หนังสือ พฤติกรรมและการออกแบบจุดต่อ-NEW.indd

¾ÄμÔ¡ÃÃÁáÅСÒÃÍ͡Ẻ¨Ø´μ‹Í
â¤Ã§ÊÃÒŒ §àËÅ¡ç »ÃÐàÀ··Í‹

Behavior and Design of Hollow
Section Joints in Steel Structures

ÃÈ.´Ã. ¾ÊÔ ³± ÍØ´ÁÇÃÃμÑ ¹

ÀÒ¤ÇÔªÒÇÔÈÇ¡ÃÃÁâÂ¸Ò ¤³ÐÇÈÔ Ç¡ÃÃÁÈÒÊμÏ
ÁËÒÇÔ·ÂÒÅÂÑ à·¤â¹âÅÂÕ¾ÃШÍÁà¡ÅŒÒ¾Ãй¤Ãà˹Í×

¾Äμ¡Ô ÃÃÁáÅСÒÃÍ͡Ẻ¨´Ø μÍ‹ â¤Ã§ÊÌҧàËÅç¡»ÃÐàÀ··‹Í
Behavior and Design of Hollow Section Joints in Steel Structures
Ê§Ç¹Å¢Ô Ê·Ô ¸ìμÔ ÒÁ¾ÃÐÃÒªºÞÑ ÞÑμÔÅ¢Ô Ê·Ô ¸Ôì
ËÒŒ ÁÅÍ¡àÅÕ¹äÁÇ‹ Ò‹ ÊÇ‹ ¹Ë¹§èÖ Ê‹Ç¹ã´¢Í§Ë¹Ñ§ÊÍ× àÅ‹Á¹éÕ äÁÇ‹ ‹Òû٠Ẻã´
¹Í¡¨Ò¡¨Ðä´ÃŒ ºÑ ͹ØÞÒμ໚¹ÅÒÂÅѡɳÍ¡Ñ Éèҡ¼ÙŒà¢Õ¹áÅÐàÃÕºàÃÕ§à·Ò‹ ¹é¹Ñ
à¢ÂÕ ¹áÅÐàÃÕºàÃÂÕ §â´Â

ÃÈ.´Ã. ¾Ôʳ± ÍØ´ÁÇÃÃÑμ¹

ISBN 974-620-726-1
¾ÔÁ¾¤Ãéѧ·Õè 1 ¾.È.2553 ¨íҹǹ¾ÔÁ¾ 100 àÅ‹Á
¾ÔÁ¾¤Ã§Ñé ·èÕ 2 ¾.È.2554 ¨íҹǹ¾ÔÁ¾ 1000 àÅ‹Á
¾ÔÁ¾· èÕ
ºÃÉÔ Ñ· º.Õ ¾.Õ äÍ. ¨íÒ¡Ñ´
101/7 ¶.¾ËÅâ¸Թ μ.¤Åͧ˹èÖ§ Í.¤ÅͧËÅǧ ¨.»·ÁØ ¸Ò¹Õ
â·Ã. 02 8620211-5 á¿¡« 02 8620216
ʹºÑ ʹ¹Ø â´Â
ºÃÔÉÑ· ừ¿Ô ¡ ä¾¾ ¨íÒ¡Ñ´ (ÁËÒª¹)
Pacific Pipe Public Company Limited
298, 298/2 ¶¹¹Ê¢Ø ÊÇÊÑ ´ìÔ ÍíÒàÀ;ÃÐÊÁØ·Ã਴ÂÕ  ¨Ñ§ËÇ´Ñ ÊÁطûÃÒ¡Òà 10290
â·Ã. 02-679-9000 á¿¡« : 02-679-9075 E-Mail : info@pacificpipe.co.th

คํานํา

การกอสรางโดยใชโครงสรางเหล็กในประเทศไทยนั้นไดรับความนิยมแพรหลายมากขึ้นใน
ปจจุบัน นอกจากการออกแบบชิ้นสวนองคอาคารแลว การออกแบบจุดตอในโครงสรางนับเปนสวน
สําคญั ทจี่ ะทาํ ใหโ ครงสรางมีความม่นั คงแขง็ แรง การออกแบบจุดตอโครงสรางเหล็กประเภททอโดยการ
เช่ือมอาจมีพฤติกรรมท่ีซับซอนและแตกตางจากการออกแบบโครงสรางเหล็กรูปพรรณทั่วไป ซึ่งปรกติ
มักไมไดรับการพิจารณาออกแบบลงในรายละเอียดและเกิดปญหาตางๆตามมา วิศวกรจึงควรเขาใจถึง
พฤตกิ รรมตลอดจนแนวทางการออกแบบจดุ ตอโครงสรางเหล็กประเภททอ

การออกแบบโครงสรางเหล็กรูปพรรณสามารถอางอิงตามมาตรฐานของวิศวกรรมสถานแหง
ประเทศไทย ไดแก มาตรฐานการออกแบบอาคารเหล็กรูปพรรณ โดยวิธีหนวยแรงใชงาน ว.ส.ท. 1015-
40 และ มาตรฐานการออกแบบอาคารเหล็กรูปพรรณ โดยวิธีตัวคูณความตานทานและนํ้าหนักบรรทุก
ว.ส.ท. 1020-46 แตสําหรับการออกแบบจุดตอโครงสรางเหล็กประเภททอนั้น ยังคงตองอางอิงตาม
มาตรฐานตางประเทศ ไดแก มาตรฐาน CIDECT (Comité International pour le Développement
et l'Etude de la Construction Tubulaire) มาตรฐานยุโรป Eurocode 3 และมาตรฐานสหรัฐอเมริกา
AISC (American Institute of Steel Construction AISC)

ตําราเลมนี้ไดจัดทําขึ้นโดยมีวัตถุประสงคเพ่ือใชประกอบการเรียนการสอนในรายวิชา การ
ออกแบบโครงสรางไมและเหล็ก และเพ่ือใหวิศวกรและผูสนใจใชเปนแนวทางในการออกแบบจุดตอ
โครงสรางเหล็กประเภททอ โดยอางอิงตามมาตรฐาน CIDECT และ Eurocode 3 ซ่ึงเปนมาตรฐานที่
ทันสมัยไดรับการปรับปรุงอยางตอเน่ือง เน้ือหาของหนังสือประกอบดวย ความรูพื้นฐานทั่วไปเกี่ยวกับ
เหล็กโครงสรางประเภททอ พฤติกรรมท่ัวไปของจุดตอโครงสรางเหล็กประเภททอ พฤติกรรมและการ
ออกแบบจุดตอประเภททอกลมโดยการเชื่อม พฤติกรรมและการออกแบบจุดตอประเภททอ
ส่ีเหลี่ยมผืนผาและสี่เหล่ียมจัตุรัสโดยการเชื่อม และพฤติกรรมและการออกแบบจุดตอโครงสรางเหล็ก
ประเภททอภายใตความลา

ผูเขียนหวังเปนอยางย่ิงวา ตําราเลมนี้จะเปนประโยชนตอ นิสิตนักศึกษา วิศวกร และผูสนใจ
ท่ัวไป หากมีขอผิดพลาดประการใด ผูเขียนขอนอมรับเพ่ือแกไขในการพิมพครั้งตอไป สุดทายนี้ผูเขียน
ขอขอบคณุ บิดา มารดา และภรรยาท่ีคอยใหก าํ ลังใจมาโดยตลอด

พิสณฑ อุดมวรรตั น



สารบญั หนา
1
บทท่ี 1 ความรูทัว่ ไปเก่ียวกบั เหล็กโครงสรางประเภททอ 3
1.1 การพัฒนาของเหล็กประเภททอ 6
1.1.1 รูปแบบมาตรฐานของเหล็กโครงสรางประเภททอ 7
1.1.2 ขบวนการผลติ เหลก็ โครงสรา งประเภททอ 9
1.2 คุณสมบัติของเหล็กโครงสรางประเภททอ 9
1.2.1 คณุ สมบตั เิ ชงิ กล 13
1.2.2 ขนาดและคา คลาดเคลื่อนของเหล็กโครงสรา งประเภททอ 15
1.2.3 คุณสมบัติการรบั แรงในดานวิศวกรรม 15
1.2.3.1 แรงดงึ 16
1.2.3.2 แรงอัด 19
1.2.3.3 แรงดัด 24
1.2.3.4 แรงเฉือน 25
1.2.3.5 แรงบิด 26
1.2.3.6 แรงดันภายใน 27
1.3โครงสรางท่ใี ชเ หลก็ ประเภททอ 28
แบบฝก หดั ทายบทท่ี 1
29
บทที่ 2 พฤติกรรมทวั่ ไปของจดุ ตอโครงสรางเหล็กประเภททอ 29
2.1 โครงถักทที่ าํ มาจากเหลก็ โครงสรา งประเภททอ 35
2.2 พฤติกรรมทั่วไปของจดุ ตอ 35
2.2.1 วถิ ขี องแรง 35
2.2.2 การกระจายตัวของหนวยแรงตามความแข็งภายในหนาตัด 39
2.2.3 ผลกระทบจากคุณสมบตั ขิ องวัสดุ 40
2.2.4 รปู แบบการวบิ ตั ิ 42
2.3 เกณฑท ่ัวไปในการเกดิ การวบิ ตั ิ 43
2.4 รปู แบบการวบิ ตั ทิ ่วั ไป 45
2.5 พารามเิ ตอรจ ดุ ตอ 46
แบบฝกหัดทา ยบทที่ 2

บทที่ 3 พฤติกรรมและการออกแบบจดุ ตอ ประเภททอกลมโดยการเช่ือม 47
3.1 รปู แบบการวิบตั ิ 50
3.1.1 การวิบตั ิของทอแกนหลัก 51
3.1.2 การวบิ ตั ิของทอ แกนรอง 53
3.1.3 การวิบัติของรอยเช่ือม 54
3.1.4 การวบิ ัติ Lamellar tearing 55
3.2 แบบจําลองเพ่ือการวิเคราะหพ ฤตกิ รรมของจดุ ตอ 56
3.2.1 แบบจาํ ลองวงแหวน 57
3.2.2 แบบจําลองการเฉือนทะลุของทอ แกนหลกั 59
3.2.3 แบบจาํ ลองการเฉอื นครากของทอแกนหลัก 60
3.3 สมการการออกแบบและขอ กาํ หนดของการออกแบบจุดตอ 62
โครงสรางเหลก็ ประเภททอ กลม
3.4 กราฟเพอ่ื การออกแบบจุดตอ โครงสรางเหลก็ ประเภททอกลม 65
3.5 ตวั อยางการออกแบบจดุ ตอโครงสรา งเหลก็ ประเภททอกลม 68
แบบฝก หัดทา ยบทท่ี 3 74

