End-plate connection จุดต่อรับโมเมนต์แบบแผ่นปิดปลาย 

การออกแบบจุดต่อรับโมเมนต์นั้น โดยส่วนใหญ่แล้ว (ไม่นับงานเมืองไทยที่ใช้การเชื่อมเป็นหลัก) นิยมใช้รูปแบบที่มีแผ่นประกับที่ปีกคาน หรือ Flange-plate moment connection โดยการถ่าย moment ที่จุดต่อดังกล่าว จะเป็นการเปลี่ยน end moment ให้กลายเป็นแรงคู่ควบ หรือ P = M/distance ระยะห่างระหว่างจุดที่ถ่ายแรง เช่นหากพิจารณาแรงเฉือนใน bolt ก็ใช้ distance = ความลึกของคาน เพราะแรงเฉือนจะถ่ายผ่าน bolt ที่ระดับดังกล่าว หรือหากพิจารณาแรงดึงใน flange plate หรือแผ่นประกับปีก ก็ใช้ distance = beam depth + flange plate thickness แทน โดยแรงคู่ควบที่เกิดขึ้น ก็จะส่งผลให้ flange plate ที่ปีกด้านหนึ่ง รับแรงดึง และ flange plate ที่ปีกอีกด้าน รับแรงอัด

ทั้งนี้มีรูปแบบการทำจุดต่อรับ moment อีกรูปแบบที่ได้รับความนิยม โดยเฉพาะอย่างยิ่งกับจุดต่อของ rafter หรือจันทัน ของ gable frame จำพวก PEB (Pre-engineered building) และอาจนำไปใช้กับ moment resisting frame ของอาคารหลายๆ ชั้น (multi-story building) ที่เป็นระบบรับแรงทางข้าง lateral system โดยมากมักใช้กับอาคารที่ไม่สูงมากนัก หรือมีแรงทางข้าง (แรงลม แรงแผ่นดินไหว) ไม่สูงมาก ทั้งนี้จุดต่อรูปแบบ End-plate moment connection เป็นรูปแบบที่ค่อนข้างจะประหยัด จำนวน bolt ไม่มาก แต่ก็มีข้อจำกัดคือ ต้องการงานแปรรูป fabrication workmanship ที่ดี งานต้องแม่นยำ จากปลายถึงปลาย End-plate moment connection ไม่เกิด error เพราะจะส่งผลต่อการบิดเบี้ยวของโครงสร้างหาก fabricated member มีความยาวไม่พอดีกับ clear span ที่เตรียมไว้

การออกแบบ จุดต่อรับโมเมนต์แบบแผ่นปิดปลาย

ในแง่ของการออกแบบ AISC ได้ออก design guide มา 2 ฉบับ คือ ฉบับที่ 4 ซึ่งใช้กับโครงอาคารที่ต้องไปรับแรงทางข้าง เช่นแรงลม แรงแผ่นดินไหว จึงใช้ชื่อว่า Extended end-plate moment connection for seismic and wind application และอีกฉบับคือ ฉบับที่ 16 ซึ่งเป็นรูปแบบที่ไม่ต้องการความเหนียว (แต่ก็ต้องการกำลัง) ใช้สำหรับการรับ moment ทั่วไป เช่น คานยื่นรับชานพัก หรือ คานรับ gravity load ที่ปลายเป็น fixed end โดยสำหรับโครง PEB ที่ใช้กันทั่วไป ก็เป็นจุดต่อ moment connection ของคานที่เรียกว่า jack beam ที่ใช้รับโครง rafter ที่ตัด column ออก เพื่อให้เกิด clear span ที่มากขึ้น

แน่นอนว่ารูปแบบที่รับแรงลมและแรงแผ่นดินไหว จะมี detail ในงาน fabrication ที่มาก เพราะต้องการให้จุดต่อมีความเหนียว ductility สูง เช่น รอยเชื่อมที่ปีกคานเข้ากับ end plate อาจต้องมีการเชื่อมแบบ groove weld (bevel) เพราะความเหนียวจากการเชื่อมแบบ fillet weld ไม่เพียงพอ เป็นต้น และนอกจากนี้ การพิจารณาแรง (moment) ที่นำไปคำนวณเทียบกับกำลังรับแรงของ End-plate moment connection for seismic and wind ตาม Design guide 4 จะมากกว่าแรง (moment) ที่นำไปคำนวณเทียบกับกำลังรับแรงของ End-plate moment connection ตาม Design guide 16 คือจะมีตัวคูณที่ไปเพิ่มแรง (moment) เพื่อให้เกิดความมั่นใจว่า การวิบัติอันเนื่องจากแรง (moment) จะไปวิบัติที่ member แทนที่จะไปวิบัติที่ connection

แต่อย่างไรก็ดี การออกแบบ End-plate moment connection จะมีความซับซ้อนในแง่ของการพิจารณาผลของการงัด (prying ใช้สัญลักษณ์ Q) แตกต่างจาก End-plate moment connection for seismic and wind ที่ต้องออกแบบให้แผ่น end plate มีความหนาที่เพียงพอ จนไม่เกิดการงัด

ดูรายละเอียดการคำนวณได้จาก Design guide ทั้ง 2 ฉบับ หรือดูสมการสรุปตามที่นำเสนอใน Post ได้เลยครับ

#จุดต่อรับโมเมนต์แบบแผ่นปิดปลาย 

#WeLoveSteelConstruction