วิศวกรรมโครงสร้าง

วิศวกรรมโครงสร้าง (Structural engineering) 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) . จุดประสงค์ของสมาคมนี้คือเพื่อแลกเปลี่ยนความรู้และเพื่อก้าวไปสู่การปฏิบัติของวิศวกรรมโครงสร้างทั่วโลกในการให้บริการของวิชาชีพและสังคม.
== ประวัติความเป็นมาของวิศวกรรมโครงสร้าง ==
บทความหลัก: ประวัติศาสตร์ของวิศวกรรมโครงสร้าง

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 (Renaissance) และมีการพัฒนามาตั้งแต่นั้นมาให้เป็นแอปพลิเคชันที่ทำโดยคอมพิวเตอร์ที่ถูกใช้เป็นหัวหอกในปี 1970s.
== Timeline ==
1452-1519 เลโอนาร์โดดาวินชีได้มีส่วนช่วยเป็นอย่างมาก
1638: กาลิเลโอกาลิเลอีตีพิมพ์หนังสือ "สองวิทยาศาสตร์ใหม่" ที่เขาได้ตรวจสอบความล้มเหลวของโครงสร้างง่าย ๆ

1660: 'กฎของฮุค' โดยโรเบิร์ต ฮุค
1687: Isaac Newton ตีพิมพ์ "Philosophiae Naturalis Principia Mathematica" ที่ประกอบด้วย'กฎการเคลื่อนไหวของนิวตัน'

1750: สมการเกี่ยวกับคานของ Euler-Bernoulli
1700-1782: แดเนียล Bernoulli แนะนำหลักการของงานเสมือน
1707-1783: 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' (box girders) ซึ่งทรุดตัวลงในประเทศออสเตรเลียในช่วงปี 1970s.
== ความเชี่ยวชาญเฉพาะด้าน ==
=== โครงสร้างอาคาร ===
ดูเพิ่มเติม: วิศวกรรมอาคาร



วิศวกรรมโครงสร้างอาคารรวมถึงวิศวกรรมโครงสร้างทั้งหมดที่เกี่ยวข้องกับการออกแบบอาคาร, มันเป็นสาขาหนึ่งของวิศวกรรมโครงสร้างที่ใกล้เคียงกับงานสถาปัตยกรรม.
วิศวกรรมโครงสร้างอาคารเบื้องต้นจะขับเคลื่อนโดยการจัดการความคิดสร้างสรรค์ของวัสดุและรูปแบบและความคิดทางคณิตศาสตร์และวิทยาศาสตร์พื้นฐานที่จะบรรลุวัตถุประสงค์ปลายสุดที่ตอบสนองความต้องการตามหน้าที่ของมันและมีความปลอดภัยด้านโครงสร้างเมื่อต้องแบกโหลดทั้งหมดที่มันอาจถูกคาดหวังที่จะได้สัมผัส. สิ่งนี้ค่อนข้างจะแตกต่างจากการออกแบบทางสถาปัตยกรรมซึ่งถูกผลักดันโดยการจัดการที่สร้างสรรค์ของวัสดุและรูปแบบ, มวล, พื้นที่, ปริมาณ, เนื้อหาและแสงสว่างเพื่อให้บรรลุจุดสิ้นสุดซึ่งเป็นความงาม, หน้าที่การทำงานและมักจะเป็นศิลปะ.
สถาปนิกมักจะเป็นนักออกแบบอาคารผู้นำ, ที่มีวิศวกรโครงสร้างที่ได้รับการว่าจ้างให้เป็นที่ปรึกษาย่อย. ปริมาณที่แต่ละสาขาจะนำการออกแบบได้จริงขึ้นอยู่อย่างมากกับชนิดของโครงสร้าง. หลายโครงสร้างมีโครงสร้างที่ง่ายและถูกนำโดยสถาปัตยกรรม, เช่นอาคารสำนักงานและบ้านที่อยู่อาศัยหลายชั้น, ในขณะที่โครงสร้างอื่น ๆ, เช่นโครงสร้างความตึง (tensile structure), 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). การออกแบบโครงสร้างของอาคารที่ทันสมัยสามารถที่ซับซ้อนอย่างสุดขั้ว, และมักจะต้องการทีมงานขนาดใหญ่เพื่อให้เสร็จสมบูรณ์.
ความพิเศษของวิศวกรรมโครงสร้างอาคารรวมถึง:
วิศวกรรมแผ่นดินไหว
วิศวกรรม ส่วนหน้าของอาคาร
วิศวกรรมไฟ
วิศวกรรมหลังคา
วิศวกรรมอาคารสูง
วิศวกรรมลม
=== โครงสร้างทางวิศวกรรมแผ่นดินไหว ===
บทความหลัก: โครงสร้างทางวิศวกรรมแผ่นดินไหว
โครงสร้างทางวิศวกรรมแผ่นดินไหวคือพวกผู้ที่ถูกทำด้านวิศวกรรมเพื่อให้ทนต่อแผ่นดินไหว

