ภาพที่ 7.1 แผนภาพแสดงความสัมพนัธ์ระหวา่งหน่วยแรงและความเครียด ที่มา (ทนงศกัด์ิแสงวฒันะชยั, 2539, หน้า 147) 1. ขีดจา กดัสัดส่วน (Proportional Limit) ค่าหน่วยแรงสูงสุดซ่ึงหน่วยแรงและ ความเครียดเป็นสัดส่วนกนัเรียกว่า ขีดจา กัดสัดส่วน ตามแผนภาพที่ 7.1 ขีดจา กัด สัดส่วนคือตา แหน่งของหน่วยแรงซ่ึงอยู่บนสุดของส่วนที่เป็ นเส้นตรงของภาพ จาก จุดเริ่มตน้ของภาพจนถึงจุดน้ีมีความสัมพนัธ์เป็นไปตามกฎของฮุก (Hooke’s Law) ซึ่ง หน่วยแรงและความเครียดเป็นสัดส่วนกนั โดยตรง ขีดจา กดัสัดส่วนน้ีเป็นตา แหน่งสุดทา้ย ของช่วงยืดหยุ่น (Elastic Range) ของวสัดุจากจุดเริ่มตน้จนถึงจุดน้ีวสัดุจะไม่เกิดการ เปลี่ยนรูปอยา่งถาวรและสามารถกลบัรูปเดิมไดเ้มื่อนา น้า หนกัออก 2. โมดูลสัของความยืดหยุ่น (Modulus of Elasticity) หรือโมดูลัสของยัง (Young’s Modulus) อตัราส่วนของหน่วยแรงและความเครียดหรือความลาดของ เส้นกราฟหน่วยแรง-ความเครียดที่อยู่ในช่วงยืดหยุ่น เรียกว่า โมดูลสัของความยืดหยุ่น หรือโมดูลัสของยัง คุณสมบตัิขอ้น้ีแสดงถึงความแข็ง (Stiffness) ของวัสดุ และส าหรับ เหล็กจะมีค่าสูงกวา่วสัดุก่อสร้างอื่นๆบางชนิด ซ่ึงเป็นคุณสมบตัิที่ดีของเหล็กโดยทวั่ๆไป
ค่าโมดูลัสของความยืดหยุ่นของเหล็กโครงสร้างค่อนข้างคงที่ โดยจะมีค่าอยู่ระหว่าง 2 106 ถึง 2.1 106 kg/cm 2 3. กา ลงัคลาก (Yield Strength) กา ลงัจุดคลาก คือ หน่วยแรงแรกที่วสัดุกา ลงั จะเกิดความเครียดอยา่งถาวร ตามแผนภาพหน่วยแรง-ความเครียดในภาพที่ 7.1 แสดง ตา แหน่งของกา ลงัจุดคลากได ้โดยใช้ค่าหน่วยแรงที่จุดตดัของเส้นที่ลากขนานกบัส่วนที่ เป็ นเส้นตรงของแผนภาพหน่วยแรง-ความเครียด เส้นขนานน้ีลากจากจุดถดัออก (Offset) จากจุดเริ่มตน้ของภาพ ระยะถดัออกน้ีปกติจะมีค่า 0.1 หรือ 0.2 % (0.001 หรือ 0.002 cm/cm) ส าหรับวสัดุก่อสร้างตามรายการมาตรฐาน ASTM (American Standard of Testing Materials) วสัดุบางชนิดสามารถแสดงกา ลงัจุดคลากได้ดว้ยจุดคลาก (Yield Point) จุดคลากน้ีคือหน่วยแรงแรกในวสัดุซ่ึงเกิดข้ึนในขณะที่ความเครียดเพิ่มข้ึน แต่ หน่วยแรงไม่เพิ่มข้ึน ภาพที่ 7.2 แสดงแผนภาพหน่วยแรง-ความเครี ยดของเหล็ก โครงสร้าง อลูมิเนียม และไม้ ซ่ึงจะสังเกตเห็นไดว้่ามีเฉพาะเหล็กโครงสร้างเท่าน้ันที่ แสดงกา ลงัจุดคลากไดด้ว้ยจุดคลาก และส าหรับอลูมิเนียมและไม้จ าเป็ นต้องใช้ระยะถัด ออก ภาพที่ 7.2 แผนภาพหน่วยแรง-ความเครียดของวัสดุก่อสร้าง ที่มา (ทนงศกัด์ิแสงวฒันะชยั, 2539, หน้า 147) 4. กา ลงัประลยั (Ultimate Strength) คือ หน่วยแรงที่เกิดข้ึนได้สูงสุดใน แผนภาพหน่วยแรง-ความเครียด ค่าน้ีเป็นหน่วยแรงสูงสุด (เทียบตามเน้ือที่หน้าตัด เริ่มตน้ ) ที่วสัดุจะสามารถตา้นไวไ้ดก้่อนพังทลาย
5. ความอ่อน (Ductility) คือ คุณสมบตัิของวสัดุที่จะสามารถอยูใ่นช่วงพลาสติก ไปได้มากโดยไม่พังทลาย คุณสมบัติข้อน้ีท าให้เหล็กโครงสร้างไม่พังทลายอย่าง ทันทีทันใด ความอ่อนโดยทวั่ๆไปแสดงอยู่ในรูปเปอร์เซ็นต์ของเน้ือที่หน้าตดัที่ลดลง และ/หรือส่วนยืดตัวในการทดสอบแรงดึงมาตรฐาน ภาพที่ 7.3 แผนภาพหน่วยแรง-ความเครียด ที่มา (ทนงศกัด์ิแสงวฒันะชยั, 2539, หน้า 149)
