Composite design of steel structure – Composite beam บรรยายในงานสัมมนาโดยสมาคมคอนกรีตแห้งประเทศไทย เมื่อวันที่ 9 ธันวาคม 65

ที่แนบมาเป็นส่วนหนึ่งที่ได้นำไปบรรยายในงานสัมมนาการออกแบบโครงสร้างคอมโพสิต ซึ่งจัดโดยสมาคมคอนกรีตแห่งประเทศไทย เมื่อวันที่ 9 ธันวาคม 65 (จบไปไม่กี่นาทีที่ผ่านมาหลังจากได้ลงโพสต์นี้ จริงๆ อยากลงก่อนนะครับจะได้ไปศึกษารายละเอียดกันมาก่อน แต่เกรงใจผู้จัดงานครับ)

ก่อนไปพูดถึงเรื่องการคำนวณออกแบบ อยากเรียนให้ทราบนิดครับถึงแรงกดดันจากทุกประเทศ ทุกอุตสาหกรรมในโลกของเราที่จะปรับตัวเข้าสู่ sustainability mode เพื่ออนาคตที่ยั่งยืน สิ่งที่เราเคยทำ ที่ราคาต่ำแต่อาจไม่ตอบโจทย์ความยั่งยืน ทั้งเรื่องฝุ่น ความล่าช้าในการก่อสร้างอันส่งผลต่อการจราจรที่ติดขัด ผลิตภัณฑ์ที่ใช้พลังงานงานสูงในการผลิต และผลิตภัณฑ์ที่ปลดปล่อย CO2 ออกมาในปริมาณที่มาก … ไม่ได้พยายามบอกว่า คอนกรีตไม่ดีหรือเหล็กดีนะครับ แค่พยายามสื่อว่า วิศวกรต้องสามารถใช้ประโยชน์จากวัสดุแต่ละประเภทให้ได้มากที่สุด ส่วนไหนคอนกรีตมีประโยชน์ก็ใช้คอนกรีต ส่วนไหนเหล็กมีประโยชน์ก็ใช้เหล็ก

หรืออาจกล่าวได้ว่า competency ในการออกแบบโครงสร้างที่ผสมผสานจุดดีจุดเด่นของวัสดุแต่ละประเภทเข้าด้วยกัน ที่เรียกว่าระบบโครงสร้างคอมโพสิท ย่อมเป็นทางเลือกที่ตอบโจทย์การขับเคลื่อนระบบเศรษฐกิจเพื่อมุ่งสู่เป้าหมายความยั่งยืน (sustainability development goal, SDG) มากกว่าระบบโครงสร้างประเภทหนึ่งประเภทใดเป็นการเฉพาะ องค์ความรู้ด้าน composite design จึงเป็นสิ่งที่วิศวกรโครงสร้างควรต้องให้ความสำคัญยิ่ง

แน่นอนว่า คอนกรีต รับแรงอัดได้ดีรับแรงดึงแทบไม่ได้ เหล็กรับแรงดึงได้ดีแต่ถ้ารับแรงอัดจะมีผลด้านเสถียรภาพ หรือ stability เข้ามาเกี่ยวข้อง ดังนั้น “หากสามารถกระทำได้” ผู้ออกแบบก็ควรเข้าใจ load path และ design ให้ส่วนที่ composite กันนั้นรับแรงดึงโดยเหล็กรับแรงอัดโดยคอนกรีต ก็น่าจะทำให้เกิดความประหยัดในแง่ cost ได้มากที่สุด

ส่วนของ composite structure ที่พวกเราคุ้นเคยกันมากที่สุดคงหนีไม่พ้น #คานคอมโพสิต โดยสำหรับ flexural member ที่เกิดการดัดตัวเมื่อรับแรงเช่นคาน ย่อมมีส่วนที่รับแรงอัดและส่วนที่รับแรงดึง ซึ่งหากพิจารณาระบบคานอย่างง่าย simple beam ที่ใช้กันทั่วไปสำหรับรับแรงในแนวดิ่ง (gravity beam) แล้ว ส่วนรับแรงอัดย่อมเป็นส่วนที่อยู่ด้านบนและส่วนรับแรงดึงย่อมเป็นส่วนที่อยู่ด้านล่าง การติดตั้งพื้นคอนกรีตที่ด้านบนหากมีการเชื่อมต่อให้เป็นอันหนึ่งอันเดียวกับคานได้ก็สามารถใช้ประโยชน์จากพื้นคอนกรีตให้ช่วยรับแรงอัดแทนส่วนของปีกบนคานเหล็ก ในขณะที่ส่วนที่เป็นคานเหล็กก็ใช้ประโยชน์จากการที่เหล็กสามารถรับแรงดึงได้ดีไป

