Concept และตัวอย่างการออกแบบสำหรับ Base Plate รับแรงเฉือน
สำหรับโพสต์นี้จะมาพูดถึงเรื่องของ base plate รับแรงเฉือน กันนะครับ แต่ก่อนอื่น ก็ต้องของพูดถึงพฤติกรรมทั่วไปที่เราพบเจอได้บ่อยๆ ของ bae plate ก่อนว่า
โดยปกติแล้ว การออกแบบ base plate ที่เราคุ้นเคยกันทั่วไปก็คือ base plate ที่ต้องรับแรงในแกนที่ถ่ายมาจากเสา ซึ่ง concept ของการออกแบบก็จะเป็นการหาความหนาที่สามารถต้านทานแรงที่เกิดขึ้นมาได้นั่นเองครับ นอกจากนี้ ก็ยังมีกรณีที่ base plate จะต้องรับทั้งแรงในแนวแกนและโมเมนต์ที่ถ่ายมาจากเสา ซึ่งเราก็จะแบ่งการออกแบบนี้เป็นการพิจารณาอีก 2 กรณี คือ
1. โมเมนต์ขนาดเล็ก
2. โมเมนต์ขนาดใหญ่
ซึ่งหากเป็นโมเมนต์ขนาดใหญ่ ในการคำนวณจะต้องคำนวณขนาดของสลักสมอ (anchor bolt) ที่เหมาะสมด้วย สามารถลองดู concept ได้จากโพสต์ก่อนหน้านี้ คลิก ! และ คลิก !
หลักในการออกแบบ base plate รับแรงเฉือน
ย้อนกลับมาที่ base plate ที่ต้องรองรับแรงเฉือนครับ หากถามว่าแรงเฉือนที่เราจะต้องพิจารณามาจากไหน ก็ต้องตอบว่าเนื่องจากแรงด้านข้างที่มากระทำ เช่น แรงลม แรงแผ่นดินไหว
ดังนั้น นอกจากเราจะต้องออกแบบส่วนของ base plate ให้สามารถรับแรงในแนวแกนและโมเมนต์ได้แล้ว ก็จะต้องออกแบบให้สามารถรับแรงเฉือนได้ไปพร้อมๆ กันครับ โดย concept ของการออกแบบก็จะมีอยู่ 3 concept ในการรับแรงด้วยกัน คือ
วิธีที่ 1 – การรับแรงเฉือนโดยการใช้แรงเสียดทานจาก base plate และคอนกรีต
1.การรับแรงเฉือนโดยการใช้แรงเสียดทานจาก base plate และคอนกรีต – ความต้านทานแรงเฉือนเกิดจากแรงอัดจากเสาที่ถ่ายลงมายัง base plate
ซึ่งทำให้เกิดเป็นแรงเสียดทานระหว่างคอนกรีตและ base plate ซึ่งกำลังรับแรงเฉือนก็สามารถพิจารณาได้จากแรงอัดสูงสุดที่กระทำ (compressive load, Pu) ที่ไปสอดคล้องกับแรงเฉือนที่เกิดขึ้น จึงได้รูปแบบของสมการกำลังรับแรงเฉือน (phiVn) เท่ากับ สัมประสิทธิ์แรงเสียดทาน (μ) คูณกับแรงอัดที่เกิดขึ้น (Pu) และนำไปปรับลดค่าด้วย phi นั่นเองครับ
วิธีที่ 2 – การถ่ายแรงเฉือนโดยใช้สลักสมอ (anchor bolt) เป็นตัวถ่ายแรง
2. การถ่ายแรงเฉือนโดยใช้สลักสมอ (anchor bolt) เป็นตัวถ่ายแรง – วิธีนี้เป็นวิธีที่ไม่ค่อยนิยมทำกันเท่าไหร่ เนื่องจากจะต้องใช้ความระมัดระวังในการวิเคราะห์และประเมินมาก โดยเฉพาะเรื่องของพฤติกรรมการถ่ายแรงเนื่องจากการติดตั้ง
โดย AISC ได้แนะนำถึงวิธีการทำ detail ของ base plate ในลักษณะของการถ่ายแรงเฉือนด้วยสลักสมอไว้ >> การเตรียมรูเจาะจะต้องทำให้สามารถเกิดการเคลื่อนตัวได้ (slip) (รูปตรงกลาง) ก่อนที่ base plate จะเคลื่อนตัวไปชนกับสลักสมอ … สำหรับการทำ detail นั้นจะนิยมใช้แหวนรอง (washer) เชื่อมติดกับ base plate ซึ่ง washer จะต้องมีรูใหญ่กว่าขนาดของสลักสมออย่างน้อย 2 มม.
วิธีที่ 3 – การถ่ายแรงเฉือนโดยใช้ shear lug และการฝังเสาและ base plate ลงในปูน
3. การถ่ายแรงเฉือนโดยใช้ shear lug และการฝังเสาและ base plate ลงในปูน – วิธีนี้จะเรียกเหมารวมว่าเป็นวิธีถ่ายแรงเฉือนแบบ bearing ครับ การคำนวณกำลังรับแรงเฉือนสำหรับการใช้ shear lug และการฝัง (embedment) ก็แตกต่างกัน
ซึ่งลักษณะการถ่ายแรงของการใช้ shear lug จะเริ่มต้นจากการที่มีแรงเฉือนมากระทำที่ฐานเสา และแรงนี้ก็จะเริ่มถ่ายผ่านสลักสมอไปยังคอนกรีต (หรือปูนเกราท์) ซึ่งเป็นผลเนื่องจากพฤติกรรมการสร้างกำลังต้านแรงเฉือนจากแรงกดอัดที่เกิดจากแรงอัดและ confinement effect และสลักสมอที่ต้องรับแรงดึง โดยในที่สุดแล้วก็จะทำให้เกิดพฤติกรรมการรับแรงเฉือนเนื่องจากแรงเสียดทาน
Concept ทั้งหมดก็จะเป็นประมาณนี้นะครับ แต่ในส่วนของตัวอย่างการคำนวณ ก็ขอยกตัวอย่างของการฝังเสาและ base plate ลงในคอนกรีต ซึ่งจะเป็นการหาความลึกในการฝังเพื่อรับแรงเฉือนที่เกิดกว่ากำลังที่คอนกรีตและ base plate รับได้ครับ ลองดูตัวอย่างกันในหน้าสุดท้ายนะครับ 😉