จากภาพที่ 7.3 (ก) แสดงแผนภาพหน่วยแรง-ความเครียดของเหล็กโครงสร้าง ความเครียดที่เกิดข้ึนจากจุดเริ่มตน้ถึงจุดคลาก เรียกวา่ “ความเครียดยืดหยุน่ ” (Elastic Strain) และความเครียดถดัจากน้ีไป เรียกวา่ “ความเครียดพลาสติก” (Plastic Strain) จาก ภาพที่ 7.3 (ก) เราจะพบวา่ช่วงความเครียดยืดหยุน่ส้ันกวา่ช่วงความเครียดพลาสติกมาก และปกติจะมีขนาดประมาณ 1/10 ถึง 1/50 เท่าของความเครียดพลาสติกคิดถึงจุด พังทลาย เพื่อจุดประสงค์ในการออกแบบแผนภาพหน่วยแรง-ความเครี ยดของเหล็ก โครงสร้าง นิยมแทนด้วยแผนภาพหน่วยแรง-ความเครียดอุดมคติ ดังแสดงในภาพที่ 7.3 (ข) แผนภาพอุดมคติน้ีแสดงขนาดของส่วนจริงของแผนภาพหน่วยแรง-ความเครียดช่วง ยดืหยนุ่ ในภาพ 7.3 (ก) และช่วงของความเครียดพลาสติก 7.2 การจ าแนกประเภทของเหล็กโครงสร้าง เหล็กที่ใช้ส าหรับงานโครงสร้าง สามารถจ าแนกออกได้เป็ น 3 ประเภทดงัน้ี (สมเกียรติรุ่งทองใบสุรีย. 2546 : 3) ์ 1. เหล็กกล้าคาร์บอน (Carbon Steel) เป็นเหล็กที่ใชส้ าหรับโครงสร้างทวั่ ไป มี กา ลงจุดคลากประมาณ ั 1,700 กก./ตร.ซม. ถึง 2,900 กก./ตร.ซม. ตามมาตรฐาน ASTM ไดแ้ก่ เหล็ก A36, A501, A529 2. เหล็กกลา้ประสมบางกา ลงัสูง (High-strength low alloy steel) คือเหล็กกล้า คาร์บอนที่ผสมโลหะอื่น เช่น โครเมียม วานาเดียม แมงกานีส และโคลมั เบียน เป็ นต้น เพิ่มเขา้ไป (ไม่เกิน 5 %) เพื่อให้มีคุณสมบตัิดา้นกา ลงัความเหนียว และการทนทานต่อ การผุกร่อนเพิ่มข้ึน เหล็กชนิดน้ีมีกา ลงัจุดคลากประมาณ 2,800 กก./ตร.ซม. ถึง 4,600 กก./ตร.ซม. ตามมาตรฐาน ASTM ไดแ้ก่เหล็ก A242, A440, A441, A572, A588 3. เหล็กกล้าประสมบางชุบแข็ง (Heat-treated constructional alloy steel) เป็ น เหล็กกลา้ประสมบางที่ไดจ้ากการชุบแข็ง มีกา ลงัจุดคลากประมาณ 6,300 กก./ตร.ซม. ถึง 7,000 กก./ตร.ซม. ตามมาตรฐาน ASTM ไดแ้ก่เหล็ก A514, A517 ท้งัน้ีในตารางที่ 7.1 ไดแ้ สดงขอ้มูลคุณสมบตัิต่างๆของเหล็กท้งั 3 ประเภท โดยแสดงไวเ้ป็นตวัอย่างส าหรับเหล็กบางชนิดที่ส าคญัๆ เพื่อไวเ้ป็นแนวทางส าหรับ การนา ไปใช้ออกแบบ โดยมีค่าที่ส าคญัๆ เช่น ค่ากา ลงัจุดคลาก และค่ากา ลงัดึงประลยั เป็ นต้น
ตารางที่ 7.1 คุณสมบัติทางกลของเหล็กโครงสร้าง ประเภทและชนิดเหล็ก กา ลงัจุดคลาก กก./ซม.2 กา ลงัดึง ประลัย กก./ซม.2 การยืด ตัว % ความ หนา นิ้ว เหล็กกล้าคาร์บอน : A36 A529 เหล็กกลา้ประสมบางกา ลงัสูง : A441 A572 A242 (ทนการผกุร่อน) A588 (ทนการผกุร่อน) เหล็กกล้าประสมบางชุบแข็ง : A514 (ทนการผกุร่อนสูง) 2,500 2,900 2,900 3,150 3,450 2,900 3,450 4,150 4,500 2,900 3,150 3,450 2,900 3,150 3,450 6,200 6,900 4,000-5,000 4,150-5,850 4,350 4,600 4,800 4,150 4,500 5,200 5,500 4,350 4,600 4,800 4,350 4,600 4,800 6,900-8,950 7,600-8,950 20* 19* 16* 19* 18* 20* 18* 16* 15* 16* 19* 18* 19-21** 19-21** 19-21** 17** 18** 8 0.5 1.5-4 0.75-1.5 0.75 6 2 1.25 1.25 1.5-4 0.75-1.5 0.75 5-8 4-5 4 2.5-6 2.5 * ความยาวพิกดั 20 ซม. ** ความยาวพิกดั 5 ซม. ที่มา (วนิิต ช่อวเิชียร, 2539, หน้า 6)
7.3 การออกแบบโครงสร้างเหล็ก 7.3.1 มาตรฐานการออกแบบโครงสร้างเหล็ก ในการออกแบบโครงสร้างเหล็ก ผูท้า การออกแบบจะตอ้งทา การออกแบบส่วน ของโครงสร้างน้นั ให้เป็นไปตามมาตรฐานหรือขอ้กา หนดต่างๆ ส าหรับมาตรฐานที่ใชใ้น การออกแบบโครงสร้างเหล็ก ไดแ้ก่ 1. มาตรฐานสมาคมวิศวกรรมสถานแห่งประเทศไทย ในพระบรม ราชูปถัมภ์ (ว.ส.