วัตถุประสงค์หลักของวิศวกรรมแผ่นดินไหวคือเพื่อเข้าใจปฏิสัมพันธ์ของโครงสร้างกับการสั่นของพื้นดิน, คาดการณ์ผลที่ตามมาของการเกิดแผ่นดินไหวที่เป็นไปได้, และออกแบบและสร้างโครงสร้างที่จะคงทนในระหว่างการเกิดแผ่นดินไหว.
โครงสร้างที่ทนต่อแผ่นดินไหวไม่จำเป็นต้องมีความแข็งแรงมากอย่างเช่นพีระมิด El Castillo Chichen Itza ที่แสดงไว้ด้านบน. ในความเป็นจริง, หลายโครงสร้างที่ได้รับการพิจารณาว่าแข็งแกร่งอาจจะแข็งทื่อ, ซึ่งจะส่งผลให้ประสิทธิภาพการคงอยู่เมื่อเกิดการสั่นไหวที่ไม่ดี.
หนึ่งในเครื่องมือที่สำคัญของวิศวกรรมแผ่นดินไหวคือการแยกฐาน, ซึ่งจะช่วยให้ฐานของโครงสร้างที่จะเตลื่อนไหวได้อย่างอิสระจากพื้นดิน
=== โครงสร้างวิศวกรรมโยธา ===

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
หลักการของวิศวกรรมโครงสร้างถูกนำมาใช้กับความหลากหลายของโครงสร้างของเครื่องจักรกล (ที่เคลื่อนที่ได้). การออกแบบโครงสร้างคงที่ถือว่าพวกมันมีรูปทรงเรขาคณิตที่เหมือนกันเสมอ (ในความเป็นจริง, โครงสร้างที่เรียกว่าคงที่สามารถเคลื่อนที่อย่างมีนัยสำคัญ, และการออกแบบโครงสร้างทางวิศวกรรมจะต้องนำสิ่งนี้มาพิจารณาถ้าจำเป็น), แต่การออกแบบของโครงสร้างที่เคลื่อนที่ได้หรือกำลังเคลื่อนที่ต้องพิจารณาความล้า, การแปรเปลี่ยนในวิธีการที่โหลดจะถูกแรงต้านและการโก่งตัวของโครงสร้างอย่างมีนัยสำคัญ.
แรงซึ่งหลายชิ้นส่วนของเครื่องกลที่จะต้องได้รับอาจจะแปรเปลี่ยนอย่างมีนัยสำคัญ, และอาจจะรุนแรงในอัตราที่สูง. แรงที่เรือหรือเครื่องบินได้รับอาจจะแปรเปลี่ยนอย่างมากและอาจจะเป็นหลายพันครั้งตลอดช่วงอายุการใช้งานของโครงสร้าง. การออกแบบโครงสร้างต้องให้แน่ใจว่าโครงสร้างดังกล่าวมีความสามารถที่จะทนต่อโหลดเช่นนั้นได้ตลอดช่วงอายุของมันโดยไม่ล้มเหลว.
งานเหล่านี้ต้องการวิศวกรรมโครงสร้างเครื่องจักรกล:
หม้อไอน้ำและภาชนะความดัน
ขบวนรถและรถลาก
รถเครน
ลิฟท์
บันไดเลื่อน
เรือ
=== โครงสร้างการบินและอวกาศ ===


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' (nanoscale). พื้นผิวสิ่งทอนาโนมีหนึ่งมิติในระดับนาโน, คือเพียงความหนาของพื้นผิวของวัตถุอยู่ระหว่าง 0.1 และ 100 นาโนเมตร. ท่อนาโน  มีสองมิติในระดับนาโน, คือขนาดเส้นผ่าศูนย์กลางของท่ออยู่ระหว่าง 0.1 และ 100 นาโนเมตร; ความยาวของมันอาจจะมากกว่ามาก. สุดท้ายอนุภาคนาโนทรงกลมมีสามมิติในระดับนาโน, คืออนุภาคอยู่ระหว่าง 0.1 และ 100 นาโนเมตรในแต่ละมิติเชิงพื้นที่. คำว่าอนุภาคนาโนและอนุภาคขนาดเล็ก (ultrafine particles (UFP)) มักจะถุกใช้เป็นคำพ้องเสียง แม้ว่า UFP สามารถมีขนาดถึงในช่วงไมโครเมตร. คำว่า 'โครงสร้างนาโน' มักจะถูกใช้เมื่อพูดถึงเทคโนโลยีแม่เหล็ก.
=== วิศวกรรมโครงสร้างวิทยาศาสตร์การแพทย์ ===

