ตัวอย่างการคำนวณโครงสร้าง Truss อย่างละเอียด
สำหรับโพสต์นี้จะเป็นตัวอย่างการคำนวณ Truss (หรือที่เราเรียกกันว่าโครงข้อหมุน / โครงถัก) ด้วยมือ และการเลือก section ที่เหมาะสมนะครับ เนื่องจากเมื่อ 2 วันก่อน มีน้องนักศึกษาคนหนึ่งทักเข้ามาใน inbox ว่าอยากได้ตัวอย่างการคำนวณไปใช้เป็นตัวอย่างในการทำปริญญานิพนธ์ ทางทีมงานก็ไม่รอช้า จัดทำออกมาให้เป็นตัวอย่าง เพื่อให้น้องๆ ได้ concept ในการออกแบบ เพื่อนำไปต่อยอดครับ
Concept ในการออกแบบ
สำหรับการออกแบบโครง Truss ก็ไม่ได้มีอะไรซับซ้อนมากมายนะครับ ซึ่งแน่นอนว่า อย่างแรกเลยก็ต้องเริ่มด้วย การวิเคราะห์โครงสร้าง และค่อยออกแบบหน้าตัดเหล็กนั่นเอง โดยขั้นตอนสำหรับการออกแบบก็จะมีประมาณนี้นะครับ คือ
1. ตรวจสอบ determinacy ว่าโครงสร้างเป็นแบบ determinate หรือ indeterminate สำหรับโครงสร้างที่เป็น truss เราสามารถพิจารณาได้โดย : m = 2j -3
- เมื่อ m คือ จำนวน member
- j คือ จำนวน joint
หากเลขทั้ง 2 ฝั่งมีค่าเท่ากัน ก็จะเป็น determinate structure ซึ่งสามารถคำนวณแรงภายในได้
2. คำนวณ reaction ที่ support
โดยปกติแล้วโครงสร้าง truss ก็จะใช้ simple support เป็นปกติ เพื่อป้องกันไม่ให้เกิด moment ที่ member เพราะต้องการให้ member มีพฤติกรรมที่รับเฉพาะแรงในแนวแกนเท่านั้น
3. คำนวณแรงภายในที่เกิดขึ้น ว่าเป็นแรงอัดหรือแรงดึง ซึ่งการคำนวณแรงก็จะพิจารณาจากสมการสมดุลแรงในแนวแกน x และแกน y ที่เราคุ้นเคยกันดี ก็คือ sigmaFy และ sigmaFx โดยกำหนดทิศทางของแรงที่เป็นบวกและลบ
เช่น ทิศทางขึ้นเป็นบวก ทิศทางไปทางขวดเป็นบวก เพื่อที่สุดแล้วเมื่อคำนวณออกมา ค่าที่เป็นลบ ก็คือ แรงอัด และค่าที่เป็นบวก ก็คือ แรงดึง จากนั้นก็พิจารณาทีละ joint เพื่อหาแรงภายในให้ครบทุก member เพื่อหาว่า member ไหน เกิดแรงภายในมากที่สุด แล้วจึงนำไปใช้ออกแบบ
4. ออกแบบหน้าตัดที่เหมาะสม โดยพิจารณา member ที่รับแรงอัดเป็นเสา และ member ที่รับแรงดึงก็พิจารณาแบบทั่วไปคือ 0.9FyAg
- สำหรับ member ที่รับแรงอัด ก็ให้พิจารณา member นั้นๆ เป็นเสาต้นหนึ่ง โดยจะต้องพิจารณาค่าอัตราส่วนความชะลูด (slenderness ratio) เพื่อพิจารณาว่าเป็นเสายาวปานกลาง (intermediate column) หรือเสายาว (long column) จากนั้นจึงคำนวณค่ากำลังรับน้ำหนักสูงสุดของ member นั้น
แล้วจึงนำไปเปรียบเทียบกับแรงที่เกิดขึ้น แต่หากต้องพิจารณา member ที่รับแรงดึง ก็ยิ่งง่ายขึ้นไปอีก เพราะว่าสามารถคำนวณแบบตรงไปตรงมาได้เลย ก็คือ ค่า yield ของเหล็ก x หน้าตัดของเหล็ก แล้วคูณด้วยค่า phi = 0.9 เข้าไป ก็จะได้กำลังรับแรงดึงของ member นั้นๆ ออกมาแล้วครับ
โดย concept แล้วก็จะเป็นประมาณนี้นะครับ หวังว่าจะเป็นประโยชน์สำหรับทุกท่านนะครับ
สำหรับท่านที่สนใจ เครื่องมือช่วยออกแบบโครงสร้างเหล็ก (mobile application: SSI Steel Design) สามารถดาวน์โหลดได้ทาง
(iOS)
https://apps.apple.com/th/app/ssi-steel-design/id1474838160
Android
https://bit.ly/2Ft4zhm