บทที่ 4 พฤติกรรมและการออกแบบจดุ ตอประเภททอ สี่เหล่ยี มผืนผา 75
และสเ่ี หลีย่ มจตั ุรัสโดยการเช่ือม
76
4.1 รูปแบบการวิบตั ิ 77
4.1.1 การวิบตั ิของทอแกนหลกั 80
4.1.2 การวบิ ตั ิของทอแกนรองเน่อื งจากแรงดึง 80
4.1.3 การวิบัติของรอยเช่ือม 81
4.1.4 การวบิ ตั แิ บบ Lamellar tearing 81
81
4.2 แบบจาํ ลองเพ่ือการวิเคราะหพ ฤติกรรมของจุดตอ 84
4.2.1 แบบจําลอง Yield line model 87
4.2.2 แบบจาํ ลองการเฉือนทะลขุ องผนงั ทอ แกนหลกั 88
4.2.3 แบบจําลองการวิบัติของทอแกนรองเนอื่ งจากแรงดงึ 88
4.2.4 แบบจําลองการแบกทานหรือการโกง เดาะของผนงั ดานขา งทอแกนหลกั 89
4.2.5 แบบจาํ ลองการเฉือนครากของทอแกนหลัก
96
4.3 สมการการออกแบบและขอ กําหนดของการออกแบบจุดตอ
โครงสรางเหลก็ ประเภททอสเี่ หลีย่ มผืนผาและสี่เหลี่ยมจัตรุ สั

4.4 กราฟเพ่ือการออกแบบจุดตอ โครงสรา งเหลก็ ประเภททอส่เี หลยี่ มจัตุรสั

4.5 ตัวอยางการออกแบบจดุ ตอโครงสรางเหล็กประเภททอสเี่ หล่ยี มผืนผา และสีเ่ หล่ยี มจัตรุ สั 98

แบบฝก หัดทา ยบทที่ 4 106

บทที่ 5 พฤติกรรมและการออกแบบจดุ ตอ โครงสรา งเหล็กประเภททอภายใตค วามลา 107
5.1 การแตกรา วเนื่องจากความลา 109
5.2 คําจาํ กัดความที่เก่ียวของกบั ความลา 110
5.3 กราฟกาํ ลังตา นทานความลา 114
5.4 ความลา กับความเสยี หายสะสม 115
5.5 คา สัมประสทิ ธ์เิ พือ่ ความปลอดภัย 117
5.6 การประเมินกําลงั ตา นทานความลา ของจุดตอทอเหลก็ โดยการเช่ือม 117
5.7 วธิ ีการจัดประเภทจุดตอ 118
5.8 วิธคี วามเคนเรขาคณิต 122
5.8.1 แรงกระทําในองคอาคาร 122
5.8.2 ชว งความเคนพ้ืนฐาน 124
5.8.3 คาความเขมของความเคน (SCF) 124
5.8.4 ชวงความเคน เรขาคณติ หรือชวงความเคน Hot spot 125
5.8.5 เสนกราฟกําลงั ตา นทานความลา 126
5.9 ตวั อยา งการออกแบบกําลังตานความลา จุดตอโครงสรางเหลก็ ประเภททอ 128
แบบฝกหดั ทายบทท่ี 5 134

บรรณานุกรม 135
ภาคผนวก ก ตารางคณุ สมบัตหิ นาตดั เหลก็ โครงสรางประเภททอ 137
ภาคผนวก ข กราฟชวยออกแบบจุดตอ โครงสรา งเหลก็ ประเภททอ กลม 149
ภาคผนวก ค สูตรและกราฟเพ่ือการคํานวณคา SCF จุดตอประเภททอกลม 217
ภาคผนวก ง สตู รและกราฟเพื่อการคาํ นวณคา SCF จุดตอประเภททอสีเ่ หล่ียม 227



สัญลักษณ คําอธิบายสัญลกั ษณ

A คาํ อธบิ าย
Anet พ้ืนที่หนา ตัด
Av พื้นท่ีหนาตัดสทุ ธิ
Be พืน้ ท่ีรับแรงเฉือน
CK ความยาวประสทิ ธผิ ลบนทอ แกนหลักสาํ หรบั แบบจําลองวงแหวน
CT พารามิเตอรประสิทธภิ าพของจดุ ตอแบบ K
CX พารามเิ ตอรประสิทธภิ าพของจุดตอแบบ T
CTOD พารามิเตอรป ระสิทธิภาพของจุดตอแบบ X
ระยะการเคลอื่ นท่ขี องปากรอยแตก
E โมดลู ัสความยืดหยุน
Ed คาการสลายพลังงาน
I โมเมนตอ ินเนอรเ ชยี
Ib โมเมนตอ ินเนอรเ ชียของคาน
It โมเมนตอินเนอรเชยี ของการบิด
Lb ความยาวคาน
Lo ความยาวเริม่ ตน ของชน้ิ สวนทดสอบแรงดึง
M โมเมนต
Mb โมเมนตด ดั ของคาน
M c , Rd กําลังโมเมนตดัดท่ีใชอ อกแบบองคอ าคาร
MF ตัวคณู ขยายเน่ืองจากโมเมนตลําดับที่สอง
โมเมนตในจุดตอ
Mj กําลังตา นทานโมเมนตข องจุดตอ
M j,Rd โมเมนตกระทาํ ในจุดตอ
M j,Sd กําลังตานทานโมเมนตพลาสตกิ
MpA กําลงั ตา นทานโมเมนตพ ลาสตกิ ของปก คาน
M pA ,f กาํ ลงั ตานทานโมเมนตพลาสตกิ ของคาน
M pA, Rd กาํ ลงั ตา นทานของจดุ ตอ ซึ่งแสดงในรปู แบบแรงในแนวแกนขององคอาคาร
N*i แรงกระทาํ ในองคอ าคาร i (i=0, 1, 2, 3)
Ni จาํ นวนรอบที่เกิดการวบิ ัตขิ องชว งหนวยแรง i
Ni

Nf จํานวนรอบท่ีเกิดการวบิ ัติ
NpA กําลังตานทานแรงในแนวแกนขององคอาคาร
NpA,Rd กาํ ลงั ตานทานแรงในแนวแกนทีใ่ ชออกแบบขององคอาคาร
No แรงในแนวแกนของทอแกนหลัก
No,gap แรงในแนวแกนของทอ แกนหลักบรเิ วณชองวาง
Nop แรงในแนวแกนกระทําเร่ิมตนของทอแกนหลกั
Nt,Rd กําลงั ตา นทานแรงดงึ ขององคอ าคาร
Ov เปอรเ ซ็นตก ารซอนทับ Ov = q / p×100%
R อตั ราสวนหนวยแรงหรือแรง
S โมเมนตลําดับที่ 1 รอบแกนสะเทิน
SCF คาความเขมของความเคน
Sr ชว งความเคน หรือ ชว งความเคน พน้ื ฐาน
Srhs ชว งความเคน เรขาคณิต หรือ ชวงความเคน Hot spot
Vf แรงเฉือนทีก่ ระทําบนปก
VpA กาํ ลงั ตานทานแรงเฉอื นพลาสติก
VpA,f กาํ ลงั ตานทานแรงเฉือนพลาสตกิ ของปก
VpA,Rd กําลงั ตา นทานแรงเฉือนพลาสติกทีใ่ ชอ อกแบบ
Vsd แรงเฉือนที่คณู คาแฟกเตอรแลว
W โมดูลสั หนาตัด
Wo โมดูลสั หนา ตัดทอ แกนหลกั
WeA โมดลู ัสหนาตัดอิลาสติก
WpA โมดลู ัสหนา ตัดพลาสติก
Wt โมดูลัสหนาตัดการบิด
a ความหนาของคอรอยเช่ือม
b ความกวา งของแผนเหลก็
b ความกวา งดานนอกของหนาตดั ทอสเ่ี หล่ียม
be ความกวา งประสทิ ธิผลของทอแกนรอง
bep ความกวา งประสทิ ธิผลการเฉือนทะลุ
bep,ov ความกวางประสิทธิผลของจุดตอ แบบซอ นทบั กนั ของทอ แกนรอง
bi ความกวางดา นนอกของทอแกนรอง i (i= 1, 2, 3)
bj ความกวางดา นนอกของทอแกนรองที่ถูกวางซอ นทบั
bo ความกวางดา นนอกของทอแกนหลกั

d เสน ผานศูนยกลางของทอกลม

di เสน ผานศูนยก ลางของทอกลมแกนรอง i (i= 1, 2, 3)
do เสน ผา นศูนยก ลางของทอกลมแกนหลกั
e ระยะเย้ืองศูนย

fb,Rd หนวยแรงใชออกแบบที่พิจารณาการโกง เดาะ
fk หนวยแรงสาํ หรับการโกง เดาะของผนงั ทอดา นขา ง
fkn หนวยแรงสําหรับการโกงเดาะ
f (n′) ฟง กช น่ั เมอ่ื พจิ ารณาแรงในแนวแกนของทอ แกนหลักในสมการกาํ ลงั ของจุดตอ

fu กาํ ลังรับแรงดงึ ประลัย
fuo กาํ ลังรับแรงดึงประลัยของทอแกนหลัก
fy กาํ ลงั รับแรงดึงที่จดุ คราก
fyb กาํ ลงั รบั แรงดึงท่ีจุดครากของวสั ดุทใ่ี ชท ําทอ
fyd กาํ ลงั รับแรงดึงที่ใชออกแบบ
fyi กาํ ลงั รบั แรงดึงที่จุดครากของทอแกนรอง i (i= 1, 2, 3)
fyo กาํ ลังรับแรงดงึ ที่จุดครากของทอแกนหลกั
g ชองวา งระหวา งทอแกนรอง ของจดุ ตอแบบ K N และ KT

g′ พารามเิ ตอรจุดตอ = g / to
hi ความลกึ ดานนอกของทอ แกนรอง i (i= 1, 2, 3)
ho ความลึกดานนอกของทอแกนหลกั
hm ความลกึ เฉลยี่ ของทอ สี่เหลย่ี มผืนผา
k ตวั คูณสําหรับปรับคาโมเมนต

A ความยาว

AA พารามเิ ตอรเสนรอบวงของการบิด
Ai ความยาวของ yield line i
Ak ความยาวของการโกง เดาะ
m ความชันของกราฟ S-N

mp โมเมนตพ ลาสติกตอ หนว ยความยาว

n No + Mo
Ao ⋅ fyo wo ⋅ fyo

n′ N op + Mo
Ao ⋅ fyo w o ⋅ fyo

ni จํานวนรอบของชวงหนวยแรงกระทํา i

p แรงดันภายใน
q ความยาวของการฉายระยะซอนทับของทอแกนรองบนหนาของทอแกนหลัก
q แรงกระทาํ แบบกระจายสมา่ํ เสมอ
q1, q2, q3 แรงกระทํา
r รศั มีไจเรชนั
r รศั มขี องมมุ ภายในของทอส่ีเหล่ยี มผนื ผา หรือทอ ส่ีเหลย่ี มจตั ุรัส
ro ความยาวเสน รัศมีของหนา ตัดทอกลมแกนหลกั
t ความหนาของผนงั ขององคอาคาร
ti ความหนาของผนังทอ แกนรอง i (i= 1, 2, 3)
tj ความหนาของผนงั ทอ แกนรองท่ีถกู ซอนทับ
to ความหนาของผนงั ทอแกนหลัก
α ตวั คณู ประสิทธิผลของการรับแรงเฉือนในทอแกนหลกั
β อัตราสว นเสนผา นศูนยก ลางหรอื ความกวา งของทอแกนรองตอทอแกนหลกั
γ อตั ราสว นครงึ่ หนึง่ ระหวา งเสน ผานศูนยกลางหรือความกวา งตอความหนา
ของทอแกนหลกั
γm คาสัมประสทิ ธ์ิเพ่อื ความปลอดภยั
δ, δ1 ระยะการเสียรปู
δ พารามิเตอรของหนา ตัด
Δσ ชว งความเคน
Δσnom ชวงความเคนพ้ืนฐาน
ε คา สมั ประสทิ ธิข์ องการโกง เดาะเฉพาะที่
η อตั ราสวนความกวางตอ ความลึกของทอแกนหลักหนาตดั สี่เหลี่ยม
θi มมุ แหลมของทอแกนรอง i กระทํากบั ทอแกนหลกั
λ คาความชะลูดขององคอาคารภายใตแ รงอัด
λE คาความชะลดู ของออยเลอร
λ คาความชะลูดสัมพทั ธ
σ หนวยแรง หรือ ความเคน
σo ความเคนในทอแกนหลัก
σop ความเคน เรมิ่ ตน ในทอแกนหลกั
σgeometrical ความเคนเรขาคณิต
σmin ความเคนตํ่าสดุ
σmax ความเคน สงู สูด