ท.) 2. มาตรฐานผลิตภัณฑ์อุตสาหกรรมประเทศไทย (มอก.) 3. มาตรฐานสถาบันเหล็กอเมริกา (AISC = American Institute of Steel Constuction) 4. มาตรฐานผลิตภัณฑ์อุตสาหกรรมญี่ปุ่ น (JIS = Japanese Industrial Standard) 5. มาตรฐานทางหลวงอเมริกน ั (AASHO = American Association of State Highway Officials) 6. มาตรฐานวิศวกรรมรถไฟอเมริกน ั (AREA = American Railway Engineering Association) การออกแบบโครงสร้างเหล็กโดยทวั่ ไปจะใชม้าตรฐาน AISC ส าหรับประเทศ ไทยจะใชต้ามมาตรฐานของ ว.ส.ท. ซ่ึงขอ้กา หนดโดยส่วนใหญ่จะคลา้ยกบัมาตรฐานของ AISC ส่วนเหล็กโครงสร้างที่ใช้กนั มากที่สุดเป็ นเหล็กกล้าคาร์บอนชนิด ASTM A7 และ ASTM A36 ค่าโมดูลสัยืดหยุน่ (Elastic Modulus) ในส่วนของเหล็กที่ใช้กนัจะอยู่ ระหวา่ง 2 106 kg/cm2 ถึง 2.04 106 kg/cm2 ส าหรับในประเทศไทยมาตรฐาน ผลิตภัณฑ์อุตสาหกรรม (มอก.) ไดก้า หนดเหล็กโครงสร้างรูปพรรณไว้2 ช้นคุณภาพ ั คือ Fe 24 มีกา ลงัจุดคลากเท่ากบั2,400 kg/cm2 และ Fe 30 มีกา ลงัจุดคลากเท่ากบั 3,000 kg/cm2 ส่วนค่าโมดูลสัยืดหยุน่ของเหล็กที่นา ไปใชอ้อกแบบ วิศวกรรมสถานแห่ง ประเทศไทย ในพระบรมราชูปถัมป์ (2541 : 9) กา หนดใหใ้ชเ้ท่ากบั 2.1 106 kg/cm2 7.3.2 ทฤษฎีที่ใช้ในการออกแบบโครงสร้างเหล็ก ทฤษฎีในการออกแบบโครงสร้างเหล็กตามมาตรฐานของ AISC มีอยูด่ว้ยกนั 2 วิธีคือ ทฤษฎีการออกแบบดว้ยวิธีหน่วยแรงที่ยอมให้(Allowable Stress Design :
ASD) และทฤษฎีการออกแบบด้วยวิธีตัวคูณความตา้นทานและน้า หนกับรรทุก (Load and Resistance Factor Design : LRFD) แต่การออกแบบโครงสร้างเหล็กที่จะกล่าวใน เล่มน้ีจะใช้เฉพาะทฤษฎีหน่วยแรงที่ยอมให้เท่าน้นัส าหรับการออกแบบท้งั 2 วิธีน้ีมี รายละเอียดดงัน้ี(กวี หวังนิเวศน์กุล. 2553 : 18-19) 1. ทฤษฎีการออกแบบดว้ยวธิีหน่วยแรงที่ยอมให้ เป็นการออกแบบโดยใช้หน่วยแรงหรือความเคน้ที่เกิดข้ึนและใช้หน่วย แรงยืดหดตัวหรือความเครียด ในช่วงที่ความเค้นกับความเครียดเป็นปฏิภาคกัน (Proportional Limit) ซ่ึงก็คือช่วงที่เอาค่าความเคน้กบัความเครียดไปพล็อตกราฟแลว้เป็น เส้นตรง การออกแบบโครงสร้างจะถือวา่หน่วยแรงที่เกิดข้ึน (Working Stress) จะเกิน จากค่าหน่วยแรงที่ยอมให้(Allowable Stress) ไม่ได้ 2. ทฤษฎีการออกแบบด้วยวิธีตัวคูณความต้านทานและน้า หนกับรรทุก ตามมาตรฐานการออกแบบอาคารเหล็กรูปพรรณ ว.ส.ท. 1020-46 เป็ น วิธีการออกแบบดว้ยการจา แนกตวัคูณส าหรับน้า หนกับรรทุกระบุแต่ละประเภท และใช้ กลุ่มสภาวะวิกฤติของกลุ่มน้า หนกับรรทุก ซ่ึงการคา นวณดว้ยวิธีน้ีมีความละเอียดถูกตอ้ง มากข้ึนในการกา หนดความตา้นทานของโครงสร้าง จะทา ให้ไดโ้ครงสร้างที่ประหยดักวา่ วิธีหน่วยแรงที่ยอมให้และท้งัน้ีวินิต ช่อวิเชียร (2539 : 10) ไดก้ล่าววา่การออกแบบ โดยวิธี LRFD จะคลา้ยกบัวิธีการออกแบบโครงสร้างอาคารคอนกรีตเสริมเหล็กดว้ย ทฤษฎีกา ลงัประลยั (Ultimate Strength Design : USD) ซ่ึงต่อมาเรียกว่าวิธีกา ลงั (Strength Design) 7.3.3 หน่วยแรงที่ยอมให้ ในการคา นวณส่วนต่างๆของอาคารที่ประกอบด้วยเหล็กโครงสร้างรูปพรรณ กฎกระทรวง ฉบับที่ 6 (พ.ศ. 2527) ออกความตามพระราชบัญญัติควบคุมอาคาร พ.ศ. 2522 กา หนดใหใ้ชค้่าหน่วยแรงเหล็กดงัน้ี(วีระเดช พะเยาศิริพงศ์. 2540 : 43) 1. ในกรณีที่ไม่มีผลการทดสอบกา ลงัส าหรับเหล็กหนาไม่เกิน 40 มม. ใหใ้ชก้า ลงัคลากไม่เกิน 2,400 กก./ตร.ซม. สา หรับเหล็กซ่ึงหนาเกิน 40 มม. ให้ใชก้า ลงั คลากไม่เกิน 2,200 กก./ตร.ซม. 2. หน่วยแรงดึง แรงอดัแรงดดั ให้ใช้ไม่เกินร้อยละ 60 ของกา ลงั คลากตามข้อ 1. 3. หน่วยแรงเฉือน ใหใ้ชไ้ม่เกินร้อยละ 40 ของกา ลงัคลากตามขอ้ 1.
