Beam lateral bracing: มีผู้สอบถามครับว่า “มีหลักการคิดขนาด หน้าตัดขององค์อาคารทีใช้ ค้ำยันด้านข้าง อย่างไรบ้างครับ”

จริงๆ คำถามนี้ดีมากๆ นะครับ และหลายคนก็สงสัยว่า สมมติเราค้ำทางข้างด้วยเหล็กเส้น RB9 แล้วเราบอกว่ามีค้ำยันทางข้างให้กับคานแล้ว คานตัวนี้ เช่น ขนาด H300x150 จะไม่เกิดการเสียเสถียรภาพ วิบัติออกทางข้าง

คำตอบมีแน่ครับ แต่อยากให้ลองจินตนาการนึกภาพก่อนว่า

– คานที่ต้องการจะค้ำทางข้างนั้น หากขนาดคานมีขนาดใหญ่ คานนี้ย่อมรับโมเมนต์มาก

– โมเมนต์ที่เกิดขึ้นยิ่งมาก ยิ่งเกิด compression มาก

– ยิ่ง compression มาก ยิ่งมีโอกาสเกิด lateral torsional buckling มาก

– ยิ่ง compression มาก ยิ่งต้องการ beam bracing ขนาดใหญ่มาก

นอกจากนี้ beam bracing ยังต้อง satisfy สภาพที่สามารถ “ดำรงคงอยู่” ให้คานไม่เกิดการวิบัติทางข้าง โดยการ “ดำรงคงอยู่” ที่ว่านี้ ประกอบไปด้วย

1) การ “ดำรงคงอยู่” โดยไม่เกิดการพังวิบัติ satisfy strength

2) การ “ดำรงคงอยู่” โดยไม่เกินการเสียรูปมากจนเกินไป satisfy stiffness (beam bracing ไม่ได้พัง แต่เสียรูปมากจน beam พัง จากการเสียเสถียรภาพทางข้าง)

จากหลักการเชิงพฤติกรรมข้างต้น AISC จึงได้ทำการสรุปออกมา แสดงไว้ใน AISC 360 Appendix 6 ซึ่งแสดงวิธีการพิจารณาของการค้ำยันทางข้างให้กับเสา column stability bracing และคาน beam stability bracing

สำหรับคานนั้น AISC ได้จำแนกรูปแบบการวิบัติออกเป็น 2 รูปแบบใหญ่ๆ คือ

1) Lateral bracing

2) Torsional bracing

Lateral bracing หรือ การค้ำไม่ให้คานเกิดการเสียรูปออกทางข้าง แต่ไม่ได้การันตีว่าคานจะไม่บิดตัว (แม้ว่า bracing member จะทำงานจนไม่เกิด lateral movement แต่ beam อาจเกิด torsional movement ได้ ในกรณีนี้ครับ) กรณีนี้ beam bracing จะต้องมี axial strength และ axial stiffness ที่มากจนไม่ทำให้คานเกิดการเสียรูปออกทางข้าง

ในบางครั้งเช่น กรณีการวางแผ่น checkered plate และยึดเข้ากับคานเพื่อให้เป็น cat walk ในโรงงาน ก็ต้องทำการคำนวณตรวจสอบว่า checkered plate นี้มี shear strength และ shear stiffness ที่มากเพียงพอจนไม่ทำให้เกิดการวิบัติ หรือ เกิด shear deformation ที่มากจนทำให้ beam เกิดการวิบัติทางข้างได้

ดังนั้นสำหรับลักษณะการค้ำยันให้คานจะมี 2 ประเภทหลัก ๆ คือ

(1.1) point bracing เช่น ค้ำ beam ด้วย small beam หรือ horizonal diagonal bracing

(1.2) panel bracing เช่น ค้ำ beam ด้วย checkered plate หรือ metal grating

สำหรับกรณี torsional bracing กรณีนี้จะค้ำ เพื่อป้องกันไม่ให้ beam เกิดการบิดตัว แต่ไม่ได้การันตีว่าไม่เสียรูปออกทางข้าง เหตุเพราะ bracing member นั้นไม่ได้ติดตั้งเข้ากับ fix point ต่างจากกรณี lateral bracing ที่ bracing member ไปติดตั้งเข้ากับ fix point ที่ “แทบ” ไม่เคลื่อนตัวออกทางข้าง เมื่อเทียบกับคาน เช่น bracing จาก beam ที่ต่อเข้ากับ shear wall หรือ moment frame column เป็นต้น

กรณี torsional bracing จึงเป็นการติดตั้ง bracing จาก beam ที่อาจต่อเข้ากับ beam อีกตัวที่อยู่ถัดกัน โดยอาจเป็น single member หรือ member หลายๆ ตัว ที่เรียกว่า continuous torsional bracing กรณีเช่นนี้ มักพบเห็นกับ diaphragm จำพวก cross beam กับ steel girder bridge ที่ cross beam ยึดระหว่าง girder กับ girder (ไม่ได้ยึดเข้ากับ pier ซึ่ง แทบไม่เคลื่อนที่เมื่อเทียบกับ girder)

และเช่นเดียวกับ beam lateral bracing นะครับ … beam torsional bracing ก็ต้อง satisfy ทั้งเงื่อนไขของ (1) strength (2) stiffness เช่นเดียวกัน

โดยเนื้อหาและรายละเอียดอื่น ๆ อ่านเพิ่มเติม ได้จากรูปที่ 1-7 ได้เลยครับ