σ joint ความเคนเรขาคณิตท่ีจดุ ตอ
σnomin al ความเคน พนื้ ฐาน
τ ความเคนเฉอื น
τ อตั ราสวนระหวางความหนาของทอแกนรองตอทอ แกนหลกั
χ ตัวคณู ลดสําหรับการโกงเดาะ
ϕ1 มมุ หมนุ ของ yield line



บทท่ี 1
ความรทู ัว่ ไปเกย่ี วกับเหล็กโครงสรา งประเภททอ

การออกแบบนับเปนขบวนการท่ีตองคาํ นึงถึงความสัมพันธร ะหวา งการนําไปใชงาน ความสวยงาม

ทางสถาปตยกรรม ความแข็งแรง และวิธีการกอ สราง การออกแบบที่ดีนั้นจะตองพจิ ารณาทกุ ขอทก่ี ลาว

มาขา งตนใหมคี วามสมดุลสอดคลองกนั มากทสี่ ุด ในการออกแบบโครงสรางเหลก็ ประเภททอนน้ั

ผอู อกแบบจาํ เปนตองเขาใจถึงพฤตกิ รรมและคุณสมบตั ิพิเศษบางประการของโครงสรา งเหลก็ ประเภททอ

โดยเฉพาะอยา งยงิ่ บริเวณจุดตอของโครงสรา ง นบั วามีความสาํ คัญ ผอู อกแบบจะตองมีความระมดั ระวงั

เขาใจถงึ พฤตกิ รรมตา งๆของจุดตอ ซงึ่ มีรายละเอียดทจี่ ะตองพจิ ารณามากกวาการออกแบบโครงสรางเหล็ก

ธรรมดาท่ัวไป

ตัวอยา งในธรรมชาติท่ีมีลกั ษณะเปน ทอหรือปลอ ง เชน ลําตนของตนไม (รูปท่ี 1.1) มีคณุ สมบัติ

ในการรบั แรงตา งๆไดแก แรงอัด แรงดึง แรงดัด และแรงบดิ การที่หนา ตัดประเภททอเปน หนา ตัดแบบ

ปด (Close section) และมคี วามสมมาตรในทุกทิศทางทําใหห นา ตดั ชนดิ น้ีมีเสถียรภาพ (Stability) ท่ี

มนั่ คงและสามารถรับแรงบิดไดดีกวา หนาตดั แบบเปด (Open section) ดงั รปู ที่ 1.2

รปู ท่ี 1.1 ตนไผ

2

รปู ท่ี 1.2 หนาตดั แบบปดและแบบเปด

นอกจากน้ี ลกั ษณะรูปรางของเหล็กโครงสรา งประเภททอโดยเฉพาะเหลก็ โครงสรางประเภททอ
กลม (Circular Hollow Section, CHS) ไดพ สิ จู นแลววาเปน หนาตัดที่ดที ี่สดุ ในการตานทานตอ แรงลม
แรงดันน้าํ หรือแรงกระแทกคล่ืนในทะเลไดดกี วาหนา ตัดทัว่ ไป เนื่องจากคา สมั ประสทิ ธิ์ของการเสียด
ทาน (Drag coefficients) ที่ตาํ่ จงึ สามารถทนตอการรับแรงในสภาพตางๆไดดี

ในดานความงามทางสถาปตยกรรม โครงสรา งเหล็กประเภททอ ยังสามารถออกแบบใหกลมกลืน
กบั ธรรมชาติและใหร ปู ลักษณที่สวยงาม ทันสมัย คงทน แข็งแรง จากคุณสมบัติท่ีเปนหนาตัดแบบปดทํา
ใหม เี นือ้ ทีผ่ ิวตอ เนอื้ ทห่ี นาตดั นอย ไมมีจดุ หรอื มุมอับ เรียบสมํ่าเสมอเปนเน้ือเดียวกัน ซึ่งสามารถปองกัน
การเกิดสนมิ ไดด ี และสามารถยืดอายุการใชงานใหยาวนานขึ้นเมื่อเปรียบเทียบกับโครงสรางเหล็กทั่วไป
นอกจากน้ีดวยรูปรางท่ีมีชองวางภายในของเหล็กโครงสรางประเภททอยังสามารถเทคอนกรีตเขาไปใน
ชองวา ง เพ่อื เพมิ่ ความแขง็ แรงในการรบั แรงอัด และยงั สามารถทนตอ ไฟไหมไ ดดียิ่งขนึ้

ถึงแมวา ตน ทุนในการผลิตของเหล็กประเภททอจะสูงกวาเหล็กหนาตัดแบบอื่น ซึ่งทําใหมีราคา
วัสดุตอหนวยท่ีสูงกวา เหล็กประเภททอยังไดรับความนิยมในดานงานโยธาและสถาปตยกรรม งาน
กอสรางแทนขุดเจาะนํ้ามัน งานกอสรางโรงงานอุตสาหกรรม งานดานเครื่องจักรกล งานดาน
อตุ สาหกรรมเคมี งานดา นอากาศยาน งานดานขนสง ของเหลว งานดานการเกษตร และอ่นื ๆ

อยางไรก็ดีหนังสือเลมน้ีจะมุงเนนในเร่ืองของพฤติกรรมและการออกแบบโครงสรางเหล็ก
ประเภททอโดยเฉพาะจุดตอเพ่ือสามารถนําไปใชงานไดจริง ซ่ึงในการออกแบบท่ีดีนั้นจะพิจารณาแต

3

ความแข็งแรงเพียงดานเดียวไมได หากแตตองพิจารณาดานอื่นๆรวมดวย ไดแก การออกแบบเพ่ือการใช
งานภายใตค วามลา เปน ตน

1.1 การพัฒนาของเหลก็ ประเภททอ

จากคุณสมบัติอันยอดเยี่ยมของเหล็กโครงสรางประเภททอไดถูกนํามาประยุกตใชในงานกอสราง
โครงสรา งตางๆ เชน สะพาน Firth of forth bridge ในสกอตแลนด ดังรูปที่ 1.3 สะพานมีชวงยาวท่ีสุด 521
เมตร โดยตัวสะพานท้ังหมดกอสรางจากเหล็กประเภททอและเช่ือมตอกันโดยใช หมุดย้ํา (Rivet) ตัว
สะพานเรมิ่ กอสรา งต้ังแตป  1890 และใชงานมาจนถงึ ปจจุบัน

รปู ท่ี 1.3 Firth of forth bridge
(ที่มา: Wardenier, J. (2001))

ในชวงศตวรรษนเ้ี ริม่ มีการผลิตเหลก็ โครงสรางประเภททอกลมแบบไรตะเข็บรอยเช่ือมขึ้น ในป
1886 พี่นองตระกูล Mannesmann ไดเปนผูคิดคนการผลิตเหล็กประเภททอแบบ Skew roll piercing
process ดังรูปที่ 1.4 ซ่ึงสามารถรีดทอที่ส้ันและผนังที่หนา ในขบวนการผลิตนี้ยังสามารถผสมผสานกับ
ขบวนการผลิตแบบ Pilger process ดังรูปที่ 1.5 โดยสามารถผลิตทอเหล็กไรรอยเชื่อมท่ีมีความยาวเพ่ิม
มากข้ึนและมีความหนานอ ยลง

Whitehouse ไดพฒั นาการผลติ เหลก็ โครงสรางประเภททอกลมโดยการใชความรอนในการเช่ือม
ทอ เหล็กตง้ั แตใ นชว งตนของศตวรรษที่ 18 อยางไรก็ตามการผลิตเหล็กโครงสรางประเภททอกลมโดยใช
การเช่อื ม (weld) พึง่ จะไดร ับความนิยมหลังจากเร่ิมขบวนการผลิตแบบเชอ่ื มตอเนื่องและไดรับการพัฒนา

4

ตอโดย Fretz Moon ในป 1930 (รูปท่ี 1.6) ภายหลังสงครามโลกครั้งที่ 2 ขบวนการเชื่อมไดถูกพัฒนาอยู
ในระดับท่ีดีเย่ียมทําใหการผลิตทอเหล็กโดยการเชื่อมสามารถทําไดงายและสะดวกรวดเร็วมีมาตรฐานท่ี
สงู

รปู ท่ี 1.4 Skew roll piercing process รูปท่ี 1.5 Pilger process
(ทมี่ า: Wardenier, J. (2001)) (ทม่ี า: Wardenier, J. (2001))

รปู ท่ี 1.6 Fretz moon process
(ท่มี า: Wardenier, J. (2001))

5

การเช่ือมยังถูกนํามาใชในงานกอสรางโดยเฉพาะจุดตอทอเหล็ก ในการเชื่อมจุดตอทอเหล็ก
ขนาดใหญนั้นจําเปนตองมีเคร่ืองมือในการตัดแตงปลายทอแบบอัตโนมัติ (ดังรูปท่ี 1.7) ซึ่งทําใหการ
เตรียมชิ้นงานเพื่อทําจุดตอสามารถทําไดอยางรวดเร็วและสามารถลดชองวางบริเวณรอยเชื่อมเพ่ือใหมี
ประสิทธิภาพดีย่ิงข้ึน นอกจากน้ียังมีจุดตอแบบสําเร็จรูปท่ีถูกพัฒนาข้ึนโดย Mengeringhausen ในป
1937 เรียกวา Mero System (ดงั รูปที่ 1.8) โดยจดุ ตอ ประเภทน้จี ะใชใ นงานโครงสรางที่มีขนาดใหญและมี
ลกั ษณะเปน Space structure สามารถเชอื่ มตอ กันไดห ลายทิศทาง

รูปท่ี 1.7 End cutting machine
(ท่มี า: Wardenier, J. (2001))

รปู ท่ี 1.8 Mero connector
(ท่มี า: Wardenier, J. (2001))

6

ในป 1951 Jamm ไดริเร่ิมรางขอพิจารณาในการออกแบบจุดตอของโครงถักโดยใชเหล็ก

โครงสรางประเภททอกลมเช่ือมตอกัน นับเปนจุดเริ่มตนของการศึกษาวิจัยจุดตอประเภททอและไดรับ

การศึกษาตอยอดอีกในหลาย ๆ ประเทศ เชน ญี่ปุน สหรัฐอเมริกา และยุโรป สําหรับจุดตอเหล็ก

โครงสรางประเภททอเหลี่ยมไดเริ่มตนข้ึนในทวีปยุโรปในชวงป 1960 และไดทําการศึกษาวิจัยและ

พัฒนาอยางตอเนื่องในดานการทดสอบในหองปฎิบัติการและเชิงทฤษฎี ซ่ึงการศึกษาวิจัยสวนใหญจะ