7.4 เหล็กโครงสร้างรูปพรรณ เหล็กโครงสร้างรูปพรรณ (Structural Steel Shapes) เป็นเหล็กที่ผลิตข้ึน โดยมี ขนาดและน้า หนกัตามที่มาตรฐานกา หนดไว้มีขนาดความยาวมาตรฐานท่อนละ 6 เมตร การใชง้านถูกนา มาใช้เป็นส่วนของโครงสร้างต่างๆ ดงัแสดงในภาพที่ 7.4 ซึ่งมีหน้าตัด เป็นแบบต่างๆ เช่น เหล็กหนา้ตดัแบบปีกกวา้ง (Wide Flange) เหล็กหน้าตัดรูปตัวไอ (I-Beam) เหล็กหน้าตัดรูปตัวที (Structural Tee) เหล็กรางน้า (Channel) เหล็กฉาก (Angle) เหล็กแผน่ (Plate) เหล็กท่อนหรือเหล็กเส้น (Bar) เหล็กท่อ (Pipe) และเหล็ก กลวง (Tubing) เป็ นต้น ดังแสดงในภาพที่ 7.5 (ก) อาคารโรงผลิตไฟฟ้า (ข) ถงัไซโลเก็บเช้ือเพลิง (ค) สะพานรถไฟ ภาพที่ 7.4 การน าเหล็กโครงสร้างรูปพรรณไปใชใ้นงานก่อสร้าง ที่มา (บริษทัคอนเทค็ดีเวลล็อปเมนทจ์า กดั, ม.ป.ป.) และ (ExtendeD, 2550)
เหล็กโครงสร้างรูปพรรณสามารถจ าแนกออกเป็ น 2 ประเภทตามกรรมวิธีการ ผลิต คือ เหล็กโครงสร้างรูปพรรณรีดร้อน (Hot Rolled) และเหล็กโครงสร้างรูปพรรณ รีดเย็น (Cold Rolled) ซ่ึงเหล็กท้งัสองประเภทมีขอ้แตกต่างกนักล่าวคือ เหล็กโครงสร้าง รูปพรรณรีดร้อนจะผลิตโดยน าเหล็กไปหลอมแล้วเข้าเครื่องรีด เพื่อรีดเหล็กออกมาให้มี รูปร่างหน้าตดัตามที่ตอ้งการ ส่วนใหญ่เหล็กประเภทน้ีเหมาะส าหรับทา ส่วนโครงสร้าง หลกัของอาคาร เช่น เสา และคาน เป็นตน้ ส่วนเหล็กโครงสร้างรูปพรรณรีดเย็นจะมี น้า หนักเบาและบางกว่าเหล็กรูปพรรณรีดร้อน วิธีการผลิตโดยการน าเหล็กแผ่นไปพับ เพื่อใหม้ีรูปร่างหนา้ตดัตามที่ตอ้งการ โดยไม่มีการใชค้วามร้อนหรืออาจใชว้ิธีการเชื่อมต่อ ที่เหมาะสม ส่วนใหญ่เหล็กประเภทน้ีเหมาะในการนา มาทา โครงสร้างที่ไม่รับน้า หนัก มากนกัเช่น โครงหลงัคา แป และค้า ยนัต่างๆ เป็นตน้ ภาพที่ 7.5 ตวัอยา่งเหล็กรูปพรรณหนา้ตดัต่างๆ ที่มา (มนัส อนุศิริ, 2542, หน้า 93)
7.5 การระบุขนาดและชนิดของเหลก็โครงสร้างรูปพรรณ การระบุขนาดและชนิดของเหล็กโครงสร้างรู ปพรรณที่จะใช้ในการค านวณ ออกแบบ หรือที่จะใช้ในการให้รายละเอียดในแบบก่อสร้าง เพื่อให้มีความเป็น มาตรฐานสากล ทนงศกัด์ิแสงวฒันะชัย (2539 : 152-156) ได้ให้รายละเอียดและ หลกัเกณฑไ์วด้งัน้ี 1. เหล็กรูป H หรือเรียกวา่ “หน้าตัดแบบปี กกว้าง” (Wide Flange Section) เป็ นผลิตภัณฑ์เหล็กโครงสร้างรูปพรรณซึ่งผลิตด้วยวิธีการผลิตร้อน ปกติจะน ามาใช้ท า เป็ นคานและเสา ลกัษณะของหนา้ตดัประกอบดว้ยชิ้นส่วนระดบั2 ชิ้นขนานกนัเรียกวา่ “แผน่ ปีก” (Flange) และชิ้นส่วนต้งัดิ่งแทรกกลางแผน่ ปีก เรียกวา่ “แผน่เอว” (Web) โดยทวั่ๆไปผิวดา้นในกบัดา้นนอกของแผ่นปีกจะขนานกนัแต่ก็มีบา้งเหมือนกนัที่ทา ให้ ผิวด้านในมีความลาด โดยมีความลาดสูงสุดประมาณ 5 % ในการแสดงลักษณะและ ขนาดของหน้าตดัของผลิตภณัฑ์เหล็กโครงสร้างแบบน้ีจะทา ได้โดยการระบุเป็นลา ดบั ดงัน้ี คือ สัญลักษณ์ H, W หรือ WF ความลึกระบุของหน้าตัด (Nominal Depth) และ น้า หนกัเป็นกิโลกรัมต่อความยาว 1 เมตร ตัวอย่าง : H 320 96.7 หมายถึง เหล็กรูป H มีความลึกของหน้าตัดซึ่ง วดัระหวา่งขอบนอกสุดของแผน่ ปีกแต่ละดา้น 320 mm และมีน้า หนกั96.7 kg/m 2. เหล็กรูป I หรือเรียกวา่ “คานหน้าตัด I มาตรฐาน” (Standard I - Beam) เป็ นผลิตภัณฑ์เหล็กโครงสร้างรูปพรรณซึ่ งผลิตด้วยวิธีการผลิตร้อน ผลิตภัณฑ์เหล็ก โครงสร้างแบบน้ีมกัจะไม่ค่อยพบบ่อยนกัในการใชง้าน นอกจากการนา มาทา เป็นคานที่มี น้า หนกัเขม้ขน้มากๆกระทา ที่แผน่ ปีก เช่น การทา เป็นรางรองรับเครนยกน้า หนกั เป็ นต้น ลกัษณะของหนา้ตดัคลา้ยกบัเหล็กรูป H แต่ผวิดา้นในของแผน่ ปีกมีความลาดมากกวา่ คือ มีความลาดประมาณ 7 % ในการแสดงลักษณะและขนาดของหน้าตัด จะท าได้ด้วยวิธีการ เดียวกนักบัเหล็กรูป H แต่เปลี่ยนสัญลักษณ์เป็ น I แทน 3. เหล็กรูปรางน้า เป็นผลิตภณัฑ์เหล็กโครงสร้างรูปพรรณที่ผลิตได้ท้งัวิธีการ ผลิตร้อนและวิธีการผลิตเย็น แต่ความหนาของแผ่นปีกของหน้าตดัที่ไดจ้ากวิธีการผลิต
