การออกแบบ องค์อาคารต้านทานการดัดตัว

Design of Members for Flexure

อ้างอิง AISC360-16 หรือ วสท. 011038-22

การอัพเดทจาก AISC360-10 ไปเป็น AISC360-16 นั้น ในส่วนของ การคำนวณออกแบบองค์อาคารรับแรงดัดนั้น แทบไม่มีการเปลี่ยนแปลงในส่วนของเนื้อหา จะมีอยู่บ้างเล็กๆ น้อยๆ เช่นปรับแก้ รูปและข้อความในตาราง Table B4.1 ใน Chapter B ที่สะท้อน limit ในการพิจารณา local buckling หรือ การโก่งเดาะเฉพาะที่ และการคำนวณกำลังรับแรงเฉือน สำหรับการพิจารณา shear buckling ของคาน เมื่อ web มีความชะลูด

การคำนวณออกแบบกำลังรับโมเมนต์ของคาน ที่สมมาตร 2 แกน โดยเฉพาะอย่างยิ่ง H-beam นั้น สามารถอ้างอิงในบทที่ 6 ของ วสท. 011038 หรือ Chapter F ของ AISC360-16 โดยหากพิจารณาตาม Chapter F จะแบ่งออกเป็น F2 กรณีที่ element ทั้ง flange และ web มีลักษณะที่เป็น compact (ภาษาใน วสท. น่าจะใช้คำทับศัพท์นะครับ) คือ ตรวจสอบ flange slenderness = bf/2tf และ web slenderness = h/tw ว่าไม่เกินกว่า ค่าที่ limit ทั้ง lambda_pf (สำหรับ flange) และ lambda_pw (สำหรับ web) และหาก เป็นกรณี F3 ซึ่ง flange มีไม่ compact เช่น ความหนา (tf) น้อยจนเกินไป หรือ ความกว้างของปีก (bf) มากจนเกินไป จนทำให้ bf/2tf มีค่าเกินกว่า lambda_pf แต่สำหรับ web แล้ว ยังคง compact อยู่ (กรณี web ไม่ compact จะคำนวณซับซ้อนมากยิ่งขึ้น ไม่ขอแสดงในนี้นะครับ)

แต่ไม่ว่าจะ flange หรือ web จะ compact, non compact หรือ slender ก็ตาม แต่เสถียรภาพโดยรวมของทั้ง member (ก่อนหน้านี้มองเฉพาะ element นะครับ) ก็ต้องพิจารณาด้วยเช่นกัน โดยต้องทำการตรวจสอบ “เสถียรภาพทางข้าง” เพราะเมื่อ คาน simple beam เกิดการดัดตัว จะเกิด compression ที่ด้านบน และ tension ที่ด้านล่าง ส่วนที่เกิด compression ย่อมจะมีโอกาส buckle รอบแกนที่อ่อน ที่ชะลูดกว่า ซึ่งแน่นอนว่า เราตั้งแกนรับ transverse load ที่กระทำกับคานด้วยแกนที่ strength และ stiffness สูงกว่า ซึ่งคือ แกน x หรือ Zx > Zy และ Ix > Iy หรืออีกนัยหนึ่ง Iy จะน้อยกว่า Ix มาก และหากการค้ำยันทางข้างไม่มากเพียงพอ คานส่วน compression zone ก็มีโอกาสจะเกิดการสูญเสียเสถียรภาพออกทางข้าง หรือ เกิด lateral buckling แต่การ buckling ออกทางข้างก็ไม่สามารถเกิดได้อย่างอิสระ เพราะ tension zone มารั้งไว้ จนเป็นเหตุให้ คานที่ค้ำยันทางข้างไม่มากเพียงพอ จะเกิดการ “เสียเสถียรภาพออกทางข้างแบบบิด” หรือเกิด lateral torsional buckling

หลักสำคัญ คือ “ถ้าเสถียรภาพของ element ต่ำกว่าเสถียรภาพทางข้างของ member” element ก็จะเกิด local buckling ก่อน แต่ในทางกลับกัน หาก “ถ้าเสถียรภาพของ member ต่ำกว่าเสถียรภาพทางข้างของ element” member ก็จะเกิด lateral torsional buckling ก่อน … นั่นหมายความว่า ต้องทำการเปรียบเทียบกันระหว่าง critical moment ในการต้านทานการเกิด lateral torsional buckling (Mcr_LTB) กับ critical moment ในการต้านทานการเกิด local buckling (Mcr_LB) ว่าค่าใด “น้อยกว่ากัน” ค่าที่น้อยกว่าก็จะเป็น พฤติกรรมที่จะเกิดการวิบัติก่อน เพราะมีเสถียรภาพที่ต่ำกว่า