ไดรับทุนสนับสนุนการวิจัยจาก Comité International pour le Développement et l'Etude de la

Construction Tubulaire (CIDECT) และในชวงหลังตลอดระยะเวลา 25 ปที่ผานมา การศึกษาวิจัยสวน

ใหญเนนถึงการศึกษาพฤติกรรมของจุดตอแบบสถิตยศาสตร (Static) และยังขยายไปอีกหลายดาน เชน

พฤตกิ รรมความลา ของจุดตอ (Fatigue) พฤติกรรมหนาตัดประกอบของทอเหลก็ เสริมคอนกรีตภายในเพื่อ

เพมิ่ ประสิทธภิ าพในการทนไฟและทนตอ การเกิดสนิม พฤติกรรมจดุ ตอ ภายใตแรงลมกระทาํ เปนตน

1.1.1 รูปแบบมาตรฐานของเหลก็ โครงสรางประเภททอ

รปู แบบมาตรฐานของเหล็กโครงสรางประเภททอซึ่งไดรับความนิยมในการนํามาประยุกตใชใน

งานกอ สรางตา งๆ มอี ยู 3 ประเภทดังนี้ (ดงั รปู ท่ี 1.9)

- ทอ เหลก็ หนาตดั กลม Circular Hollow Sections (CHS)

- ทอ เหลก็ หนาตดั สเ่ี หล่ียมผืนผา Rectangular Hollow Sections (RHS)

- ทอ เหลก็ หนา ตดั ส่เี หลี่ยมจตั ุรัส Square Hollow Sections (SHS)

ทอ หนา ตัดทรงกลม ทอหนา ตดั ทรงสเ่ี หลย่ี มจตั ุรัส ทอ หนาตดั ทรงสเี่ หลย่ี มผืนผา

รปู ท่ี 1.9 หนา ตัดประเภทตางๆ ของเหลก็ โครงสรางประเภททอ

7

1.1.2 ขบวนการผลิตเหลก็ โครงสรางประเภททอ
เหล็กโครงสรางประเภททอสามารถผลิตข้ึนแบบไรตะเข็บ (Seamless) หรือ แบบเช่ือม (Weld)
การผลิตเหล็กโครงสรางประเภททอแบบไรตะเข็บน้ันจะมีอยู 2 ข้ันตอนหลัก ๆ คือ ขั้นแรกตองถลุงแร
เหลก็ จากกอ นโลหะดิบ เพื่อใหไดนํ้าเหล็กเหลว นําไปเทเขาแบบหลอในการทําแทงเหล็ก ข้ันตอนถัดไป
คอื จะนาํ แทง เหล็กทไี่ ดเ ขาเครือ่ งรดี เหล็กเพ่อื ใหไ ดข นาดทอ ตามท่ีตอ งการ
สําหรับเหล็กโครงสรางประเภททอกลมแบบเชื่อมนั้น คือนําแผนเหล็กมวนขึ้นรูปดวยลูกกล้ิง
และเช่ือมตามแนวยาวของทอเหล็กดวยวิธีการเชื่อมไฟฟา (Electrical resistance welding หรือ Induction
welding) ดงั รปู ที่ 1.10
สําหรับเหล็กโครงสรางแบบทอเหลี่ยม (RHS) จะทําการขึ้นรูปมาจากเหล็กโครงสรางแบบทอ
กลม (CHS) และรีดข้ึนรปู ผานลูกกลิ้งใหมีหนาตัดแบบเหลี่ยมแสดงดังรูปท่ี 1.11 ซึ่งสามารถรีดข้ึนรูปได
ทั้งแบบรดี รอน (Hot roll) และแบบรดี เยน็ (Cold form)

รูปท่ี 1.10 Induction welding process รปู ท่ี 1.11 Manufacturing of rectangular hollow sections
(ที่มา: Wardenier, J. (2001)) (ท่มี า: Wardenier, J. (2001))

สาํ หรบั เหล็กโครงสรางประเภททอ สเี่ หล่ียมจัตุรัส (SHS) ขบวนการผลิตบางคร้ังจะใชเหล็กหนา
ตดั รูปตัว C (Channel section) นาํ มาพบั ตรงกลางเพอื่ ใหป ลายปกประกบกนั แลว เชอ่ื มตามแนวยาว

8

สาํ หรบั เหล็กโครงสรา งประเภททอกลม (CHS) ขนาดใหญ จะผลิตข้ึนดวยขบวนการที่เรียกวา U
– O press process แสดงตามรูปที่ 1.12 โดยจะนําแผนเหล็กเขาเคร่ืองข้ึนรูป หลังจากข้ึนรูปแผนเหล็กได
ขนาดตามตองการแลวก็จะเปนขบวนการเชื่อมตามแนวยาวของแผนเหล็ก ที่เรียกวา Submerged arc
welding

รปู ท่ี 1.12 Forming of large CHS
(ทีม่ า: Wardenier, J. (2001))

ขบวนการผลิตแบบอ่ืนๆ เชน เหล็กโครงสรางประเภททอกลมขนาดใหญ จะใชแผนเหล็กท่ีมี
ความยาวตอ เนือ่ งและมคี วามกวางพอดกี ับการมวนหนาตัดเพื่อปอนเขาเคร่ืองขึ้นรูปแบบตอเนื่อง ลูกกล้ิง
จะมวนแผน เหล็กในลักษณะเปน เกลียวตอเน่ืองกันไปเร่ือย ๆ ตามรูปที่ 1.13 จากน้ันบริเวณขอบของแผน
เหลก็ จะถกู เชอื่ มติดกันดว ยวธิ ีการเชื่อมแบบ Submerged arc welding โดยเรียกทอเหล็กจากขบวนการขึ้น
รปู แผน เหลก็ แบบนวี้ า ทอเหล็กขน้ึ รปู ดวยการเช่ือมแบบเกลยี ว

รปู ท่ี 1.13 Spirally welded CHS
(ท่ีมา: Wardenier, J. (2001))

9

1.2 คณุ สมบตั ิของเหล็กโครงสรา งประเภททอ
1.2.1 คุณสมบตั ิเชงิ กล

เหล็กโครงสรางประเภททอจะผลิตขึ้นจากวัสดุเหล็กแบบเดียวกับเหล็กโครงสรางท่ัวไป ดังนั้น
จึงมคี ณุ สมบตั เิ ชิงกลไมแ ตกตางจากเหลก็ โครงสรางท่ัวไป ตารางท่ี 1.1a และ 1.1b แสดงคุณสมบัติเชิงกล
ของเหล็กโครงสรางประเภททอแบบรีดรอนและแบบขึ้นรูปเย็น ตามมาตรฐานยุโรป EN 10210 – 1 และ
EN 10219-1 ตามลําดับ ซ่ึงเปนเหล็กชนิดท่ีไมมีอัลลอยผสมอยู (Non alloy) นอกจากน้ี ตาราง 1.2a และ
1.2b แสดงคณุ สมบตั ิเชิงกลของเหล็กโครงสรางประเภททอซ่ึงเปนเหล็กชนิดที่ไมมีอัลลอยผสมอยู (Non
alloy) และเปนเหล็กเนื้อละเอียด (Fine grain) ท้ังแบบรีดรอนและแบบข้ึนรูปเย็นตามลําดับ สําหรับเหล็ก
โครงสรางประเภททอใชในกรณีพิเศษ เชน เหล็กทอที่มีกําลังท่ีจุดคราก f y มากกวา 690 N/mm2 ขึ้นไป
หรือเหลก็ ประเภททอ ทีท่ นตอการกัดกรอ นสามารถผลิตไดโ ดยการเปลยี่ นหรือเพ่มิ สว นประกอบทางเคมี

ตารางท่ี 1.1a คุณสมบัติของเหลก็ โครงสรา งประเภททอ ตามมาตรฐาน Eurocode
(EN 10210-1 Hot Finished Structural Hollow Sections Non-Alloy Steel Properties)

Minimum yield strength Minimum tensile Min. elong.% Charpy
strength on gauge impact
N/mm 2 strength
N/mm 2 Lo = 5.65 S0 (10×10 mm)
Steel
Designation t ≤ 40 mm*

t ≤ 16 16 < t ≤ 40 40 < t ≤ 65 t<3 3 ≤ t ≤ 65 Long. Trans. Temp. J
mm mm
mm mm mm
Dc

S235JRH 235 225 215 360 -510 340 - 470 26 24 20 27
S275J0H 27
S275J2H 275 265 255 430 -580 410 - 560 `22 20 0 27
S355J0H 27
S355J2H - 20 27

355 345 335 510 -680 490 - 630 22 20 0

- 20

*สําหรับเหลก็ ประเภททอทีม่ ีความหนามากกวา 40 mm คา ตามตารางจะมคี าลดลง

10

ตารางท่ี 1.1b คุณสมบตั ิของเหล็กโครงสรา งประเภททอตามมาตรฐาน Eurocode
(EN 10219-1 Cold Formed Welded Structural Hollow Sections Non-Alloy Steel-Steel Property

different from EN 10210-1)

Steel designation Min. longitudinal elongation, %
all thickness, tmax = 40 mm
S235JRH
S275J0H 24
S275J2H
S355J0H 20
S355J2H
20

ตารางที่ 1.2a คุณสมบตั ิของเหล็กโครงสรา งประเภททอ ตามมาตรฐาน Eurocode
(EN 10210-2 Hot Finished Structural Hollow Sections- Fine Grain Steel Properties)

Steel Minimum yield strength Minimum tensile Min.elong.% Charpy
designation strength on gauge impact
N/mm2 strength
N/mm2 Lo = 5.65 S0 (10×10 mm)

t ≤ 65 mm*

t ≤ 16 16 < t ≤ 40 40 < t ≤ 65 t ≤ 65 Long. Trans Temp. J
mm
mm mm mm . Dc 40
370 – 540 24 22 -20 27
S275NH 275 265 255
S275NLH -50

S355NH 355 345 335 470 - 630 22 20 -20 40

S355NLH -50 27

สาํ หรบั หนา ตัดทมี่ ีคา ≤ 60× 60 mm และเทียบเทา กบั หนา ตดั กลม และหนา ตดั ส่ีเหล่ียม

11

ตารางที่ 1.2b คุณสมบัตขิ องเหลก็ โครงสรา งประเภททอตามมาตรฐาน Eurocode

(EN 10219-1 Cold Formed Welded Structural Hollow Sections Fine Grain Steel-Steel Property

different from EN 10210-1)

Steel designation Feed stock condition* M

Min. tensile strength Min. longitudinal elongation

S275MH 360-510 24
S275MLH

S355MH 450-610 22
S355MLH

S460MH 530-720 17
S460MLH

M: refer to thermal mechanical rolled steels

* : เปอรเซนตก ารยดื ตวั บนเคร่ืองมือวดั Lo = 5.65 S0
สาํ หรบั หนาตดั ทม่ี คี า ≤ 60× 60 mm และเทยี บเทากบั หนา ตัดกลม และหนา ตัดส่เี หล่ยี ม

การยืดตวั เทากับ 17% สําหรบั เหลก็ ทกุ เกรด และความหนาของหนาตดั

สําหรับในประเทศไทยนั้น คุณสมบัติของเหล็กโครงสรางประเภททอท่ีผลิตขายในทองตลาด
อางอิงจากหลายมาตรฐาน ไดแก ASTM BS TIS JIS เปนตน ตารางท่ี 1.3 และ 1.4 แสดงคุณสมบัติของ
เหล็กโครงสรางประเภททอตามมาตรฐานอุตสาหกรรมไทย TIS 107 และ คุณสมบตั ิของเหล็กโครงสราง
ประเภททอตามมาตรฐานอุตสาหกรรมญี่ปุน JIS G3444 JIS G3466 ตามลําดับ ซึ่งมักนิยมใชในประเทศ
ไทย

ตารางที่ 1.3 คณุ สมบตั ิของเหลก็ โครงสรา งประเภททอตามมาตรฐานอุตสาหกรรมไทย TIS 107

Material of grade Chemical composition (%) Mechanical properties
C Si Mn P S
HS 41 Yield Tensile Elongation
HS 50
HS 51 strength strength (%)

Max Max Max Max Max N/mm2. N/mm2.

