การออกแบบ Base plate และ Anchor : AISC Design guide 1 (2nd Edition)_Ep 2

ตอนต่อมาของการออกแบบ base plate เป็นกรณีที่เกิดขึ้นได้บ่อยครั้งพอสมควร คือ กรณีที่ base plate ต้องถ่าย moment ลงตอม่อ (pier) หรือ ฐานราก (footing) ด้วย

การถ่ายโมเมนต์จากเสาลงสู่ตอม่อหรือฐานรากนั้น ต้องเข้าใจก่อนว่า

– แม้เสาจะเกิด moment ไม่ว่าจะจาก moment connection ที่เสาต่อเข้ากับคาน หรือ จาก imperfection ที่เกิดจากเสาไม่ได้ดิ่ง 100% เป๊ะ ดังที่เคยได้กล่าวไว้ใน post ก่อน แต่ก็ไม่จำเป็นว่า เสาจะต้องถ่าย moment ลงสู่ตอม่อหรือฐานราก

– การถ่ายโมเมนต์ลงสู่ตอม่อหรือฐานราก ต้องมั่นใจว่าได้ออกแบบให้ตอม่อหรือฐานรากสามารถรับโมเมนต์ได้

ลำดับถัดมา คือ concept สำคัญครับ คือ การพิจารณาว่า โมเมนต์มีขนาดที่ใหญ่ (large moment) หรือ เล็ก (small moment) 

“เส้นแบ่งที่สำคัญคือ anchor rod รับ tension หรือไม่”

หากปลายทางการคำนวณ พบว่า anchor rod ไม่รับ tension ก็จะสรุปได้ว่าโมเมนต์เป็น small moment แต่หาก anchor rod ต้องรับ moment ก็จะสรุปได้ในทางตรงกันข้ามว่า เป็น large moment

การพิจารณาเริ่มต้นจากรูปที่แสดง force diagram ก่อนเลย อันนี้ต้องทำความเข้าใจให้ดีนะครับ ถ้าไม่เข้าใจ จะงงมาก

ก่อนจะไปสู่การพิจารณา ต้องสรุปในเบื้องต้นก่อนว่า force diagram ดังรูป สะท้อน “action” หรือ แรงที่กระทำ และ reaction ที่เกิดขึ้น ซึ่งสามารถหาตัวแปรต่างต่างได้จาก force equilibrium และ moment equilibrium

ทั้งนี้ เมื่อมีแรงอัด ก็จะเกิด compression stress ใต้ base plate เมื่อมี moment ก็จะเกิดทั้ง compression และ tension กับส่วนต่างๆ ของ base plate โดยหาก moment มีค่ามากจน tension มากกว่า compression force จากแรงอัด ก็จะเกิด tension กับ anchor rod

ในกรณี small moment นี้ moment ไม่มาก โดยสามารถหาความสัมพันธ์ระหว่าง แรงอัด (Pr) และ moment (Mr) ได้จาก e = Mr/Pr โดยที่ e = ระยะเยื้องศูนย์ = eccentricity ซึ่งแน่นอนว่า Mr มาก ย่อมทำให้ e มาก

ในส่วนของกำลัง ซึ่งต้องพิจารณาเทียบกับค่าที่วิกฤต คำว่า “วิกฤต” คือ ถ้ามากกว่านี้จะต้องเกิดอะไรขึ้นสักอย่าง เช่น เกิด tension ที่ anchor rod และ/หรือ เกิดการวิบัติที่บางจุดบางตำแหน่ง

ต้องเข้าใจนิดครับว่า ยิ่ง Mr มาก ยิ่ง e มาก ยิ่งทำให้ Y ลดลง โดยหาก Y น้อยลงมากๆ pressure ใต้ base plate ก็จะสูง (area ที่กระจายอัดจากเสาแรงลดน้อยลง) ส่งผลทำให้ concrete pier หรือ footing เกิดการวิบัติได้

และเมื่อได้ข้อสรุปว่า เป็น small moment ก็ไปตรวจสอบรายละเอียดถึงความหนา base plate (tp) ที่เหมาะสมต่อไป

# การออกแบบ Base plate และ Anchor

หลักการพิจารณาทั้งหมดประมาณนี้นะครับ ในรายละเอียดลองดูจากรูป 1-2 ด้านล่างเพิ่มเติมได้เลยครับ