ในแง่ของการคำนวณมีหลายประเด็นที่คงไม่ได้กล่าวถึงในโพสต์นะครับ เช่น

– การขยับของแกนสะเทิน ณ ระดับแรง (ระดับ moment) ที่เกิดขึ้นกับคาน

– การคำนวณหาปริมาณสลักรับแรงเฉือน เพื่อประสานพื้นกับคานเหล็ก

– การทำ detail รายละเอียด metal deck เพื่อรองรับคอนกรีตสดสำหรับเป็นส่วนรับแรงอัดเมื่อคอนกรีตแข็งตัว รวมถึงอุปกรณ์เสริมที่จำเป็น เช่น edge trim, end cap, flashing เป็นต้น

– การวิบัติจาก concrete bearing ที่เกิด ณ ตำแหน่ง shear stud on metal deck (อันนี้ก็ไม่ได้บรรยายในงานสัมมนานะครับ เวลาไม่พอ)

– การพิจารณาโค้งหลังเต่า หรือ camber

ปิดท้ายการนำเสนอด้วย composite connection ซึ่งเป็นระบบจุดต่อของเสาท่อเหล็กรับพื้นคอนกรีต หรือ #PostConnex โดยในส่วนนี้หลักการในการใช้เสารับพื้นก็ไม่ได้แตกต่างจากการติดตั้งเสาบนฐานราก ซึ่ง base plate ทำหน้าที่กระจายแรง column load ลงสู่ฐานราก ในขณะที่การที่พื้นวางบนเสาแล้วมีแผ่นปิดหัวเสา หรือ cap plate รองรับ ก็จะเป็นลักษณะการถ่ายแรงที่มีความคล้ายคลึงกัน โดยทั้ง base plate และ cap plate จะมีการพิจารณาความหนา จากการต้านทานโมเมนต์ดัด ที่เกิดขึ้นกับทั้ง base plate และ cap plate นั่นเอง

ระบบเสาท่อเหล็กพร้อมรอยต่อฝังในพื้นคอนกรีต PostConnex

แต่สำหรับ #PostConnex ด้วยจะมีระบบจุุดต่อตัวผู้ (เสาท่อนล่าง) และตัวเมีย (เสาท่อนบน) เพื่ออำนวยการต่อเสากับเสา (column splice) ซึ่งเมื่อเทคอนกรีตพื้นแล้ว จุดต่อนี้จะถูกซ่อนอยู่ในพื้นคอนกรีต ดังนั้นการถ่ายแรงจากพื้น concrete slab ลงสู่ cap plate โดย cap plate ต้านทานการเกิด bending ก็จะไม่ได้เกิดอย่างสมบูรณ์ จะมีส่วนของ triangular stiffener มาช่วยในการถ่ายแรง โดยมี interaction กับคอนกรีตบริเวณจุดต่อดังกล่าว

ในท้ายที่สุด แม่ว่าจะมีความซับซ้อนในรายละเอียด PostConnex ก็ได้มีการทดสอบในห้องปฏิบัติการ โดยผลการทดสอบเป็นที่น่าพอใจ แรงที่ทำให้เกิดการวิบัติจริงกับตัวอย่างทดสอบ มีค่าสูงกว่าความสามารถในการต้านทานแรงที่คำนวณได้จากสมการพื้นฐาน ซึ่งทำให้การใช้งาน #PostConnex มีความมั่นใจในระดับที่สูงมาก โดยเป็นนวัตกรรมที่ช่วย

– ลดระยะเวลาการก่อสร้าง การผูกเหล็ก วางเหล็ก ตีไม้แบบ เทคอนกรีต ให้เกับเสา

– รักษาคุณภาพของงานโดยเป็นระบบ prefabrication มาจากโรงงาน

– เพื่มพื้นที่อาคาร พื้นที่เช่า พื้นที่ขาย พื้นที่ใช้งาน สร้างผลกำไร อำนวยการจัดตกแต่งห้อง หรือหากเป็นอาคารจอดรถก็สามารถช่วยให้ช่องจอดไม่กระทบจากขนาดเสาที่ใหญ่ อำนวยการเลี้ยวโค้ง ฯลฯ ได้ดี และใช้ร่วมกับ พื้นโพสต์เทนชั่นได้ ซึ่งทำให้ floor to floor height อยู่ในระดับที่ minimal ลดค่าใช้จ่ายในการก่อสร้างลงได้

หากท่านสนใจระบบ #PostConnex สามารถติดต่อขอข้อมูลเพิ่มเติมได้ทางเพจ หรือทาง Line official ID: @060tlizi ทางเรามีวิศวกรที่พร้อมจะให้ข้อมูลแก่ท่านที่สนใจทุกๆ ท่านนะครับ

*** ในปีหน้า SSI และ We Love Steel Construction จะมีโครงการนำร่อง #PostConnex นี้ โดยหากท่านที่สนใจเข้าร่วมโครงสร้าง หากต้องการสิทธิประโยชน์ (เช่นการรับประกันความปลอดภัย) และความช่วยเหลือ (เช่น column & connection design & detailing service) สามารถติดต่อเพื่อพูดคุยกับทีมงานได้นะครับ ***