0.28 - - 0.048 0.048 235 402 23

0.21 0.57 1.53 0.048 0.048 314 490 23

0.33 0.37 0.33-1.03 0.048 0.048 353 500 15

12

ตารางที่ 1.4 คุณสมบตั ขิ องเหล็กโครงสรางประเภททอตามมาตรฐานอุตสาหกรรมญี่ปุน JIS G3444,
JIS G3466

Material of grade Chemical composition (%) Mechanical properties

STK 400 C Si Mn P S Yield Tensile Elongation
STK 490
strength strength %

Max Max Max Max Max N/mm2. N/mm2.
0.25 - - 0.040 0.040
0.18 0.55 1.50 0.040 0.040 235 400 23

315 490 23

โดยทั่วไปแลวการออกแบบโครงสรางโดยใชเหล็กประเภททอน้ันจะขึ้นอยูกับกําลังท่ีจุดคราก

ของเหล็ก การเสียรูปหรือการวิบัติขององคอาคารจะเกิดขึ้นเนื่องจากน้ําหนักบรรทุกท่ีกระทํากับ

โครงสรางมีคาเกินกวากําลังท่ีจุดครากของเหล็กจะตานทานได ในโครงสรางแบบ Statically

indeterminate structure ภายหลังจากเกิดการครากจะทําใหน้ําหนักบรรทุกเกิดการกระจายตัวใหมทั้ง

โครงสราง ดังน้ันความสามารถในการตานทานการเสียรูป (Deformation capacity) และความสามารถใน

การตา นทานการหมุน (Rotation capacity) จะตองนํามาพิจารณารวมดวย ยกตัวอยางเชน องคอาคารท่ีรับ

แรงดงึ ซึ่งทาํ มาจากเหลก็ ท่ีมคี วามเหนยี ว (Ductile steel) อาจเกิดการวิบัติแบบฉีกขาด (Fracture) ข้ึนไดใน

บริเวณท่ีมีการเจาะรูและความเคนเฉพาะที่สูงๆ การวิบัติจะเปนลักษณะฉีกขาดแบบฉับพลันกอนที่หนา

ตดั ท้งั หมดจะเกิดการคราก (Ductile failure) ดงั นัน้ อตั ราสวนของกําลังรับแรงดึงประลัย (Ultimate tensile

strength) ตอกําลังรับแรงดึงท่ีจุดคราก (Yield tensile strength) จึงมีความสําคัญตอโครงสรางที่มีหนวย

แรงกระจายไมสม่ําเสมอ (Non – uniform stress distribution) โดยเฉพาะอยางย่ิงท่ีบริเวณจุดตอของ

โครงสรางเหล็กประเภททอ ตามมาตรฐาน Eurocode 3 จึงระบุอัตราสวนขั้นตํ่าของกําลังดึงประลัยตอ

กําลงั ดึงทจี่ ุดคราก ดงั นี้

fu ≥ 1.2 (1.1)
fy

ในกรณีรับแรงกระแทกหรอื ความสามารถตา นทานตอการฉีกขาดนัน้ อาจจะตองพิจารณาผลของ

การทดสอบแบบกระแทก (Charpy test) รวมดวย ตามมาตรฐาน Eurocode 3 ระบุเกณฑคาดัชนีความ

เหนียวในการทดสอบแบบกระแทกดังแสดงในตารางที่ 1.1a และ1.2a นอกจากน้ันแลว การพิจารณา

ความเหนียวที่เกี่ยวของกับรอยแตก (Crack) บนผิวเหล็ก อาจตองพิจารณาคาการเคล่ือนท่ีของปากรอย

13

แตก (Crack Tip Opening Displacement, CTOD) ซ่ึงจะเก่ียวของโดยตรงกับปญหารอยแตกราวบน
โครงสรางภายใตความลาและพบบอยในโครงสรางท่ีรับแรงหรือหนวยแรงกระทําแบบซ้ํา ๆ และมีผล
ของความลา รว มดว ย เชน หมอความดัน โครงสรางในทะเลและชายฝง

1.2.2 ขนาดและคาคลาดเคลอ่ื นของเหล็กโครงสรา งประเภททอ

ตามมาตรฐานสากล ขนาดและคุณสมบัติของหนาตัดของเหล็กโครงสรางประเภททอท่ีผลิตข้ึน
จะอางอิงตามตามมาตรฐาน ISO 657 – 14 สําหรับเหล็กรีดรอน และ ISO 4019 สําหรับเหล็กข้ึนรูปเย็น
ซึ่งในแตละประเทศอาจใชเหล็กที่มีมาตรฐานแตกตางกันไป ทําใหมีความแตกตางกันในเร่ืองของขนาด
เหล็กประเภททอ สําหรับในทวีปยโุ รป จะอางอิงเหล็กอยู 2 ประเภท ดังน้ีคือ EN 10210 – 2 สําหรับเหล็ก
โครงสรางประเภททอแบบรดี รอ น และ EN 10219 – 2 สําหรับเหล็กโครงสรา งประเภททอแบบขึ้นรูปเย็น
ตามตาราง 1.5a และ 1.5b ตามลาํ ดับ

ตารางที่ 1.5a ขนาดและคา คลาดเคล่ือนของเหล็กโครงสรางประเภททอแบบรีดรอน
(EN 10210-2 Hot Finished Structural Hollow Sections – Tolerance)

Section type Square/rectangular Circular

Outside dimension the greater of ± 0.5 mm and ±1% but not more than 10 mm

Thickness Welded - 10%
Seamless
- 10% and – 12.5% at max. 25% cross section

Mass Welded ± 6% on individual lengths
Seamless
- 6% ; + 8%

Straightness 0.2% of the total length

Length (exact) + 10 mm, -0 mm, but only for exact lengths of 2000 to 6000 mm

Out of roundness 2% for d/t ≤100

Squareness of sides 900 ,±10 -

Corner radii Outside 3.0 t max.

Concavity/convexity ±1% of the side -

Twist 2 mm + 0.5 mm/m -

14

ตารางท่ี 1.5b ขนาดและคาคลาดเคลื่อนของเหล็กโครงสรางประเภททอแบบขึ้นรูปเย็น
(EN 10219-2 Cold Formed welded Structural Hollow Sections –Tolerance)

Section type Square/rectangular Circular

Outside dimension b < 100 mm: the greater of ± 0.5 mm and ± 1% ±1%, min. ± 0.5 mm
100 mm ≤ h, b ≤ 200 mm: ± 0.8%, max. ± 10 mm
b > 200 mm: ± 0.6%

Concavity/convexity max. 0.8% with min. of 0.5 mm -

Outside corner radii t ≤ 6 mm 1.6 to 2.4t -
6 mm < t ≤ 10 mm 2.0 to 3.0t
For d ≤ 406.4 mm, For d > 406.4 mm,
t>10 mm 2.4 to 3.6t t ≤ 5 mm: ± 1.0% ± 10%, max. 2 mm
t > 5 mm: ± 0.5 mm
Thickness Welded t ≤ 5 mm: ±1.0%
t > 5 mm: ± 0.5 mm ± 6%
0.20% of the total length
Mass ± 6%
Straightness 0.15% of the total length

หนาตัดเหล็กโครงสรางประเภททอกลม ทอสี่เหล่ียมผืนผา และส่ีเหลี่ยมจัตุรัส เปนรูปรางหนา
ตัดท่ีนิยมใชกันอยางแพรหลาย สําหรับรูปรางหนาตัดประเภทอื่นจะพบไดนอยมาก เชน หนาตัด
สามเหลี่ยม หนาตัดหกเหล่ียม หนาตัดแปดเหลี่ยม หนาตัดวงรี เปนตน ในหนังสือพฤติกรรมและการ
ออกแบบโครงสรางเหล็กประเภททอน้ี จะอางอิงหนาตัดเหล็กโครงสรางประเภททอตามมาตรฐาน JIS
และ TIS ซ่ึงนิยมใชกันแพรหลายในประเทศไทยดังแสดงไวในภาคผนวก ก สวนวิธีการออกแบบน้ันจะ
อางองิ ตามมาตรฐานของ CIDECT และ Eurocode 3

15

1.2.3 คณุ สมบตั ิการรบั แรงในดา นวศิ วกรรม
1.2.3.1 แรงดงึ (Tension)

ในการออกแบบรับแรงดึงขององคอาคาร แรงดึงท่ีสามารถรับไดคือ Nt,Rd จะข้ึนอยูกับ
พ้ืนท่ีหนา ตดั และกาํ ลงั ที่จดุ ครากของเหล็กเปนหลัก รูปรา งหนา ตัดของทอเหล็กจะไมมีผลตอกําลังรับแรง

ดึงมากนัก สําหรับโครงสรางประเภททอน้ันจะไมมีขอไดเปรียบเสียเปรียบในดานกําลังรับแรงดึงเม่ือ

เปรียบเทียบกับหนาตัดเหล็กประเภทอ่ืนๆ การวิบัติขององคอาคารจะเกิดในลักษณะเสียรูปหรือหนาตัด

คราก (Yielding) ซึง่ สามารถคาํ นวณไดด ังสมการของการออกแบบองคอ าคารรบั แรงดงึ ตอไปน้ี

N t.Rd = A⋅fy (1.2)
γM

เม่อื Nt.Rd = แรงดงึ ในองคอ าคาร
A =
เน้ือทหี่ นา ตัดขององคอ าคาร

fy = หนว ยแรงคราก
γM = คา สมั ประสิทธิค์ วามปลอดภัย (Partial safety factor)

ในกรณที ่อี งคอ าคารเช่ือมตอกันโดยใชสลักเกลียว (Bolt) ซ่ึงจําเปนตองเจาะรูทําใหพ้ืนที่หนาตัด

ขององคอ าคารลดลง การคํานวณจําเปนตองคาํ นวณเน้ือที่หนาตัดสุทธิขององคอาคาร ( Anet ) ณ ตําแหนง
ของรูเจาะ การวบิ ตั ิขององคอาคารอาจเกิดในลักษณะฉีกขาด (Fracture) โดยสามารถคํานวณกําลังรับแรง

ดงึ ไดดงั น้ี

N t.Rd = Anet ⋅ fu ⋅ 0.9 (1.3)
γM

เม่อื Nt.Rd = แรงดึงในองคอ าคาร
=Anet เน้ือทห่ี นา ตดั สทุ ธขิ ององคอาคาร
fu = หนว ยแรงประลยั
γM = คา สมั ประสทิ ธิ์ความปลอดภัย (Partial safety factor)