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

โครงสร้างใด ๆ จะถูกทำขึ้นหลัก ๆ จากเพียงจำนวนเล็กน้อยของชนิดขององค์ประกอบที่แตกต่างกัน ได้แก่:
เสา (column)
คาน (beam)
แผ่น (plate)
โครงสร้างรูปโค้ง (arch)
เปลือกนอก (shell)
Catenaries
องค์ประกอบทั้งหลายเหล่านี้สามารถจำแนกตามรูปแบบ (ตรง, แผ่น, โค้ง) และมิติ (มิติเดียว/สองมิติ) ดังนี้:
=== เสา ===
บทความหลัก: เสา

เสาเป็นองค์ประกอบที่แบกรับแรงตามแนวแกนเท่านั้น - นั้นคือแรงกดทับ (compression) - หรือทั้งแรงตามแนวแกนและแรงโค้งงอ (bending) (ซึ่งทางเทคนิคเรียกว่าคาน-เสา (beam-column) แต่ในทางปฏิบัติเรียกแค่เสา). การออกแบบของเสาจะต้องตรวจสอบความสามารถในแนวแกนขององค์ประกอบ, และความสามารถในการโค้งงอ.
ความสามารถในการโค้งงอคือความสามารถขององค์ประกอบในการทนต่อความโน้มเอียงในการหักงอ. ความสามารถของมันขึ้นอยู่กับรูปทรงเรขาคณิต, วัสดุ, และความยาวที่มีผลของเสา, ซึ่งขึ้นอยู่กับสภาวะที่เหนี่ยวรั้งที่ด้านบนและด้านล่างของเสา. ความยาวที่มีผลจะเท่ากับ K*l โดยที่ l คือความยาวที่แท้จริงของเสา.
ความสามารถของเสาในการแบกโหลดในแนวแกนขึ้นอยู่กับระดับของแรงโค้งงอที่มันจะต้องรองรับ, และในทางกลับกัน, ระดับของแรงโค้งงอที่มันจะต้องรองรับก็จะขึ้นอยู่กับความสามารถของเสาในการแบกโหลดในแนวแกน. นี้จะถูกแสดงในแผนภูมิการทำงานร่วมกันและเป็นความสัมพันธ์ที่ไม่เป็นเส้นตรงและซับซ้อนอันหนึ่ง.
=== คาน ===
บทความหลัก: คาน

คานอาจถูกนิยามว่าเป็นองค์ประกอบหนึ่งที่มีด้าน ๆ หนึ่งใหญ่กว่าอีกสองด้านและโหลดที่ถูกใส่ให้มักจะถูกกดลงบนแกนหลักขององค์ประกอบนั้น. คานและเสาจะถูกเรียกว่าองค์ประกอบของเส้นและมักจะถูกแทนด้วยเส้นที่เรียบง่ายในการสร้างแบบจำลองโครงสร้าง.
แบบคานยื่น (cantilever) (มีรองรับที่ปลายด้านหนึ่งเท่านั้นด้วยการเชื่อมต่อแบบถาวร เช่นเสาธงแนวราบหรือเอียง)
มีการรองรับง่าย ๆ (การรองรับอยู่ในแนวตั้งที่ปลายแต่ละด้าน, ในแนวนอนมีเพียงด้านเดียวเพื่อทนต่อแรงเสียดทาน เช่นกระดานโดดน้ำ, และสามารถหมุนที่จุดรองรับ เช่นสะพานเปิด/ปิดได้)
คงที่ (รองรับที่ปลายทั้งสองด้านโดยการเชื่อมต่อตายตัว, ไม่สามารถหมุนได้ที่จุดรองรับ)
อย่างต่อเนื่อง (รองรับสามจุดหรือมากกว่า)
ผสมกันของแบบข้างต้น (เช่น รองรับที่ปลายด้านหนึ่งและตรงกลาง)
คานเป็นองค์ประกอบที่แบกรับแรงโค้งงออย่างเดียวเท่านั้น. แรงโค้งงอทำให้ส่วนหนึ่งของคาน (แบ่งตามความยาวของมัน) อยู่ในสภาพการกดทับและส่วนอื่น ๆ อยู่ในความตึง. ส่วนที่ถูกกดทับจะต้องถูกออกแบบเพื่อต้านทานการโค้งงอและการบด, ในขณะที่ส่วนที่อยู่ในความตึงจะต้องมีความสามารถเพียงพอที่จะต่อต้านความตึงนั้น.
=== Trusses ===
บทความหลัก: Truss


