุทธิ์, และกลับหัวรูปแบบเพื่อให้บรรลุแรงบีบอัดที่บริสุทธิ์.

### โครงสร้างโค้ง
บทความหลัก: Arch

thumb|เสาแบบคลาสสิคที่ประกอบด้วยหลาย ๆ ส่วนของหินซ้อนทับกันและสำเร็จออกมาเป็นวัดแห่ง Bel ในสไตล์โครินเทียน, ประเทศซีเรีย
thumb|สะพานเชือก - ตัวอย่างหนึ่งของโครงสร้าง catenary

โครงสร้างโค้งแบกรับแรงกดทับบีบอัดในทิศทางเดียวเท่านั้น, ซึ่งเป็นเหตุผลว่าทำไมจึงมีความเหมาะสมที่จะสร้างซุ้มประตูโค้งจากอิฐ. พวกมันได้รับการออกแบบโดยมั่นใจว่าสายของแรงผลักดัน () ของแรงยังคงอยู่ภายในความลึกของซุ้มประตูโค้ง. ส่วนใหญ่มันจะถูกใช้เพื่อเพิ่มความโดดเด่นของโครงสร้างใด ๆ.

### Catenaries
บทความหลัก: โครงสร้างแรงดึง

Catenaries ได้รับความแข็งแรงของพวกมันจากรูปแบบของพวกมันเอง, และแบกรับแรงตึงอย่างเดียวโดยการเบี่ยงเบน (เช่นเดียวกับเชือกที่จะย้อยลงมาเมื่อมีคนเดินบนนั้น). พวกมันส่วนใหญ่มักจะเป็นโครงสร้างของสายเคเบิลหรือผ้า. โครงสร้างผ้าทำหน้าที่เป็น catenary ในสองทิศทาง.

### ทฤษฎีวิศวกรรมโครงสร้าง
บทความหลัก: ทฤษฎีวิศวกรรมโครงสร้าง

thumb|รูปของโบลต์ (สกรู) ในความเค้นเฉือน (ความเค้นที่ทำให้วัสดุบิดรูปร่างไปจากเดิม) (), รูปบนแสดงให้เห็นการเฉือนเดี่ยว, รูปล่างแสดงให้เห็นการเฉือนคู่

วิศวกรรมโครงสร้างขึ้นอยู่กับความรู้ในรายละเอียดของกลศาสตร์ประยุกต์, วัสดุศาสตร์และคณิตศาสตร์ประยุกต์เพื่อที่จะเข้าใจและคาดการณ์ว่าโครงสร้างรองรับและต่อต้านน้ำหนักตัวเองและน้ำหนักของโหลดได้อย่างไร. เพื่อที่จะนำความรู้มาใช้ให้ประสบความสำเร็จ วิศวกรโครงสร้างโดยทั่วไปต้องมีความรู้ในรายละเอียดของรหัสการออกแบบ () ด้านปฏิบัติและทฤษฎีที่เกี่ยวข้อง, เทคนิคของการวิเคราะห์โครงสร้าง, รวมทั้งความรู้บางอย่างเกี่ยวกับความต้านทานการกัดกร่อนของวัสดุและโครงสร้าง, โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อโครงสร้างเหล่านั้นจะสัมผัสกับสิ่งแวดล้อมภายนอก. ตั้งแต่ปี 1990s, ซอฟแวร์ผู้เชี่ยวชาญได้มีอยู่ในตลาดเพื่อช่วยในการออกแบบโครงสร้าง, ด้วยฟังก์ชันการทำงานที่จะช่วยในการวาดภาพ, การวิเคราะห์และการออกแบบโครงสร้างที่มีความแม่นยำสูงสุด; ตัวอย่างเช่น AutoCAD, StaadPro, ETABS, Prokon, Revit Structure เป็นต้น. ซอฟต์แวร์ดังกล่าวยังอาจต้องพิจารณาโหลดในสิ่งแวดล้อม, เช่นจากการเกิดแผ่นดินไหวและลม.

### วัสดุ
บทความหลัก: วัสดุโครงสร้าง

วิศวกรรมโครงสร้างขึ้นอยู่กับความรู้ของวัสดุและคุณสมบัติของพวกมัน, เพื่อที่จะเข้าใจว่าวัสดุที่แตกต่างกันรองรับและต่อต้านโหลดได้อย่างไร.

วัสดุโครงสร้างที่พบบ่อยคือ

* เหล็ก: เหล็กดัด, เหล็กหล่อ
* คอนกรีต: คอนกรีตเสริมเหล็ก, คอนกรีตอัดแรง
* โลหะผสม: เหล็กกล้า, เหล็กสเตนเลส
* อิฐ
* ไม้: ไม้เนื้อแข็ง, ไม้เนื้ออ่อน
* อะลูมิเนียม; ยูพีวีซี
* วัสดุคอมโพสิต: ไม้อัด
* วัสดุโครงสร้างอื่น ๆ : อิฐที่ตากแห้ง, ไม้ไผ่, คาร์บอนไฟเบอร์, พลาสติกเสริมไฟเบอร์, อิฐโคลน, วัสดุมุงหลังคา, อะคริลิค

## อ้างอิง

* วิวัฒนาการ วิศวกรรมโครงสร้างไทย
* การออกแบบโครงสร้างอาคารใบหยก 2 เพื่อรับแรงด้านข้าง
* The Community for Civil Engineer.

หมวดหมู่:สาขาทางวิศวกรรมศาสตร์
หมวดหมู่:วิศวกรรมโยธา