สําหรับตัวคูณลด 0.9 อาจจะมีความแตกตางกันในแตละประเทศ ทั้งน้ีขึ้นอยูกับคาสัมประสิทธ์ิ
ความปลอดภัย γM ในการออกแบบโครงสรางในพื้นที่เสี่ยงตอการเกิดแผนดินไหว ความเหนียว

16

(ductile) ของโครงสรางจะตองพิจารณาเปนพิเศษ นอกจากน้ันแลวกําลังตานทานของการวิบัติของ
โ ค ร ง ส ร า ง แ บ บ ป ร ะ ลั ย ห รื อ ฉี ก ข า ด จ ะ ต อ ง มี ค า ม า ก ก ว า แ บ บ พ ล า ส ติ ก ห รื อ ค ร า ก ข อ ง ห น า ตั ด
0.9Anet ⋅ fu > A ⋅ f y น่ันคือ เมื่อเกดิ การวิบัติโครงสรางจะเกิดการวิบัติแบบพลาสติกกอน ซ่ึงการวิบัติ
แบบพลาสติกน้ันจะเปนการวิบัติแบบเหนียว เปรียบเทียบกับการวิบัติแบบฉีกขาดโครงสรางจะใหความ
เหนยี วที่นอยกวาและโครงสรางอาจวิบัตแิ บบฉบั พลัน

1.2.3.2 แรงอัด (Compression)

สําหรบั องคอาคารรับแรงอัด นํ้าหนักบรรทุกวิกฤตของการเกิดการโกงเดาะ(Buckling) จะขึ้นอยู

กับคาความชะลูด (Slenderness, λ ) และรูปรางของหนาตัดขององคอาคาร คาความชะลูดคํานวณไดจาก

อัตราสว นความยาวทมี่ ผี ลตอการโกงเดาะและรศั มไี จเรชน่ั

λ = A (1.4)
r

เม่อื A = ความยาวองคอาคาร
r = รศั มไี จเรชั่น

โดยปรกติแลว คา รัศมไี จเรชั่นของเหล็กโครงสรา งประเภททอจะมคี ามากกวาเหล็กหนาตัดปรกติ
หรือหนาตัดเปดทั่วไป กลาวคือเม่ือเปรียบเทียบหนาตัดที่มีนํ้าหนักตอความยาวที่เทากัน คารัศมีไจเรชั่น
ของเหล็กโครงสรางประเภททอจะมีคามากกวาเหล็กหนาตัดปรกติหรือหนาตัดเปดทั่วไป ทําใหมี
เสถยี รภาพตานทานการโกง เดาะดีย่ิงขึ้น

ปจจัยของการเกิดการโกงเดาะนั้นอาจมาจากหลายสาเหตุ ไดแก การเย้ืองศูนยขององคอาคาร
ความตรงขององคอาคาร หนวยแรงคงคางในองคอาคาร ความไมสมํ่าเสมอของเน้ือเหล็ก และ
ความสมั พันธร ะหวา ง หนวยแรง – ความเครียดของเหล็ก

จากการศึกษาและวิจัยของหนวยงานดานการกอสรางเหล็กของทวีปยุโรป และ CIDECT ได
เสนอกราฟการออกแบบองคอาคารเหล็กรับแรงอัดของเหล็กโครงสรางประเภททอโดยพิจารณาถึง
พฤติกรรมการโกงเดาะ European buckling curves ดังแสดงในรปู ท่ี 1.14 และ ตารางที่ 1.6 ซ่ึงเปนไปตาม
มาตรฐาน Eurocode 3

17

รูปท่ี 1.14 กราฟออกแบบองคอาคารเหลก็ รับแรงอัดพิจารณาการโกง เดาะ
(European buckling curves)

ตารางท่ี 1.6 มาตรฐาน Eurocode (European buckling curves according to manufacturing
processes)

Cross section Manufacturing Buckling
process curves

Hot finished ao
a
z fy ≥ 420 N/mm2 b
c
rt

y y h Hot finished

tz

bz
yy

Cold formed
( )z

d
a fyb∗used

Cold formed

( )fyb∗used

∗ fyb = yield strength of the basic material
∗ ∗ fya = yield strength of the material after cold forming

18

จากรูปที่ 1.14 ตัวคูณลดคา (χ ) คือ อัตราสวนระหวางกําลังรับแรงอัดในกรณีที่วิบัติแบบโกง

เดาะหารดว ยกําลงั รับแรงอัดในกรณีทว่ี ิบัตแิ บบพลาสตกิ ดงั นี้

χ = N b.Rd = f b,Rd (1.5)
N PA,Rd f yd

เมอ่ื

f b,Rd = N b,Rd (หนว ยแรงใชอ อกแบบและพจิ ารณาการโกง เดาะ) (1.6)
A (1.7)

f yd = fy
γM

และอตั ราสว นของความชะลูด λ สามารถหาไดโ ดย

λ= λ (1.8)
λE

เมอ่ื λE = π E (Euler slenderness) (1.9)
fy

กราฟการโกงเดาะ(รูปที่ 1.14) จะจําแนกตามลักษณะของวิธีการผลิตเหล็กและหนวยแรงคราก

ซ่ึงกําลังการรับแรงอัดจะมีความแตกตางกันไปดังแสดงไวในตารางที่ 1.6 โดยทั่วไปเหล็กหนาตัดแบบ

เปดจะมีกราฟการโกง เดาะทมี่ คี าต่ํากวา ระดับ b และ c ซึ่งแสดงใหเหน็ วา การใชเ หลก็ โครงสรางประเภท

ทอแบบรีดรอ น จะสามารถชวยใหประหยัดปริมาณวัสดุไดมากกวาการใชเหล็กหนาตัดแบบเปดทั่วไปใน

กรณีพิจารณาถึงการโกงเดาะ

นอกจากการพิจารณาถึงพฤติกรรมการเกิดการโกงเดาะขององคอาคาร (Global buckling) ใน

ภาพรวมแลว การโกงเดาะเฉพาะที่หรือเฉพาะแหง (Local buckling) ของเหล็กประเภททออาจจําเปน

จะตองพิจารณารวมดวย ปจจัยที่สงผลกับการโกงเดาะเฉพาะท่ีไดแก อัตราสวนความกวางตอความหนา

ทอ b/t หรือ ขนาดเสน ผานศูนยกลางตอความหนาทอ d/t อยางไรก็ตาม มาตรฐาน Eurocode 3 ไดกําหนด

อัตราสวน d/t หรือ b/t ไวดังแสดงในตารางท่ี 1.7 เพ่ือปองกันการเกิดการโกงเดาะเฉพาะท่ี ในกรณีท่ีทอ

เหล็กเปนแบบผนังบาง (Thin walled section) จะตองพิจารณาการโกงเดาะทั้งองคอาคารในภาพรวมและ

การโกงเดาะเฉพาะทรี่ วมกนั

จากคุณสมบัติเฉพาะตัวของหนาตัดของเหล็กโครงสรางประเภททอที่มีคารัศมีไจเรช่ันสูงกวา

เหล็กหนาตัดเปดท่ัวไปซ่ึงสามารถตานทานการโกงเดาะไดดี เหล็กโครงสรางประเภททอจึงมีขอ

ไดเปรียบในการนํามาใชทําโครงสรางคานแบบถัก (Lattice girder) เพราะมีคาสติฟเนสของการบิดและ

19

การดัดท่ีสูงชวยใหลดความยาวประสิทธิผล (Buckling length) ท่ีมีผลตอการโกงเดาะขององคอาคารรับ
แรงอัด ดังตัวอยางโครงสรางแบบ Lattice girder ท่ีมีจุดตอแบบ k – gab joint ดังรูปที่ 1.15 มาตรฐาน
Eurocode 3 ไดแนะนําคาความยาวประสิทธิผลสําหรับการเกิดการโกงเดาะขององคอาคารเหล็ก
โครงสรางประเภททอรับแรงอัดใหมีคานอยกวาหรือเทากับ 0.75 A เปนตน (A คือ ความยาวขององค
อาคารระหวา งจดุ คํ้ายนั )

รูปที่ 1.15 การโกงเดาะขององคอ าคารรับแรงอัดของคานถกั

1.2.3.3 แรงดัด (Bending)
โดยท่ัวไปเหล็กหนา ตดั เปด รปู ตวั I และ H จะมีความประหยดั คุมคา มากกวาเหล็กประเภททอ ใน
กรณที ม่ี แี รงดดั กระทาํ กบั องคอาคารรอบแกนหลกั เนอ่ื งจากโมเมนตอินนิเชีย ( Imax ) รอบแกนหลักของ
เหล็กหนาตัดรูปตัว I และ H มีคามากกวาเหล็กประเภททอ ทําใหมีความสามารถในการตานทานรับแรง
ดัดมากกวาเหล็กประเภททอ ในทางกลับกัน หนวยแรงท่ีใชออกแบบ (Design stress) ของเหล็กหนาตัด
เปดท่ัวไปจะลดลงอยางมากเน่ืองจากการโกงเดาะทางดานขาง (Lateral buckling) ซึ่งเหล็กโครงสราง
ประเภททอจะมีขอไดเปรียบในการตานทานการโกงเดาะทางดานขางไดดีกวา โดยเฉพาะอยางย่ิงเหล็ก
โครงสรางประเภททอกลมจะไมมีปญหาในการเกิดการโกงเดาะทางดานขาง สวนเหล็กโครงสราง
ประเภททอเหลี่ยมอาจมปี ญ หาบางในกรณที ี่สตฟิ เนสของแกนรองมีคานอยเมื่อเทียบกับแกนหลัก โดยจะ
พิจารณาอตั ราสว นความกวา งตอความลึกของหนาตัดเปนหลัก (b/h) นอกจากนั้นแลว กรณีท่ีเกิดโมเมนต
ดัดท่มี ขี นาดเทาๆ กันกระทําในแกนหลักและแกนรอง เหล็กโครงสรางประเภททอสามารถรับแรงดัดท้ัง
2 แกนไดดีกวาเม่ือเปรียบเทียบกับเหล็กหนาตัดทั่วไปที่สามารถรับแรงดัดไดดีเฉพาะแกนหลักของหนา
ตดั เทา น้ัน

20

รูปที่ 1.16 Moment-rotation curves
ในการออกแบบโครงสรา งเหลก็ ประเภททอ ทีใ่ ชรบั แรงดัดน้ัน สามารถออกแบบโดยใชหลักการ
ออกแบบพลาสติก (Plastic design) โดยจะตองไมใหเ กิดการโกงเดาะเฉพาะท่ี (Local buckling) บนผิวทอ
กอนถึงโมเมนตพลาสติกเชนเดียวกับเหล็กหนาตัดท่ัวไป พฤติกรรมการรับแรงดัดของเหล็กโครงสราง
ประเภททอสามารถพิจารณาจากกราฟความสัมพันธระหวาง โมเมนต – การหมุน ดังรูปที่ 1.16 จากรูป
จะเห็นวากราฟเสนท่ี 1 มีความสามารถรับโมเมนตดัดไดดีและมีคามากกวาคาโมเมนตพลาสติก MpA
เสนกราฟทเี่ หยยี ดราบยาวภายหลงั จากการรบั โมเมนตส งู สดุ แสดงใหเ หน็ ถึงเสถยี รภาพและความเหนียวท่ี
ดีเยี่ยม สวนกราฟเสนที่ 2 สามารถรับโมเมนตไดดีสูงกวาคาโมเมนตพลาสติก แตทวาเสนกราฟตกลง
อยางรวดเร็วภายหลังจุดโมเมนตสูงสุด ซึ่งแสดงใหเห็นถึงเสถียรภาพและความเหนียวที่ดอยกวา กราฟ
เสนท่ี 3 แสดงใหเห็นถึงกําลังการรับโมเมนตดัดซึ่งมีคานอยกวาโมเมนตพลาสติกแตมีคามากกวา
โมเมนตอิลาสติก M y กราฟเสนที่ 4 แสดงถึงกําลังการรับโมเมนตดัดซึ่งมีคานอยกวาโมเมนตอิลาสติก
และมคี วามเปน ไปไดว า โครงสรา งอาจวบิ ัติจากการโกง เดาะกอ นทห่ี นา ตดั จะเริ่มคราก ซึ่งแสดงใหเห็นถึง
เสถยี รภาพทต่ี าํ่

