การออกแบบ Base plate ที่ต้องรับโมเมนต์ขนาดเล็ก
ต่อเนื่องจากโพสต์ก่อนหน้านี้ ที่เป็นเรื่องของ การออกแบบ base plate (แผ่นเหล็กรองใต้เสา) ที่ต้องรับ moment ขนาดใหญ่ หรือ large moment นะครับ การพิจารณาดังกล่าวนั้นจะมีความซับซ้อนที่ค่อนข้างมากหน่อย เนื่องจากเราสามารถโมเมนต์ที่เกิดขึ้นมีขนาดใหญ่ ทำให้ระยะของแรงที่เกิดขึ้นนั้น มีความยากลำบากในการพิจารณา พร้อมกับ bolt (สลักเกลียว) ก็จะต้องรับแรงดึงเพิ่มขึ้นมาด้วย
แต่ทั้งนี้ทั้งนั้น การออกแบบก็ยังคง concept เดิมครับ คือ เปลี่ยนแรงอัดและโมเมนต์ที่ถ่ายจากเสาลงมาที่แผ่นเหล็ก ไปเป็น stress ที่เกิดขึ้น จากนั้นก็พิจารณาแผ่นเหล็กส่วนที่ยื่นออกมาจากเสาว่าเป็นคานยื่นและมี uniform load มากระทำ จากนั้นก็เอาไปเทียบกับกำลังรับแรงของแผ่นเหล็กซึ่งจาก concept เหล่านี้ เราก็จะคำนวณความหนาของ แผ่นเหล็กที่ต้องการออกมาได้ครับ
สำหรับ concept ในการพิจารณา base plate ที่ต้องรับโมเมนต์ร่วมด้วย ก็มี concept เดียวกันก็คือเทียบแรงที่เกิดขึ้นบริเวณส่วนที่เป็นคานยื่นเทียบกับกำลังรับแรงของ plate
ตาม AISC Design Guide เล่มที่ 1 ก็ได้นำเสนอการคำนวณและพิจารณาแรงที่เกิดขึ้นนั้น ก็ได้นำเสนอการวิเคราะห์แรงที่เกิดขึ้นไว้เป็น 2 แบบ ด้วยกัน คือ
- การพิจารณาแรงอัดและโมเมนต์ให้อยู่ในรูปของสี่เหลี่ยม (Uniform Pressure Distribution)
- การพิจารณาแรงอัดและโมเมนต์ให้อยู่ในรูปสามเหลี่ยม (Triangular Pressure Distribution)
** ข้อแนะนำจาก Design Guide คือ หากออกแบบด้วยวิธี LRFD การพิจารณาแรงให้อยู่ในรูป uniform stress จะมีความเหมาะสมมากกว่า
วิธีที่ 1: พิจารณา stress เป็นแบบสี่เหลี่ยม (Uniform Pressure Distribution)
จากตัวอย่างจะเห็นว่า การพิจารณาเริ่มจากการหาขนาดของแผ่นเหล็กที่เหมาะสม ซึ่งทาง OSHA ได้เสนอไว้คือ หาก base plate จะต้องรับโมเมนต์ร่วมด้วย ให้ใช้ค่าประมาณ “ความลึกหรือความกว้างของเสาบวกด้วยระยะ 3 นิ้ว ทั้ง 2 ฝั่ง” จากนั้นก็หาระยะจาก yield line ไปจนถึงขอบของแผ่น plate ตามวิธีเดิม
แต่สิ่งที่ต้องทำต่อไปก็จะเป็นการพิจารณาว่า โมเมนต์ที่เกิดขึ้นเมื่อเทียบกับแรงอัดแล้วทำให้เกิดการเยื้องศูนย์ (eccentricity) เกิน limit หรือไม่? หากยังอยู่ใน limit นั่นหมายความว่า base plate ตัวนี้มีพฤติกรรมการรับโมเมนต์ขนาดเล็ก (small moment) แต่หากเกิน limit ก็จะมีพฤติกรรมเป็น base plate ที่รับโมเมนต์ขนาดใหญ่ (large moment)
ซึ่งแผ่นเหล็กรองใต้เสาที่รับ small moment โดยใช้การพิจารณาแบบ uniform pressure distribution ก็จะต้องมีขั้นตอนในการหาระยะที่เกิดแรงกระทำ ซึ่งในที่นี้ก็คือค่า Y โดยหากดูจากรูปแล้วระยะ Y จะ shift เยื้องไปทางด้านขวา ซึ่งเป็นทิศทางที่มีโมเมนต์มากระทำ เพราะฉะนั้นเมื่อเรารู้ระยะที่แรงอัดและโมเมนต์จะต้องกระจายเข้าสู่แผ่นเหล็ก ก็จะสามารถคำนวณแรงที่เกิดขึ้นจริงได้ครับ ซึ่ง concept ก็จะเป็นประมาณนี้
วิธีที่ 2: พิจารณา stress เป็นแบบสามเหลี่ยม (Triangular Pressure Distribution)
หากพิจารณา stress ให้อยู่ในรูปสามเหลี่ยม (Triangular Pressure Distribution) ผลที่ได้จะแตกต่างกัน เนื่องจาก limit ในการพิจารณาการเยื้องศูนย์ (eccentricity) ค่า limit จะค่อนข้างต่ำมาก ใช้ค่าเท่ากับ N/6 ซึ่งในตัวอย่าง หากพิจารณา M/P เทียบกับ N/6 แล้ว ค่า M/P มีค่ามากกว่า N/6 แล้วนั้น แผ่นเหล็กรองใต้เสาก็จะมีพฤติกรรมที่เปลี่ยนไปเป็น base plate ที่ต้องรับ large moment ทันทีครับ
ดังนั้น การเลือกวิธีการออกแบบมีผลต่อพฤติกรรมของส่วนของโครงสร้างนั้นๆ ครับ
** ปล. การออกแบบ Base plate ที่รับ small moment จะไม่ต้องออกแบบ bolt เช่นเดียวกับ base plate ที่รับเฉพาะแรงอัดครับ