การคำนวณขนาด เสาท่อเหล็ก และ แผ่นเหล็กรองฐานเสา (Base Plate)
เสาท่อเหล็ก – ในงานก่อสร้างอาคารทั่วๆ ไป ไม่ว่าจะเป็นอาคารก่อสร้างใหม่หรือต่อเติมเพิ่มภายหลัง เช่น โรงจอดรถ ห้องน้ำ ห้องครัว หรือเพื่อการใช้งานอื่นๆ เรามักจะสังเกตเห็นว่า สถาปนิกหรือวิศวกรผู้ออกแบบมักนิยมเลือกใช้ เสาท่อเหล็ก (Hollow Structural Section : HSS) มาใช้ทำเป็นเสาอาคาร โดยเสาท่อเหล็กที่มีวางขายทั่วไปตามท้องตลาด มักจะเป็นสี่เหลี่ยม (ผืนผ้า/จัตุรัส) หรือ ท่อกลม ซึ่งก็จะมีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง (D) ความหนา (t) และกำลังคราก (Fy) แตกต่างกันออกไป
ข้อดี ข้อเสีย ของการใช้เสาท่อเหล็ก
โดยข้อดีของเหล็กท่อเหลี่ยมหรือท่อกลมเมื่อนำมาทำเป็นเสา ทางเพจขอสรุปพอสังเขป ดังนี้ครับ
1) มีกำลังรับแรงบิดได้สูง (high torsional resistance) เมื่อเทียบกับหน้าตัดอื่นๆ เช่น หน้าตัดรูปตัว H, C, L หรือ T
2) หากเลือกใช้ท่อรูปทรงจัตุรัสหรือทรงกลม หน้าตัดจะมีความสมมาตรทั้งสองแกน (X,Y) จะมี sectional properties เท่ากันทั้งสองทิศทาง (X,Y) ทำให้มีกำลังรับแรงอัด (Fcr) เท่ากันโดยไม่มีแกนใดแกนหนึ่งแข็งหรืออ่อนไปกว่ากัน เมื่อเทียบกับหน้าตัดอื่นที่ ถึงแม้จะสมมาตรทั้งสองแกนก็ยังมีแกนที่แข็งและอ่อนซึ่งกำลังรับแรงจะแตกต่างกันมากในแต่ละทิศทาง
3) สามารถพัฒนาเป็นเสาเหล็กเชิงประกอบได้ (เสาเหล็กเทคอนกรีตด้านใน มีลักษณะเป็น Composite column ที่เรียกว่า Concrete filled steel tube หรือ CFT) หากต้องการกำลังรับแรงอัดที่มากขึ้น
3) ในการรับแรงตามแนวแกน: ที่กำลังรับน้ำหนักเท่ากัน จะมีน้ำหนักต่ำกว่าเสาเหล็กรูปพรรณหน้าตัดรูปแบบอื่นๆ
4) ดูเรียบร้อย สวยงาม เชื่อมประกอบง่าย
5) การทาสีกันสนิม สีกันไฟ ทำได้ง่ายและประหยัด (ทาแค่ด้านนอก) ฯลฯ
ส่วนข้อเสียก็ อาจจะติดตั้งลำบากอยู่บ้างหากเลือกใช้รอยต่อที่เป็นระบบ bolts and nuts ด้วยการยึดด้วย bolts and nuts จะต้องจับยึดทั้ง bolts และ nuts ระหว่างการติดตั้ง ซึ่งหลายครั้งไม่สามารถทำได้กับท่อกลวง
การคำนวณ กำลังรับน้ำหนัก เสาท่อเหล็ก
วิธีการคำนวณ สามารถดำเนินการได้ไม่ยาก โดยหลักการต้องออกแบบให้กำลังมากกว่าแรงที่กระทำ โดยพิจารณาความเสี่ยงที่อาจอ้างอิง ASD หรือ LRFD ก็สามารถทำได้ทั้งสิ้นนะครับ กำลังรับแรง โดยหลักๆ ขึ้นกับ 2 ปัจจัยครับคือ (1) วัสดุ material กำลังรับแรงที่จุดคราก และ Elastic modulus โดยเฉพาะอย่างยิ่งกำลังรับแรงอัดที่เกี่ยวข้องกับ stiffness (2) ขนาดมิติ ที่ไปเกี่ยวข้องกับ พื้นที่หน้าตัด รัศมีไจเรชั่น โมเมนต์เฉื่อย ความหนา ฯลฯ