21

ตารางท่ี 1.7 อัตราสวนตามมาตรฐาน Eurocode

(b/t, h/t and d/t limit the cross section classes 1, 2 and 3 (for r0 =1.5t )

Class 1 2 3

cross load type considered fy 235 275 355 460 235 275 355 460 235 275 355 460
section element
( )N/mm2

RHS compression∗ compression 45 41.6 36.6 32.2 45 41.6 36.6 32.2 45 41.6 36.6 32.2

RHS bending compression

36 33.3 29.3 25.7 41 37.9 33.4 29.3 45 41.6 36.6 32.2

RHS bending1) bending

1) 1) 1) 1) 1) 1) 1) 1) 1) 1) 1) 1)

CHS compression 50 42.7 33.1 25.5 70.0 59.8 46.3 35.8 90.0 76.9 59.6 46
and/or
bending

∗ There is no difference between b/t and h/t limits for the classes 1,2 and 3, when the whole cross section is only under compressi

∗ Class 3 limits appear when whole section is in compression.

1) Recent research has shown that the Eurocode limits for the web slenderness should be reduced considerably,

e.g. for class 1 to : (h-2t-2ri ) ≤ 70 − 5( b-2t-2ri )
6t
t

ปจจัยที่มีผลตอพฤติกรรมการเกิด โมเมนต – การหมุน ดังท่ีไดอธิบายในชวงตนจะข้ึนอยูกับ
รูปแบบและมิติของหนาตัด ไดแก อัตราสวนขนาดเสนผานศูนยกลางตอความหนา (d/t) หรืออัตราสวน
ความกวางตอความหนา (b/t, h/t) และกําลังของวัสดุเปนหลัก โดยสามารถแยกเปนหมวดหมูไดดังแสดง
ในตารางที่ 1.7 โดยควบคมุ อตั ราสว นดงั กลาวซึ่งไดม าจากการทดลองดงั นี้

d ≤ c ⋅ 235 สําหรบั CHS (1.10)
t fy สําหรับ RHS (1.11)

b ≤ c ⋅ 235
t fy

22

เมือ่ f y มีหนวยเปน N/mm2 และคา คงท่ี c จะขึ้นอยูกับประเภทของหนาตัด และหนวยแรงคราก
ของวัสดุ สําหรับหนาตัดประเภท 1 และ 2 (กราฟเสนที่ 1 และ 2) หนาตัดสามารถรับโมเมนตไดจนถึง
โมเมนตพลาสติก ในขณะท่ีหนาตัดประเภท 3 และ 4 (กราฟเสนท่ี 3 และ 4) จะพิจารณาใหสามารถรับ
โมเมนตไดถึงระดับท่ีทําใหหนาตัดเกิดหนวยแรงกระจายยืดหยุน (Elastic stress distribution) ตามรูปที่
1.17

fy fy

Class Class Class

1 and 2 3 4

รูปที่ 1.17 การกระจายตวั ของหนวยแรง

นอกจากน้ีหนาตัดประเภท 1 และ 2 ยังมีความแตกตางกันสําหรับความตานทานการหมุน
(Rotation capacity) โดยหลังจากเกิดโมเมนตพลาสติก หนาตัดประเภท 1 จะยังรับโมเมนตพลาสติกได
ตอ ไป กลา วคือ ยังมีความตานทานการหมุน แตหนาตัดประเภท 2 เม่ือเกิดโมเมนตพลาสติกคาโมเมนตที่
เกิดขน้ึ กจ็ ะตกลงในทนั ทีทาํ ใหเ กดิ การกระจายตวั ของโมเมนตในโครงสรางไปในสวนอ่ืน ฉะนั้นสําหรับ
หนา ตดั ประเภท 2 3 และ 4 การวิเคราะหสามารถทําไดโดยพิจารณาใหมีพฤติกรรมแบบยืดหยุน (Elastic)
เฉพาะหนาตัดประเภท 1 ท่ีจะพิจารณาใหหนาตัดเกิดการกระจายตัวของโมเมนตเปนแบบพลาสติก
อยางไรก็ตาม การกระจายตัวของโมเมนตแบบยดื หยุนในหนา ตดั ประเภท 1 ก็สามารถทําไดเชนกัน ซ่ึงใน
บางประเทศก็ยงั ใชการกระจายตัวของโมเมนตเ ปน แบบยืดหยุน อยู

ยกตัวอยา งเชน คานที่มีการยึดปลายทัง้ สองขา งแบบยึดแนนและมีแรงกระจายกระทําตลอดความ
ยาวคาน (รูปที่ 1.18) สําหรับหนาตัดประเภท 2 3 และ 4 การกระจายตัวของโมเมนตตลอดความยาวคาน
จะใชทฤษฎียืดหยุน โดยโมเมนตท่ีปลายท้งั สองขางและที่กลางคานมีขนาดเทากับ ql2 /12 และ ql2 / 24

23

ตามลําดับ สําหรับหนาตัดประเภท 1 การวิเคราะหจะเปนไปตามทฤษฎีพลาสติก กลาวคือหลังจากเกิด
โมเมนตพ ลาสติกท่ีปลายคานท้ัง 2 ขาง (ql2 /16) คานยังมีความม่ันคงจนกระทั่งเกิดโมเมนตพลาสติกท่ี
กง่ึ กลางคาน (ql2 /16) และสญู เสยี เสถียรภาพโดยการเกิดจดุ หมุนพลาสติก (Plastic hinge) ทง้ั 3 บรเิ วณ

q

l M= ql2/12
M= ql2/24 Moment
M=ql2/16 distribution for
beams under
“elastic” loading

M=ql2/16
Moment
distribution for
beams of class 1
at the plastic limit

รปู ที่ 1.18 การกระจายตวั ของโมเมนตแบบอิลาสตกิ และพลาสติก

สําหรับหนาตัดประเภท 4 ซ่ึงจะเกิดการโกงเดาะเฉพาะท่ีกอนที่หนาตัดจะเริ่มคราก การคํานวณ
โมเมนตท่ีสามารถรับไดจะตองพิจารณาเนื้อที่หนาตัดประสิทธิผล (Effective cross sectional area) และ
กาํ ลังครากของวัสดุ

ในกรณีท่ีมีแรงเฉือนเกิดขึ้นรวมดวยแลวมีคาไมเกิน 50% ของความตานทานแรงเฉือนของหนา
ตัด VpA,Rd (ในหัวขอ 1.2.3.4) ผลกระทบจากแรงเฉือนจะไมนํามาพิจารณา ดังน้ันสามารถคํานวณหา
ความตา นทานโมเมนตดัดรอบแกนหลัก ไดดังน้ี

24

M c,Rd = WpA ⋅ fy สาํ หรบั หนา ตดั ประเภท 1 หรือ 2 (1.12)
γM (1.13)
(1.14)
M c,Rd = WeA ⋅ fy สําหรับ หนา ตดั ประเภท 3
γM

M c,Rd = Weff ⋅ fy สาํ หรบั หนา ตดั ประเภท 4
γM

เมอื่ Mc,Rd = ความตา นทานโมเมนต

=WpA โมดูลสั หนา ตดั พลาสตกิ

WeA = โมดลู ัสหนาตดั อิลาสตกิ

=Weff โมดูลัสหนา ตดั ประสทิ ธิผล

ในกรณีทม่ี ีแรงเฉือนเกินกวา 50% จะตองพจิ ารณาแรงเฉือนรว มดว ย

1.2.3.4 แรงเฉือน (Shear)
หนวยแรงเฉือนยดื หยนุ (Elastic shear stress) สามารถคาํ นวณหาไดจากสมการ

τ = VSd ⋅ S ≤ fy (1.15)
2⋅I⋅t 3

yz

z zy y

y bz
รปู ท่ี 1.19 การกระจายตัวของหนว ยแรงเฉือนยืดหยุน

รูป 1.19 แสดงใหเห็นถึงการกระจายตัวของหนวยแรงเฉือนยืดหยุน (Elastic shear stress
distribution) ความสามารถในการตา นทานแรงเฉือน สามารถคํานวณหาใหงายขึ้นได โดยใชพ้ืนฐานของ
การคาํ นวณออกแบบ แบบพลาสติก ตาม Huber – Henchy – Von mises ดังนี้

VpA,Rd = Av ⋅ fy ⋅1 25
3 γM
(1.16)

โดย Av = A ⋅ b h h สําหรับ RHS
+

หรอื Av = 2h ⋅ t ถา แรงเฉือน V กระทาํ ในแนว h

หรอื Av = 2 ⋅A สําหรับ CHS
π

1.2.3.5 แรงบิด (Torsion)

เหล็กโครงสรางประเภททอโดยเฉพาะเหล็กโครงสรางประเภททอกลม หนาตัดจะมี

ประสิทธิภาพมากในการตานทานโมเมนตบิดเมื่อเปรียบเทียบเหล็กหนาตัดเปดทั่วไปท่ีมวลใกลเคียงกัน

เนื่องจากหนาตัดเหล็กมีความตอเน่ืองกันเปนวงแหวนรอบจุดศูนยกลางของหนาตัด ดังแสดงในตารางท่ี

1.8 จะพบวา คาคงท่ขี องการบดิ มคี า ประมาณ 200 เทา ของเหลก็ หนาตัดเปดท่วั ไป

ตารางที่ 1.8 ความตานทานการบดิ

Section Mass Torsion constant

(kg/m) It (104 mm4 )
UPN 200 25.3
11.9

INP 200 26.2 13.5

HEB 120 26.7 13.8

HEA 140 24.7 8.1

140x140x6 24.9 1475

168.3x6 24.0 2017

การคาํ นวณหาความตา นทานโมเมนตบดิ สามารถคาํ นวณไดดังน้ี

M t,Rd = Wt ⋅ fy (1.17)
3 (1.18)

โดย Wt = 2I t ≅ π (d - t)2 ⋅ t สําหรบั CHS
d-t 2

26

เมื่อ It ≈ π (d - t )3 ⋅ t (1.19)
4

และ Wt = It สําหรับ RHS (1.20)

t + 2 Am
AA

เมื่อ It = t3 ⋅AA + 4A 2 ⋅ t (1.21)
3 m

AA

A A = 2(hm + bm ) − 2rm (4 − π ) (1.22)

A m = b m ⋅ h m − rm2 (4 − π ) (1.23)

สําหรับเหล็กโครงสรา งประเภททอเหล่ยี มที่มผี นังบาง สมการ 1.20 สามารถประมาณคาไดดงั น้ี

