State of the Art in Steel Connection – Bolted Connection

ทำงานโครงสร้างเหล็กอย่างมืออาชีพ – ข้อต่อสลักเกลียว

ดังที่ได้เรียนไว้ใน Post ก่อนครับ ว่า State of the Art นี้เป็นส่วนที่เป็น ศิลปะ ในการทำสิ่งใดสิ่งหนึ่ง อาจจะอยู่ในขั้นตอนการเลือกวัสดุ หรือ ขั้นตอนการออกแบบ หรือ ขั้นตอนการก่อสร้าง ซึ่งโดยมากแล้ว มักจะไม่ได้เป็นการคำนวณที่จะเป็นส่วนของ ศาสตร์ ในการคิด วิเคราะห์ คำนวณหาคำตอบออกมา

ในงาน steel construction นั้น ศาสตร์ และ ศิลป์ มันต้องมาพร้อมๆ กัน ขาดสิ่งใดสิ่งหนึ่งแล้วมันก็จะไม่สมบูรณ์ ศาสตร์ดีออกแบบคำนวณเก่ง แต่ขาดศิลป์ ก็ทำให้ช่างหน้างานทำงานได้จาก หาซื้อวัสดุไม่ได้ อะไรประมาณนี้ ในส่วนนี้จะขอแนะนำ ศิลป์ ที่เกี่ยวข้อกับ การใช้ bolted connection สักเล็กน้อยครับ

การกำหนด spec และขนาด bolt

คือ bolt ในบ้านเรา มักจะอ้างอิงเกรด ISO 898 เป็นหลักนะครับ เทียบเท่าได้กับ ASTM grade ซึ่งแต่ก่อน แยกเกรดระหว่าง ASTM A325 (เทียบเท่า ISO 898 class 8.8) และ ASTM A490 (เทียบเท่า class 10.9) แต่ในปัจจุบัน ASTM ได้รวมเกรดเข้าด้วยกัน และเรียกชื่อใหม่ว่า ASTM F3125

ทีนี้ใน spec มันมี bolt เกรดต่ำกว่านี้ และเกรดสูงกว่านี้ ก็เลยอยากแนะนำให้ใช้ 2 เกรดนี้ครับ เพราะมันหาง่ายหน่อยในท้องตลาด และได้กำลังที่มากพอสมควร เรียกได้ว่ากำลังกับเงินที่จ่ายไปมันคุ้มกัน

การกำหนดขนาดความยาวเกลียว

คือโดยปกติจะมีการระบุ bolt เกลียวเต็ม กับ bolt เกลียวไม่เต็ม bolt เกลียวเต็ม ตาม AISC/RCSC เรียกว่า N-type bolt หรือ thread (ร่องเกลียว) iฺNcluded in shear plane (ระนาบรับแรงเฉือน) และ X-type bolt หรือ thread eXcluded in shear plane ร่องเกลียวไม่อยู่ในระนาบรับแรงเฉือน ซึ่งแน่นอนว่า โดย common sense แล้ว X-type นี่เหนือกว่าทุกประการ ทั้งกำลังรับแรงเฉือน (เพราะได้พื้นที่หน้าตัดเต็มของแกน bolt) และราคา (เพราะประหยัดค่าทำเกลียว)

ในต่างประเทศ เขาแนะนำให้ใช้ N-type bolt เป็นหลักเพราะปกติเวลาสั่ง bolt ใน project หนึ่งๆ มันสั่งเป็นพันๆ ตัว ต่อกับ joining parts หลากหลายขนาด และ bolt ก็ไม่ได้แพงมากเทียบกับค่าแรง หาก bolt ที่สั่งมา ขันไม่ได้เพราะไปติดว่าเกลียวไม่เต็ม เช่น joining parts มันไม่หนาเท่ากับระยะ shank หรือแน bolt ที่ปราศจากเกลียว ตรงนี้จะเกิดผลเสียหายหนักหากผู้ติดตั้งไม่สามารถขัน bolt ได้เพราะตกม้าตายเรื่องนี้ ในต่างประเทศจึงแนะนำให้ใช้ N-type เป็นหลัก

แต่สำหรับงานในบ้านเรา ที่บางงานอาจจะไม่ซับซ้อน joining part ไม่ได้มีความหนาที่หลากหลาย และ ค่า bolt ค่อนข้างสูง ค่าคนงานก็ไม่มากนัก ก็อาจไปใช้ X-type ได้นะครับ แต่ทั้งนี้ก็ต้องระมัดระวังปัญหาดังกล่าวข้างต้น และผู้ติดตั้งอาจต้องเตรียม shim plate ไว้แก้ปัญหาหน้างานด้วย

งานออกแบบ bolted connection

ผู้ออกแบบไม่ควรกำหนด bolt ให้มีหลากเกรดหลายขนาดนะครับ โปรดเห็นใจช่างติดตั้ง และชีวิตผู้ควบคุมงานบ้าง คือ ในทางปฏิบัติผู้ควบคุมงานคงไม่พก veneer ไปวัด bolt ว่าได้ขนาดตามกำหนดไว้ไหม และใช้เกรดตามที่ระบุไว้หรือเปล่า

ทางที่ดีที่เหมาะ คือ ยิงยาวครับ กำหนดเกรดเกรดหนึ่งเกรดเดียวไปเลย ขนาดเดียวไปเลยหากทำได้ แต่หากต้องการประหยัด ก็อาจเลือกให้ bolt ในส่วน shear connection มีขนาดเล็กหน่อย เกรดน้อยหน่อย ในขณะที่ bolt ที่ใช้กับ moment connection ก็มีขนาดใหญ่หน่อย เกรดสูงหน่อย เป็นต้น เพื่ออำนวยความสะดวกให้กับช่างและผู้ควบคุมงานนะครับ

และท้ายที่สุดสำหรับโพสต์นี้ คือ การกำหนดวิธีการขันแน่น อันนี้ค่อนมาทางศาสตร์สักเล็กน้อย กล่าวคืือ สำหรับ bolt ที่ joining parts ไม่ค่อยขยับตัว เช่น bolt ส่วนรับ floor beam ที่รับ gravity load (gravity ไม่พุ่งขึ้นแน่นอนนะครับ ดังนั้น ทิศทางมันคงเดิม แต่ระดับของแรงอาจเปลี่ยนแปลงไปได้) ก็ติดตั้ง bolt แบบขันแน่นพอดี ไม่ต้องแน่นหนามาก

แต่สำหรับส่วนที่ต้อง service ให้โครงสร้างไม่โคลงเคลง เช่น bolt ที่ติดตั้ง moment connection ส่วนที่เป็น lateral system (ไม่ใช่ทุก moment connection เช่น beam splice หรือ moment connection ที่ทำเพื่อรับ gravity load นะครับ) อันนี้ก็ควรขันแน่นพิเศษ ที่เรียกว่า Pre-tensioned bolt หรือ Tension-controlled bolt ครับ

วิธีในการตรวจสอบความแน่น เคยนำเสนอไปหลายรอบนะครับ มีวิธี turn-off-nut (2) ใช้ direct tension indicator หรือ DTI ที่เป็นแหวนรองมีปุ่ม (3) ใช้ประแจที่วัด torque ได้ และ (4) ใช้ bolt หางขาด พวก ASTM F1852 F2280 คือเวลาขันจนได้ระดับของแรงที่ต้องการ หางมันจะหลุดออก

ไว้ครั้งหน้ามีโอกาสจะนำเสนอ State of the Art ในการทำ welded connection บ้างนะครับ สงสัยก็สอบถามมาได้นะครับ