truss เป็นโครงสร้างแบบหนึ่งที่ประกอบด้วยองค์ประกอบโครงสร้างสองประเภท ได้แก่; ส่วนประกอบที่ถูกแรงกดทับ (compression member) และส่วนประกอบที่ถูกแรงดึง (tension member) (เช่นเสาค้ำ (strut) และเหล็กประกับ (tie) ). truss ส่วนใหญ่ใช้เหล็กฉาก (gusset plate) ในการเชื่อมต่อหลาย ๆ องค์ประกอบเข้าด้วยกัน. เหล็กฉากค่อนข้างมีความยืดหยุ่นและช่วยลดโมเม้นท์การโค้งงอ (bending moment) ที่จุดเชื่อมต่อ, จึงเป็นการช่วยให้ truss members สามารถแบกรับแรงตึงหรือแรงกดทับหลักได้.
Truss มักจะถูกนำมาใช้ในโครงสร้างขนาดใหญ่, ในที่ซึ่งมันไม่ประหยัดการใช้คานเป็นแท่งแข็ง.
=== แผ่น ===
แผ่นแบกรับการหักงอในสองทิศทาง. แผ่นพื้นคอนกรีตเป็นตัวอย่างหนึ่งของแผ่น. แผ่นสามารถเข้าใจได้โดยใช้กลไกต่อเนื่อง (continuum mechanics), แต่เนื่องจากความซับซ้อนที่เกี่ยวข้อง, พวกมันส่วนใหญ่มักได้รับการออกแบบโดยใช้วิธีการเชิงประจักษ์ประมวลผลหรือการวิเคราะห์คอมพิวเตอร์.
นอกจากนี้พวกมันยังสามารถได้รับการออกแบบด้วยทฤษฎีเส้นผลตอบแทน (yield line theory), ในที่ซึ่งกลไกการล่มสลายที่ได้สันนิษฐานไว้มีการวิเคราะห์เพื่อให้ขอบเขตด้านบน (upper bound) 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


โครงสร้างโค้งแบกรับแรงกดทับบีบอัดในทิศทางเดียวเท่านั้น, ซึ่งเป็นเหตุผลว่าทำไมจึงมีความเหมาะสมที่จะสร้างซุ้มประตูโค้งจากอิฐ. พวกมันได้รับการออกแบบโดยมั่นใจว่าสายของแรงผลักดัน (line of thrust) ของแรงยังคงอยู่ภายในความลึกของซุ้มประตูโค้ง. ส่วนใหญ่มันจะถูกใช้เพื่อเพิ่มความโดดเด่นของโครงสร้างใด ๆ.
=== Catenaries ===
บทความหลัก: โครงสร้างแรงดึง
Catenaries ได้รับความแข็งแรงของพวกมันจากรูปแบบของพวกมันเอง, และแบกรับแรงตึงอย่างเดียวโดยการเบี่ยงเบน (เช่นเดียวกับเชือกที่จะย้อยลงมาเมื่อมีคนเดินบนนั้น). พวกมันส่วนใหญ่มักจะเป็นโครงสร้างของสายเคเบิลหรือผ้า. โครงสร้างผ้าทำหน้าที่เป็น catenary ในสองทิศทาง.
=== ทฤษฎีวิศวกรรมโครงสร้าง ===
บทความหลัก: ทฤษฎีวิศวกรรมโครงสร้าง

วิศวกรรมโครงสร้างขึ้นอยู่กับความรู้ในรายละเอียดของกลศาสตร์ประยุกต์, วัสดุศาสตร์และคณิตศาสตร์ประยุกต์เพื่อที่จะเข้าใจและคาดการณ์ว่าโครงสร้างรองรับและต่อต้านน้ำหนักตัวเองและน้ำหนักของโหลดได้อย่างไร. เพื่อที่จะนำความรู้มาใช้ให้ประสบความสำเร็จ วิศวกรโครงสร้างโดยทั่วไปต้องมีความรู้ในรายละเอียดของรหัสการออกแบบ (design codes) 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.
สาขาทางวิศวกรรมศาสตร์
วิศวกรรมโยธา