ร้อนจะหนากวา่แผน่เอว ในขณะที่หนา้ตดัแบบที่ไดจ้ากวิธีการผลิตเยน็มีความหนาเท่ากนั นอกจากน้ีมุมที่ขอบนอกระหว่างแผน่ ปีกและแผน่เอวของหนา้ตดัที่ไดจ้ากวิธีการผลิตเยน็ จะมีลักษณะมนโค้ง ไม่เป็นมุมฉากเหมือนกับของหน้าตัดที่ได้จากวิธีผลิตร้อน โดยทวั่ๆไปผลิตภณัฑ์เหล็กโครงสร้างแบบน้ีถูกนา มาใช้ทา เป็นค้า ยนัองคอ์าคารส าหรับ การยดึร้ัง หรือน ามาประกอบเป็นองคอ์าคารหนา้ตดัประกอบ แต่ก็มีเหมือนกนัที่นา มาใช้ เป็ นองค์อาคารหน้าตัดเดี่ยว เมื่อต้องการขอบด้านหนึ่ งเรียบ (แผ่นเอว) ในการแสดง ลกัษณะและขนาดของหน้าตดัจะสามารถทา ไดด้ว้ยวิธีการเหมือนกบัเหล็กรูป H แต่ เปลี่ยนสัญลักษณ์เป็ น [ แทน 4. เหล็กฉาก เป็ นผลิตภัณฑ์เหล็กโครงสร้างรูปพรรณซ่ึงผลิตไดท้ ้งัวิธีการผลิต ร้อนและวิธีการผลิตเย็น ลักษณะของหน้าตัดประกอบด้วยชิ้นส่วน 2 ชิ้นต้ังฉากกัน ชิ้นส่วนแต่ละชิ้นถูกเรียกวา่ “ขา” (Leg) ผลิตภณัฑ์แบบน้ีจะมีท้งัแบบขายาวเท่ากนั (Equal Leg) และขายาวไม่เท่ากนั (Unequal Leg) ยกเว้นเหล็กฉากที่ได้จากวิธีการผลิต เยน็จะมีเฉพาะแบบขายาวไม่เท่ากนันอกจากน้ีเรายงัอาจสังเกตขอ้แตกต่างของเหล็กฉากที่ ไดจ้ากการผลิตร้อนและผลิตเยน็ ไดจ้ากมุมที่ขอบนอกสุดระหวา่งขาของหนา้ตดักล่าวคือ เหล็กฉากที่ไดจ้ากวธิีการผลิตร้อน มุมที่ขอบจะเป็นมุมฉาก แต่เหล็กฉากที่ได้จากการผลิต เยน็จะมีลกัษณะเป็นมนโคง้ผลิตภณัฑ์เหล็กโครงสร้างแบบน้ีปกติจะถูกนา มาใชท้า เป็น ชิ้นส่วนต่างๆของโครงขอ้หมุน ค้า ยนั องค์อาคารส าหรับยึดร้ัง แป หรือน ามาประกอบ เป็ นองค์อาคารหน้าตัดประกอบ ในการแสดงลักษณะและขนาดของหน้าตัด จะท าได้โดย การระบุเป็นลา ดบัดงัน้ีคือ สัญลกัษณ์ L, ความยาวของขาดา้นยาว, ความยาวขาดา้นส้ัน และความหนา ตัวอย่าง : L 100 50 6 mm หมายถึง เหล็กฉากขายาวไม่เท่ากนัความยาว ขาด้านยาว 100 mm ความยาวขาด้านส้ัน 50 mm และหนา 6 mm 5. เหล็กรูป C เป็ นผลิตภัณฑ์เหล็กโครงสร้างรูปพรรณที่ผลิตได้ด้วยวิธีการ ผลิตเยน็ ปกติจะนา มาใชท้า เป็นชิ้นส่วนของโครงหลงัคาขอ้หมุน แป หรือองค์อาคารรับ แรงดดัอื่นๆที่มีขนาดของแรงดดัไม่สูง ในการแสดงลกัษณะและขนาดของหนา้ตดัจะทา
ได้โดยวิธีการระบุเป็นลา ดบัดงัน้ีคือ สัญลกัษณ์C, ความลึก, ความกวา้ง, ความยาวส่วน พับ และความหนา ตัวอย่าง : C 125 50 20 2.3 mm หมายถึง เหล็กรูป C มีความลึกของหน้าตัด 125 mm ความกว้างของหน้าตัด 50 mm ความยาวส่วนพบั 20 mm และหนา 2.3 mm 6. เหล็กแผน่ เป็ นผลิตภัณฑ์เหล็กโครงสร้างที่ผลิตได้ด้วยวิธีการผลิตร้อน โดย รีดเป็นแผ่นบาง มีความกวา้งมากกว่า 15 cm และปกติจะทา เป็นแผ่นมาตรฐานขนาด 120 240 cm ผลิตภัณฑ์เหล็กโครงสร้างแบบน้ีไม่ใช่ผลิตภณัฑ์ที่นา มาทา เป็นองคอ์าคาร หลกัของโครงสร้าง แต่จะถูกใชเ้พื่อทา เป็นแผน่แบกทาน (Bearing Plate) หรือแผ่น ประกบัขอ้ต่อต่างๆ ในการแสดงลกัษณะและขนาดของหนา้ตดัจะทา ไดโ้ดยการระบุเป็น ลา ดบัดงัน้ี คือ สัญลักษณ์ PL, ความยาวแผ่น, ความกวา้งแผ่น และความหนาของ หน้าตัด ตัวอย่าง : PL 300 100 3.2 mm หมายถึง เหล็กแผน่ยาว 300 mm กว้าง 100 mm และหนา 3.2 mm 7. เหล็กท่อนหรือเหล็กเส้น เป็ นผลิตภัณฑ์เหล็กโครงสร้างซึ่ งผลิตด้วยวิธีการ ผลิตร้อน มีท้งัแบบเหล็กเส้นแบน เหล็กเส้นสี่เหลี่ยมจตัุรัส และเหล็กเส้นกลม ผลิตภณัฑ์ เหล่าน้ีถูกน ามาใช้ท าเป็นองค์อาคารเพื่อการยึดร้ังหรือประกอบกับผลิตภัณฑ์เหล็ก โครงสร้างแบบอื่นๆ เพื่อท าเป็ นองค์อาคารหน้าตัดประกอบ ในการแสดงลักษณะและ ขนาดของหน้าตัด จะท าไดโ้ดยการระบุเป็นลา ดบัดงัน้ีคือ สัญลักษณ์ , หรือ , ความกว้างของหน้าตัด และความหนา (ถ้าเป็นเหล็กเส้นกลมจะระบุเส้นผ่าน ศูนยก์ลางต่อจากสัญลกัษณ์)