สำหรับตัวอย่างที่แสดงนี้ เป็น simple built-up beam ที่รับ uniform load ที่มีการค้ำยันทางข้าง (point lateral bracing) ตรงกลาง เช่นอาจมีคานซอยมาค้ำ ซึ่งหากวิศวกรผู้ออกแบบต้องการคำนวณให้ละเอียดยิ่งขึ้น เพื่อการ optimization ก็ควรจะต้องคำนวณตัวคูณที่เพิ่มค่า Mcr_LTB จากผลของ moment gradient ที่เรียกว่า Lateral torsional buckling modification factor หรือ Cb ตามรายละเอียดดัง Section F1 (บท 6.1 ใน วสท.) สำหรับคาน built-up H-shaped section 500x250x12x6 (Fy อาจจะแปลกๆ หน่อยนะครับ 3,000 ksc 300 MPa) ที่ยาว 12 m ค้ำยันที่กึ่งกลางคาน

ทั้งนี้ได้มีการนำ SSI steel design mobile application มาคำนวณเปรียบเทียบกันให้ดู ซึ่งพบว่า ให้ผลที่ “ใกล้เคียง” กับการคำนวณมือ ทั้งนี้ ความแตกต่างที่เกิดขึ้น เป็นผลมาจาก Fy ที่แตกต่างกันเล็กน้อย (3,000 ksc ตาม hand calculation vs. 3,150 ksc ตาม mobile application)

สำหรับงานสัมมนาวันศุกร์ที่ 16 มิ.ย. นี้ โดย กลุ่มอุตสาหกรรมเหล็ก สภาอุตสาหกรรมแห่งประเทศไทย จะนำเสนอรายละเอียดเพิ่มเติม เกี่ยวกับการออกแบบ เสา และ คานเหล็ก ที่มีเรื่องการคำนวณแรงเฉือนด้วยนะครับ

ย้ำ 2 เรื่องครับ

1) Mobile application นี้ download ฟรี ใช้ฟรี ทั้ง iOS และ Android ณ ปัจจุบันมมี feature ใหม่ๆ ทั้งการคำนวณ เสา คาน จุดต่อรับ shear จุดต่อรับ moment และ base plate … “แต่” ถ้าท่านต้องการ upgrade เป็น premium version ที่สามารถส่ง PDF design calculation เป็นลำดับขั้น พร้อมแสดงสมการอ้างอิง เพื่อลดระยะเวลาการจัดทำรายการคำนวณ สำหรับยื่นขออนุญาตก่อสร้าง … upgrade นี้ เพียง 3USD หรือราว 100 บาทครับ สะดวกมากๆ (ไม่ได้ hard sell ขายของนะครับ แต่มันถูกกว่ากาแฟแพงๆ 1 แก้วเสียอีก)

2) เราไม่ส่งเสริมให้ท่าน “หลับหูหลับตา” ใช้ mobile app นี้ โดยไม่มีความรู้ที่ดีพอ แต่อยากให้เป็น “เครื่องมือเสริม” ให้กับวิศวกรโยธาทุกๆ ท่าน ได้ใช้สำหรับ prelim design ออกแบบกำหนดขนาดคร่าวๆ ก่อนทำ computer simulation ใน software คำนวณโครงสร้าง หรือใช้ตรวจสอบซ้ำ (double check) ผลการคำนวณที่ได้ จาก software หรือใช้สำหรับการแก้ปัญหาเร็วๆ ที่หน้างาน หรือระหว่างการประชุม coordination meeting

หวังว่าจะเกิดประโยชน์นะครับ #SSISteelDesignMobileApplication พร้อม download ใส่ mobile phone หรือ tablet ของท่านติดตัวไปทุกที่ครับ

#องค์อาคารต้านทานการดัดตัว #องค์อาคารต้านทานการดัดตัว

#WeLoveSteelConstruction