End-plate connection เหมือนจะยาก แต่ก็ไม่เกินกำลังผู้ออกแบบไทย

ภาพรวม

Extended end-plate moment connection หรือ เรียกสั้นๆ ว่า end plate นี้ เป็นระบบที่นิยมใช้กันอย่างแพร่หลายในงานก่อสร้างอาคารโกดัง โรงงานอุตสาหกรรมและคลังสินค้า กลุ่ม PEB ที่หลายท่านรู้จัก เป็นระบบที่มีประสิทธิภาพมาก แต่ก็ต้องการความเที่ยงตรงแม่นยำในการ fabricate & erect เพราะ tolerence หรือ ค่าความคลาดเคลื่อนที่ยอมให้เกิดขึ้นได้นั้น มันน้อยมากๆ

หลักในการพิจารณา

โดยหลักการแล้ว End-plate connection จะถูกออกแบบให้รับทั้ง moment และ shear ซึ่งส่วนใหญ่ การใช้งานมักจะเกิด moment ที่กลับทิศทางไปมาได้ เหมาะกับการใช้กับระบบรับแรงด้านข้าง lateral system ซึ่งด้วยนิยมใช้ใน lateral system จึงต้องการ ductility พอสมควร โดยหากผู้ออกแบบต้องการพิจารณาคำนวณกำลังตาม AISC Design Guide จำเป็นจะต้องกำหนดรูปแบบการเชื่อม flange กับ end plate ให้เป็นการเชื่อมแบบบากร่อง (groove weld) ไม่ยอมให้ใช้การเชื่อมพอก (fillet weld)

หลักสำคัญอีกประการคือ end plate connection จะพิจารณาแบ่งหน้าที่การรับแรงอย่างชัดเจน ระหว่าง component ปีกบน และ component ปีกล่าง ให้ปีกบนรับ tension และ ปีกล่างรับ shear สำหรับ negative moment (หรือหากเป็น positive moment ก็ให้ปีกบนรับ shear และ ปีกล่างรับ tension)

ขั้นตอนการพิจารณา (คร่าวๆ)

เปลี่ยนกำลังรับ moment ของ end plate connection ไปสู่ couple forces (tension และ compression forces) สมมติรับ negative moment ปีกบน (top flange) รับ tension ปีกล่างรับ compression

สำหรับปีกบน จะนำ tension force ที่คำนวณได้จาก M_pe + V_uL_p ไปคำนวณหา ขนาดของ bolt ที่ต้องการ แล้วมา check ว่าท้ายสุด กำลังรับ moment ของ end plate moment connection ที่คำนวณได้จาก bolt tensile strength จะยังมากกว่า M_pe + V_uL_p

ออกแบบและตรวจสอบขนาดของ component ต่างๆ

ทั้งการพิจารณาความหนาของ end plate ไม่ให้วิบัติด้วย yield (step 5) หรือ shear yielding (step 8) หรือ shear rupture (step 9) ทั้งนี้การวิบัติ yield mode ตามแนว yield line ของ end plate นั้น เป็นอะไรที่ empirical หมายความว่า ได้มาจาก test และ simulation จึงเป็นสมการที่ยาว และต้องควบคุมตัวแปรต้น กล่าวคือ จะเปลี่ยน pattern และจำนวน bolt ที่ใช้ไม่ได้ ต้องเป็นตาม design guide ไม่เช่นนั้นจะไม่สามารถใช้สมการตาม design guide ได้

ตรวจสอบ stability ของ stiffener (ถ้ามี) และ กำลังรับแรงเฉือนของ bolt กลุ่มล่าง (สมมติ negative moment) ด้วยการรับแรงจะแบ่งเป็น 2 ส่วน คือ tension และ shear โดย compression จะถือว่าเป็นการถ่ายผ่าน bearing ระหว่าง end plate ไปยัง support ได้สมบูรณ์

สำหรับ negative moment ถือว่ากลุ่มใต้แกนสะเทินรับ shear ทั้ง welding ระหว่าง beam กับ end plate หรือ bolt กลุ่มล่าง

นอกจากนี้ผู้ออกแบบยังต้องเช็ค bearing ที่ bolt กลุ่มล่างต้องถ่ายลงรูเจาะ (เหมือน shear connection ทั่วไป) ด้วย

รายละเอียดยังมีอีกพอสมควรแสดงไว้ใน Design guide ฉบับดังกล่าวนะครับ แต่โดยหลักใหญ่ใจความก็ประมาณนี้ หวังว่าท่านวิศวกรผู้ออกแบบจะเกิดความกระจ่างได้บ้างไม่มากก็น้อยนะครับผม

#WeLoveSteelConstruction