ตัวอย่าง : 100 4 mm หมายถึง เหล็กเส้นแบน ความกว้างของของ หน้าตัด 100 mm และหนา 4 mm 25 25 mm หมายถึง เหล็กสี่เหลี่ยมจัตุรัส มีความยาว แต่ละดา้นของหนา้ตดั25 mm 50 mm หมายถึง เหล็กเส้นกลม มีขนาดเส้นผา่นศูนย์ หรือ Ø 50 mm กลางของหน้าตัด 50 mm 8. เหล็กกลมกลวง เป็นผลิตภณัฑ์เหล็กโครงสร้าง ซ่ึงผา่นวิธีการมว้นเหล็กแผน่ ให้เป็นท่อนกลมแล้วเชื่อมขอบติดกนั ปกติผลิตภณัฑ์โครงสร้างแบบน้ีจะถูกน ามาทา ชิ้นส่วนต่างๆของโครงขอ้หมุนหรือทา เป็นเสาที่รับน้า หนกัไม่สูงนัก การแสดงลักษณะ และขนาดของหนา้ตดัจะทา ไดโ้ดยการระบุเป็นลา ดบัดงัน้ีคือ สัญลกัษณ์ หรือ Ø, เส้นผา่นศูนย์กลางระบุของหน้าตัด และความหนา ตัวอย่าง : Ø 150 4 mm หมายถึง เหล็กกลมกลวง เส้นผา่นศูนย์กลาง ของหน้าตัด 150 mm และหนา 4 mm 9. เหล็กสี่ เหลี่ยมจัตุรัสกลวงและสี่เหลี่ยมผืนผ้ากลวง เป็ นผลิตภัณฑ์เหล็ก โครงสร้างที่ผลิตได้โดยการน าเหล็กกลมกลวงเข้าเครื่องรี ด เพื่อรี ดให้มีหน้าตัดเป็ น สี่เหลี่ยมจัตุรัสหรือสี่เหลี่ยมผืนผา้การใช้งานของผลิตภัณฑ์เหล็กโครงสร้างเหล่าน้ี เหมือนกบัเหล็กกลมกลวงและในการแสดงลกัษณะและขนาดของหนา้ตดัก็จะทา ไดโ้ดย การระบุเป็นลา ดบัดงัน้ีคือ สัญลกัษณ์ หรือ , ความลึกของหน้าตัด, ความ กว้างของหน้าตัด และความหนา ตัวอย่าง : 125 125 4 mm หมายถึง เหล็กสี่เหลี่ยมจัตุรัสกลวง มีความยาว ดา้นแต่ละดา้นของหนา้ตดั 125 mm และหนา 4 mm เส้นผา่นศูนยก์ลางระบุหรือเส้นผา่นศูนยก์ลางเฉลี่ย จ ผ จ
125 75 3.2 mm หมายถึง เหล็กสี่เหลี่ยมผืนผ้ากลวง มีความลึก 125 mm กว้าง 75 mm และหนา 3.2 mm ตัวอย่างที่ 7.1 จงใหค้วามหมายของเหล็กโครงสร้างรูปพรรณดงัต่อไปน้ี (ก) I 300 54.2 (ข) [ 200 30.3 (ค) L 40 40 3 mm วิธีท า (ก) I 300 54.2 หมายถึง เหล็กหน้าตัดรูปตัวไอ มีความลึก 300 mm และมีน้า หนกั 54.2 kg/m (ข) [ 200 30.3 หมายถึง เหล็กหนา้ตดัรูปรางน้า มีความลึก 200 mm และมีน้า หนกั 30.3 kg/m (ค) L 40 40 3 mm หมายถึง เหล็กฉากชนิดขาเท่ากนัมีความยาวแต่ละขายาว 40 mm ความหนา 4 mm และมีน้า หนกั 1.84 kg/m ผ
ตัวอย่างที่ 7.2 จงให้ความหมายของเหล็กโครงสร้างรูปพรรณดงัต่อไปน้ี พร้อมให้ระบุ พ้ืนที่หนา้ตดัน้า หนกั โมเมนตอ์ินเนอร์เซีย โมดูลสัหนา้ตดัและรัศมีไจเรชนั่ (ก) WF 496 79.5 (ข) 200 100 4.5 mm วิธีท า (ก) WF 496 79.5 หมายถึง เหล็กหน้าตัดรูปปี กกว้าง มีความลึกของหน้าตัดซึ่งวดัระหวา่งขอบนอก สุดของแผน่ ปีกแต่ละดา้น 496 mm มีน้า หนกั 79.5 kg/m และมีคุณสมบตัิอื่นๆดงัน้ี พ้ืนที่หนา้ตดั (A) = 101.3 cm2 น้า หนกั = 79.5 kg/m โมเมนต์อินเนอร์เซียในแนวแกน X ( x I ) = 41,900 cm4 โมเมนต์อินเนอร์เซียในแนวแกน Y ( y I ) = 1,840 cm4 โมดูลัสหน้าตัดในแนวแกน X ( x S ) = 1,690 cm3 โมดูลัสหน้าตัดในแนวแกน Y ( y S ) = 185 cm3 รัศมีไจเรชนั่ในแนวแกน X ( x r ) = 20.3 cm รัศมีไจเรชนั่ในแนวแกน Y ( y r ) = 4.27 cm (ข) 200 100 4.5 mm หมายถึง เหล็กหน้าตัดสี่เหลี่ยมผืนผ้ากลวง มีความลึก 200 mm ความกว้าง 100 mm ความหนา 4.5 mm และมีคุณสมบัติอื่นๆดงัน้ี น้า หนกั = 20.15 kg/m พ้ืนที่หนา้ตดั (A) = 25.669 cm2 โมเมนต์อินเนอร์เซียในแนวแกน X ( x I ) = 1,331.44 cm4 โมเมนต์อินเนอร์เซียในแนวแกน Y ( y I ) = 454.64 cm4 โมดูลัสหน้าตัดในแนวแกน X ( x S ) = 133.14 cm3 โมดูลัสหน้าตัดในแนวแกน Y ( y S ) = 45.46 cm3 รัศมีไจเรชนั่ในแนวแกน X ( x r ) = 7.20 cm รัศมีไจเรชนั่ในแนวแกน Y ( y r ) = 4.21 cm ผ ผ