สมการคำนวณกำลังรับแรงอัดของเสา ขึ้นอยู่กับความชะลูดของเสา ยิ่งเสาชะลูดมาก เกินกว่าค่าที่เส้นแบ่งพฤติกรรม 4.71*(E/Fy)^0.5 ก็จะส่งผลให้เสาวิบัติโดยที่หน้าตัดไม่เกิดการ yield ทุกส่วนของหน้าตัดคงสภาพ elastic เป็นการวิบัติแบบโก่งเดาะ เรียกว่า elastic buckling การคำนวณอ้างอิงตามสมการของ Euler’s critical buckling load แล้วลดทอนค่ากำลังลงเล็กน้อย เพื่อชดเชยกับความไม่สมบูรณ์ imperfection ของเสา แต่หากเสาไม่ชะลูดมากนัก แรงอัดจะส่งผลทำให้ส่วนของหน้าตัดบางส่วนเกิดการ yield โดยเฉพาะอย่างยิ่งส่วนที่เกิด residual compressive stress หรือหน่วยอัดแรงคงค้าง (ที่เกิดขึ้นระหว่างการผลิต) เมื่อรับแรงอัดจากภายนอกเพิ่มเติม ก็ทำให้ส่วนดังกล่าวมีโอกาสเกิดการ yield ได้ก่อนส่วนอื่น และเมื่อส่วนดังกล่าวเกิดการ yield ก็ส่งผลทำให้ stiffness ของเสาลดน้อยลง ส่งผลทำให้ความสามารถรับแรงอัดลดน้อยลง (ผลจาก stiffness reduction ย้ำ!!! “stiffness reduction”) และบางส่วนเกิด yield ก็ส่งผลให้มีพฤติกรรม ไม่ elastic เรียกว่าเกิด inelastic buckling สมการที่ใช้ ก็เป็นอีกสมการหนึ่ง โดยมีตัวอย่างการคำนวณ ดังแสดงใน รูปที่ 1 – 4 ด้านล่างเลยครับ
การคำนวณ ความหนา แผ่นเหล็กรองฐานเสา (Base Plate)
ส่วน base plate ประเด็นสำคัญยิ่งคือความเข้าใจเชิงพฤติกรรมว่า base plate มีไว้เพื่ออะไร (คำตอบคือ กระจายแรง axial จากเสา ไปสู่ฐานรากคอนกรีต) ขนาด base plate ยิ่งใหญ่มากจะยิ่งส่งผลให้เกิดอะไร และอะไรเป็นสิ่งที่ต้องพิจารณาจากพฤติกรรมดังกล่าวบ้าง เช่นในกรณีตัวอย่างที่นำเสนอ สมมติว่า concrete footing หรือ ตอม่อ (pier) ที่รองรับแข็งแรงมาก ถ้าเป็นเช่นนี้ก็ไม่ต้องไปตรวจสอบ limit state ที่เกี่ยวข้องกับการพังวิบัติของคอนกรีต ไปตรวจสอบที่ตัว base plate โดยตรงได้เลย หรือหากท่านต้องการเครื่องมือช่วยในการคำนวณออกแบบ ท่านสามารถเข้าไปยัง App Store สำหรับ IOS หรือ Play Store สำหรับ Android แล้วพิมพ์คำว่า “SSI Steel Design” จากนั้นก็ install ได้เลย สำหรับตัวอย่างการคำนวณ แสดงดังใน รูปที่ 5 ครับ
สำหรับช่องทางการประชาสัมพันธ์กิจกรรมต่าง ๆ และข้อมูลข่าวสาร ความรู้ ในรูปแบบอื่น ๆ ที่เกี่ยวข้องกับ เหล็กเพื่องานก่อสร้าง ของทางบริษัทฯ ยังมี Facebook Page และ Youtube Channel ชื่อ “WeLoveSteelConstruction” นอกจากนี้ทาง บริษัทฯ ยังมีงานสัมนาประจำปีที่มีเนื้อหาการบรรยายดี ๆ เกี่ยวข้องกับงานก่อสร้างด้วยเหล็ก รายละเอียดสามารถคลิกตามลิ้งค์ข้างล่างได้เลยครับ
#WeLoveSteelConstruction_Facebook