Wt = 2h m ⋅ bm ⋅ t (1.24)

หมายเหตุ: พจนแรกของสมการ 1.21 โดยปรกติจะใชคํานวณในเหล็กหนาตัดเปดทั่วไป แตจากผลการ

ทดสอบพบวาสมการ 1.21 ซ่ึงรวมท้ังสองพจนส ามารถใหผ ลลพั ธที่ใกลเคียงกับผลการทดสอบ

1.2.3.6 แรงดนั ภายใน (Internal pressure)

เหล็กโครงสรางประเภททอกลมจะมีความเหมาะสมในการตานทานแรงดันภายในที่เกิดขึ้น (p)

ดงั รปู ที่ 1.20 โดยความตา นทานแรงดันภายในตอหนว ยความยาวสามารถคาํ นวณไดด งั น้ี

p = f y ⋅ 2t ⋅ 1 (1.25)
d-2t γM

สําหรับงานท่ีใชเหล็กประเภททอในการขนสงของเหลวหรือกาซ คา γM อาจจะตองพิจารณาใหมีคา
มากกวาปกติ ท้ังนี้เปนผลมาจากความอันตรายของสารหรือของเหลวที่ใชในการขนสงจะกระทบตอ

ส่งิ แวดลอมหากมกี ารรัว่ ไหลหรอื เกดิ อบุ ัติเหตุ สําหรับการคาํ นวณแรงดนั ภายในเหล็กโครงสรางประเภท

ทอสี่เหลีย่ มจะมคี วามซบั ซอนมากซ่ึงตอ งอางองิ จากผลการศึกษาอื่นๆ เพิม่ เตมิ

t

t·fy d-2t t·fy

รูปที่ 1.20 แรงดันภายใน

27

1.3 โครงสรา งที่ใชเหลก็ ประเภททอ

การประยุกตใ ชเ หล็กประเภททอในงานกอสรา งสามารถพบเหน็ ไดทั่วไป เนื่องจากความโดดเดน
ในดานรูปรางที่เพรียว โคง ไมเปนเหล่ียมมุม แสดงใหเห็นถึงคุณลักษณะท่ีออนชอยและนํ้าหนักเบา
สําหรับการประยกุ ตใ นงานอาคาร โดยสวนใหญจะเปน งานเสาหรือคานขนาดใหญท่ีเปนโครงถัก หรือใช
ในงานโครงหลังคาขนาดใหญ Space truss (รูปท่ี 1.21) ซึ่งจะเนนรูปแบบทางดานสถาปตยกรรม
นอกจากนน้ั แลว เหล็กประเภททอ ยังถกู ใชในงานโครงสรา งพ้ืนฐานตางๆ เชน งานสะพาน งานทํากําแพง
กน้ั นา้ํ งานกอ สรา งบริเวณชายฝงทะเลเปนตน (รูปที่ 1.22 และ 1.23) คุณสมบัติอ่ืนท่ีโดดเดนไดแก การท่ี
มีหนา ตัดกลมสามารถลดแรงตานทานลมและคลืน่ นํ้าไดดี ทําใหไดเปรียบในดานการออกแบบและการที่
หนาตัดปดสนิทไมมีจุดอับหรือซอกสามารถปองกันการเกิดสนิมและเพ่ิมความทนทานตอสภาพ
ภมู ิอากาศไดดี

รปู ท่ี 1.21 โครงหลังคาขนาดใหญ รปู ที่ 1.22โครงสรา งชายฝง ทะเล
(ท่มี า: http://ktsadium.wordpress.com/) ทีม่ า: http://ocmarine .com/)

รูปท่ี 1.23โครงสรางกําแพงกั้นน้ํา
(ทมี่ า: Wardenier, J. (2001))

28

แบบฝกหัดทายบทท่ี 1

1.จงบอกขอดีของเหล็กโครงสรา งประเภททอ เปรยี บเทียบกับเหลก็ โครงสรา งทั่วไปอยางไร
2.ในเหล็กโครงสรางประเภททอที่มีผนังบางสามารถเกิดพฤติกรรมอะไรบางและมีแนวทางปองกัน

อยา งไร
3. เหตใุ ดจึงตอ งระบุอัตราสวนขั้นตํ่า fu /fy ของวัสดุเหล็กทใี่ ชผ ลิตเหล็กโครงสรา งประเภททอ
4. เหตุใดรูปรางหนาตัดของเหล็กโครงสรางประเภททอจึงไมมีขอไดเปรียบในเร่ืองของกําลังตานทาน

แรงดึงแตมขี อไดเปรียบอยา งมากในดานกาํ ลงั ตานทานแรงอดั

บทท่ี 2
พฤตกิ รรมทว่ั ไปของจุดตอ โครงสรา งเหลก็ ประเภททอ

2.1 โครงถักทท่ี ํามาจากเหล็กโครงสรา งประเภททอ

โครงถักที่ทํามาจากเหล็กโครงสรางประเภททอสามารถพบเห็นไดบอยคร้ังในงานโครงสราง
ตางๆ เชน โครงสรางหลังคา โครงสรางขนาดใหญท่ีมีชวงกวาง โครงสรางในโรงงานเปนตน ดังรูปท่ี
2.1 สําหรบั ชนิ้ สว นองคอ าคารในโครงถักสามารถแบงไดเปน 2 ประเภทใหญ ๆ คือ องคอาคารหลักหรือ
ทอแกนหลัก (Chord member) และองคอาคารรองหรือทอแกนรอง (Brace member หรือ Diagonal
member) องคอาคารหลักจะมีขนาดหนาตัดท่ีใหญกวาและรับแรงไดมากกวาซึ่งจะอยูในแนวราบ
ประกอบไปดวย ทอแกนหลักดานบน (Upper chord) ซ่ึงรับแรงอัด และทอแกนหลักดานลาง (Lower
chord) ซึ่งรับแรงดึง สวนองคอาคารรองจะอยูระหวางองคอาคารหลักดานบนและดานลางซ่ึงจะรับท้ัง
แรงอดั และแรงดงึ ขึ้นอยูกบั ตําแหนง ของการเชอื่ มตอ

a. Waren truss c. Vierendeel truss

b. Pratt truss d. truss with cross braces

รปู ที่ 2.1 โครงถกั ในแตละแบบ

ในการออกแบบโครงถักท่ีใชเหล็กโครงสรางประเภททอในการกอสรางนั้น ผูออกแบบจะตอง
พยายามออกแบบใหโ ครงถักนัน้ มีจุดตอนอ ยที่สุดเทา ท่ีจะเปน ไปได จดุ ตอท่ีพบบอยสําหรับโครงถักท่ีใช
เหล็กโครงสรางประเภททอในงานกอสรางไดแก จุดตอแบบ T Y X K N และ KT เปนตน ดังรูปท่ี 2.2
และ 2.3

30 จุดตอรปู ตวั Y
จดุ ตอรปู ตวั K
จดุ ตอรูปตวั T

จดุ ตอรูปตัว X

จุดตอรปู ตวั N จดุ ตอรปู ตัว KT

รปู ท่ี 2.2 พารามเิ ตอรข องจุดตอประเภททอ กลม

31

จุดตอรปู ตัว T จุดตอรปู ตวั Y

จดุ ตอรปู ตวั X จุดตอรูปตวั K

จุดตอรูปตวั N จดุ ตอรูปตวั KT

รปู ที่ 2.3 พารามิเตอรข องจดุ ตอประเภททอ เหล่ยี ม

32

โดยท่ัวไปสิ่งท่ีผูออกแบบจะตองพิจารณาเปนอันดับแรกก็คือพฤติกรรมขององคอาคารชิ้นสวน
ตางๆ ในโครงถัก ซ่ึงจะพิจารณาถึงแรงท่ีกระทําในองคอาคารควบคูกับการออกแบบใหองคอาคาร
สามารถรบั แรงกระทาํ น้นั ๆได ในข้ันตอนถัดไปจะพิจารณาถึงความสามารถในการรับแรงของจุดตอ การ
พิจารณาออกแบบจุดตอนั้นจะยังไมไดลงถึงการออกแบบรายละเอียดของจุดตอ (Detail design) เพียงแต
จะพิจารณาพารามเิ ตอรตา งๆ ของจุดตอ ใหสามารถรับแรงตามทกี่ ําหนดได

พารามิเตอรของจุดตอที่สําคัญดังแสดงในรูปที่ 2.2 และ 2.3 ไดแก ขนาดของทอ (d, b, h) ความ
หนาของทอ (t) มุมเช่ือมตอระหวางทอแกนหลักและทอแกนรอง (θ ) ระยะชองวางระหวางทอแกนรอง
(g) พารามิเตอรตางๆ ของจุดตอจะตองพิจารณาใหมีความสัมพันธกัน กลาวคือ ตัวแปรเหลาน้ีจะตองมี
ความสมดุลกัน ในดานความแข็งแรงทางสถิตยศาสตร ความมีเสถียรภาพ ความประหยัดในการกอสราง
และการบํารุงรักษา ซึ่งในบางคร้ังตัวแปรท่ีกลาวมาขางตนอาจมีความขัดแยงกัน ผูออกแบบจึงตองเลือก
ใหมีความเหมาะสมทีส่ ดุ ท้ังทางดา นความคุมคา ความปลอดภัยและตรงตามวัตถุประสงคของการใชงาน
ในมาตรฐาน CIDECT และ Eurocode 3 ไดใหค าํ แนะนําในการออกแบบเบ้ืองตนไวดงั น้ี

1. สาํ หรบั การออกแบบโครงสรา งแบบโครงถกั (Lattice structure) ผอู อกแบบสามารถ
สมมติใหจุดตอเปนแบบจุดหมุน (Pin joint) โดยไมตองคํานึงถึงคาโมเมนตดัดอันดับสอง (Secondary
bending moment) ท่ีเกิดข้ึนจาก Stiffness ของจุดตอ ถึงแมวาจุดตอน้ันๆ มีความสามารถในการตานทาน
การหมุนเพียงพอตามทฤษฎีทางสถิตยศาสตร แตในทางปฏิบัติในงานกอสรางโครงถักจริงน้ัน อาจเกิด
การเย้ืองศูนยขององคอาคาร ที่จะทําใหจุดตอของโครงสรางไมเปนไปตามสมมุติฐานของจุดตอท่ีเปน
แบบจดุ หมุน

ดังนั้น Eurocode 3 จงึ กาํ หนดขอบเขตของจุดตัดของทอแกนรองซึ่งสามารถเย้ืองศูนยโดยวัดจาก
แนวแกนของทอแกนหลักดังรูปท่ี 2.4 ถาจุดตอมีการเย้ืองศูนยอยูภายใตขอกําหนดคือ –0.55 ≤ e/d0 ≤
0.25 หรือ –0.55 ≤ e/h0 ≤ 0.25 และเกิดแรงดึงภายในทอแกนหลัก โมเมนตที่เกิดขึ้นในจุดตอไม
จําเปนตองนํามาพิจารณา ในกรณีที่เกิดแรงอัดภายในทอแกนหลักอาจทําใหเกิดโมเมนตกระทําบนทอ
แกนหลักซ่ึงมีผลตอกําลังของจุดตอ ฉะนั้นจําเปนตองทําการตรวจสอบระยะเยื้องศูนยเพ่ือคํานวณหา
โมเมนตท เ่ี กดิ ข้ึน