7.6 สรุปเน ื้อหา ในปัจจุบันนิยมใช้เหล็กโครงสร้างรูปพรรณแทนการใช้ไม้ เพื่อนา มาก่อสร้างท้งั อาคารขนาดใหญ่และขนาดเล็ก โดยสามารถใชเ้หล็กโครงสร้างรูปพรรณเป็นโครงสร้าง หลกัต่างๆของอาคาร เช่น คาน และเสา เป็นตน้อีกท้งัยงัสามารถใชเ้ป็นโครงสร้างรอง เมื่อไม่ตอ้งการให้รับน้า หนกัมาก จุดเด่นของเหล็กโครงสร้างรูปพรรณเมื่อเทียบกบั ไม ้ เช่น จะมีความแข็งแรงกว่า มีคุณภาพที่ดีกว่าตลอดหน้าตัดขององค์อาคาร หรือยงั สามารถประกอบติดต้งัไดง้่ายกว่า เพียงใช้วิธีการเชื่อมหรือการใชอุ้ปกรณ์ยึดที่เหมาะสม เป็ นต้น เหล็กโครงสร้างรูปพรรณที่ใช้ส าหรับงานก่อสร้าง สามารถแบ่งออกเป็น 2 ประเภท คือ เหล็กรู ปพรรณรี ดร้อน และเหล็กรูปพรรณรีดเย็น โดยมีหน้าตัดหลาย รูปแบบ เช่น เหล็กหน้าตดัรูปปีกกวา้ง เหล็กหน้าตดัรูปตวัไอ เหล็กหน้าตดัรูปรางน้า เหล็กหน้าตัดรูปตัวซี เหล็กฉาก และเหล็กกลวงชนิดหน้าตัดแบบวงกลม สี่เหลี่ยมจัตุรัส หรือสี่เหลี่ยมผืนผ้า เป็ นต้น เหล็กโครงสร้างรูปพรรณตามมาตรฐานต่างๆที่เกี่ยวขอ้งและ นิยมใช้กนั เช่น มาตรฐาน ASTM, มาตรฐาน JIS และมาตรฐาน BS เป็นตน้ซ่ึงในแต่ ละประเทศก็จะมีใชไ้ม่เหมือนกนัส าหรับประเทศไทยเหล็กโครงสร้างรูปพรรณจะยึดใช้ ตามมาตรฐานผลิตภัณฑ์อุตสาหกรรม (มอก.) การออกแบบโครงสร้างเหล็กโดยทวั่ ไปจะใชม้าตรฐาน AISC ส าหรับประเทศ ไทยจะใช้ตามมาตรฐานของ ว.ส.ท. ซ่ึงขอ้กา หนดโดยส่วนใหญ่จะคลา้ยกบัมาตรฐาน ของ AISC โดยมีวิธีในการออกแบบอยูด่ว้ยกนั 2 วิธี คือ ทฤษฎีการออกแบบด้วยวิธี ตวัคูณความตา้นทานและน้า หนักบรรทุก (LRFD) ซ่ึงจะไม่ได้กล่าวถึงในเล่มน้ีและ ทฤษฎีการออกแบบด้วยวิธีหน่วยแรงที่ยอมให้ (ASD) ซ่ึงไดก้า หนดให้หน่วยแรงที่ เกิดข้ึน (Working Stress) จะมีค่าไม่เกินกวา่หน่วยแรงที่ยอมให้ (Allowable Stress) โดยวธิีการออกแบบดงักล่าวน้ีจะขอกล่าวในบทต่อๆไป ดงัน้นัผูท้ี่จะทา การออกแบบโครงสร้างเหล็ก จึงควรทา การศึกษาในดา้นต่างๆที่ เกี่ยวกบัเหล็กโครงสร้างรูปพรรณ เช่น คุณสมบตัิประเภท และมาตรฐานหรือขอ้กา หนด ต่างๆ เป็นตน้เพื่อที่จะไดก้า หนดขนาดและรายละเอียดต่างๆส าหรับการก่อสร้าง ให้มี ความถูกตอ้ง มีความปลอดภยัและประหยดัค่าใช้จ่ายในการก่อสร้าง ท้งัน้ีตอ้งพิจารณา ดว้ยว่าเหล็กโครงสร้างรูปพรรณน้นัมีจา หน่ายในทอ้งตลาดหรือไม่ โดยสามารถดูไดจ้าก แคตตาล๊อกของบริษัทผู้ผลิตเป็ นข้อมูลประกอบการออกแบบไปด้วย
แบบฝึ กหัดประจ าบท 1. เพราะเหตุใดในปัจจุบนัจึงมกันิยมนา เหล็กโครงสร้างเขา้มาก่อสร้างแทนการใชไ้ม้ 2. คุณสมบตัิเหล็กที่เป็นไปตามแผนภาพความสัมพนัธ์ระหวา่งความเคน้และความเครียด มีอะไรบา้ง จงแสดงภาพประกอบพร้อมท้งัอธิบาย 3. มาตรฐานที่ใช้ในการออกแบบโครงสร้างเหล็กมีอะไรบ้าง 4. ทฤษฎีที่ใช้ในการออกแบบโครงสร้างเหล็กมีอะไรบา้ง และแต่ละทฤษฎีมีลักษณะ อยา่งไร 5. หน่วยแรงที่ยอมใหส้า หรับการออกแบบโครงสร้างเหล็ก กา หนดไวอ้ยา่งไรบา้ง 6. เหล็กโครงสร้างรูปพรรณที่ใชใ้นงานก่อสร้างแบ่งออกเป็นกี่ประเภท อะไรบา้ง พร้อม ท้งัยกตวัอยา่งหนา้ตดัของเหล็กแต่ละประเภทประกอบดว้ย 7. จงอธิบายความแตกต่างระหว่างเหล็กรีดร้อนและเหล็กรีดเย็น พร้อมท้งัยกตวัอย่าง หนา้ตดัของเหล็กแต่ละประเภทมาดว้ย 8. จงให้ความหมายของเหล็กโครงสร้างรูปพรรณดงัต่อไปน้ี (ก) WF 400 172 (ข) I 100 8.34 (ค) C 100 50 20 2.3 mm (ง) Ø 101.6 3.2 mm 9. เหล็กหนา้ตดัรูปรางน้า และเหล็กหนา้ตดัรูป C ท่านคิดวา่เหล็กหนา้ตดัชนิดใดมีความ เหมาะสมกวา่กนัที่จะนา ไปใชก้่อสร้างโครงหลงัคา จงใหเ้หตุผลประกอบ 10. ท่านจะมีวิธีการป้องกนั ไดอ้ยา่งไรบา้ง เพื่อให้เหล็กโครงสร้างรูปพรรณน้นัมีอายุการ ใช้งานได้ยาวนาน
เอกสารอ้างอิง กวี หวังนิเวศน์กุล. (2553). การออกแบบโครงสร้างเหล็กและไม้เบื้องต้น. กรุงเทพฯ : โรงพิมพ์หจก. รุ่งแสงการพิมพ.์ ทนงศกัด์ิแสงวฒันะชยั. (2539). การออกแบบโครงสร้างไม้และเหล็ก. พิมพค์ร้ังที่ 3. ขอนแก่น : คณะวศิวกรรมศาสตร์มหาวทิยาลยัขอนแก่น. บริษทัคอนเทค็ดีเวลล็อปเมนทจ์า กดั. (ม.ป.ป.). JS energy. ค้นเมื่อ 4 มกราคม 2554, จาก http://www.contechdevelopment.com/index.php?lay=show&ac=article&Id =203623 มนัส อนุศิริ. (2542). การออกแบบโครงสร้างไม้และเหล็ก. พิมพค์ร้ังที่ 4. กรุงเทพฯ : ซีเอด็ยเูคชนั่ . วนิิต ช่อวเิชียร. (2539). การออกแบบโครงสร้างเหล็ก. กรุงเทพฯ : หา้งหุน้ ส่วนจา กดั ป. สัมพันธ์พาณิชย์. วีระเดช พะเยาศิริพงศ์. (2540). กฎหมายก่อสร้าง. กรุงเทพฯ : พัฒนาศึกษา. สมเกียรติรุ่งทองใบสุรีย. (2546). ์ การออกแบบโครงสร้างเหล็ก. พิมพค์ร้ังที่ 5. กรุงเทพฯ : คณะวิศวกรรมศาสตร์ มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีพระจอมเกล้าธนบุรี. สมาคมวศิวกรรมสถานแห่งประเทศไทย ในพระบรมราชูปถัมภ์. (2541). มาตรฐาน ส าหรับอาคารเหล็กรีดเย็น. พิมพค์ร้ังที่ 3. กรุงเทพฯ : โรงพิมพแ์ห่งจุฬาลงกรณ์ มหาวิทยาลัย. ExtendeD. (2550). สะพานใหญ่ในเขตกรุงเทพฯ. ค้นเมื่อ 4 มกราคม 2554, จาก http://portal.rotfaithai.com/modules.php?name=Forums&file=viewtopic&t =1858&start=29
แผนบริหารการสอนประจ าบทที่ 8 หัวข้อเนื้อหาประจ าบท บทที่ 8 ส่วนโครงสร้างเหล็กรับแรงดึงตามแนวแกน 3 คาบ 8.1 หนา้ตดัของส่วนโครงสร้างรับแรงดึง 8.2 ลกัษณะการวบิตัิของส่วนโครงสร้างรับแรงดึง 8.3 การออกแบบส่วนโครงสร้างรับแรงดึง 8.4 พ้ืนที่หนา้ตดัสุทธิ 8.5 พ้ืนที่หนา้ตดัสุทธิประสิทธิผล 8.6 สรุปเน้ือหา แบบฝึ กหัดประจ าบท เอกสารอ้างอิง วตัถุประสงค์เชิงพฤติกรรม 1. เพื่อให้ผู้ศึกษามีความรู้และความเข้าใจในหลักเกณฑ์การออกแบบส่วน โครงสร้างเหล็กรับแรงดึงตามแนวแกน 2. เพื่อให้ผู้ศึกษาสามารถหาค่าพ้ืนที่หน้าตัดสุทธิและพ้ืนที่หน้าตัดสุทธิ ประสิทธิผลของส่วนโครงสร้างรับแรงดึงไดอ้ยา่งถูกตอ้ง 3. เพื่อให้ผู้ศึกษาสามารถวิเคราะห์หาค่ากา ลงัในการรับแรงดึงโดยปลอดภยัของ ส่วนโครงสร้างเหล็กไดอ้ยา่งถูกตอ้ง 4. เพื่อให้ผูศ้ึกษาสามารถคา นวณออกแบบ เพื่อเลือกหาขนาดหน้าตดัของส่วน โครงสร้างเหล็กรับแรงดึงไดอ้ยา่งถูกตอ้งและเหมาะสม วิธีสอนและกิจกรรมการเรียนการสอนประจ าบท 1. บรรยายประกอบแผน่ ใสตามหวัขอ้เน้ือหาประจา บท ในระหวา่งการบรรยาย ผู้สอนจะท าการซักถามความเข้าใจของผู้ศึกษาเป็ นระยะๆ และเปิ ดโอกาสให้ผู้ศึกษาได้ ซกัถามหากไม่เขา้ใจหรือมีความสงสัยตลอดการบรรยาย
2. ผสู้อนทา การสร้างโจทยป์ ัญหาประจา บท พร้อมท้งับรรยายวธิีการและเทคนิค ต่างๆในการแกโ้จทยป์ ัญหาแต่ละขอ้เพื่อให้ผูศ้ึกษาไดม้ีความรู้และความเขา้ใจในเน้ือหา และทฤษฎีที่มากยงิ่ข้ึน 3. ผสู้อนทา การสรุปเน้ือหาประจา บท และเปิ ดโอกาสให้ผู้ศึกษาได้ซักถาม 4. ผู้สอนมอบหมายงานให้ท าแบบฝึ กหัดประจ าบท สื่อการเรียนการสอน 1. เอกสารประกอบการสอน 2. แผน่ ใส 3. แบบฝึ กหัดประจ าบท การวัดและการประเมินผล การวัดผล 1. สังเกตพฤติกรรมในการเรียนและการมีส่วนร่วมของผศู้ึกษา 2. ความเป็ นระเบียบเรี ยบร้อยและความถูกต้องของแบบฝึ กหัด ประจ าบทที่มอบหมายให้ผู้ศึกษาท า การประเมินผล การประเมินผลเป็นคะแนนดิบเพื่อนา มารวมเป็นคะแนนระหวา่งภาค ดงัน้ี 1. ความสนใจและการมีส่วนร่วมในช้นัเรียน 5 คะแนน 2. แบบฝึ กหัดประจ าบท 5 คะแนน
บทที่ 8 ส่วนโครงสร้างเหล็กรับแรงดึงตามแนวแกน ส่วนโครงสร้างรับแรงดึง (Tension Member) เป็ นส่วนของโครงสร้างที่รับแรง ดึงที่กระทา ผ่านจุดศูนยถ์ ่วงของหน้าตัด สามารถพบเห็นในโครงสร้างเหล็กต่างๆ เช่น โครงสะพาน โครงข้อหมุน โครงเสาไฟฟ้าแรงสูง หอสูง ค้า ยนัตวัยึด และเคเบิ้ล เป็ นต้น ดังแสดงในภาพที่ 8.1 ส าหรับส่วนโครงสร้างเหล็กที่รับแรงดึงตามแนวแกนน้นั ในการออกแบบจา เป็นที่จะตอ้งพิจารณาตรงบริเวณจุดต่อ เพราะตรงน้นัจะตอ้งเจาะเพื่อใส่ อุปกรณ์ยดึต่างๆ จึงทา ใหเ้สียพ้ืนที่หนา้ตดัไป ส่งผลใหก้า ลงัความแข็งแรงของเหล็กลดลง ดงัน้นัจึงตอ้งนา พ้ืนที่หนา้ตดัสุทธิของเหล็ก (Net Area) ไปใช้เพื่อพิจารณาออกแบบ ภาพที่ 8.1 ส่วนโครงสร้างเหล็กรับแรงดึง (ก) โครงหลังคา (ข) เกลียวเร่งและท่อนเหล็กรับแรงดึง (ค) เสาโทรคมนาคม (ง) เสาส่งไฟฟ้าแรงสูง
8.1 หน้าตัดของส่วนโครงสร้างรับแรงดึง รูปร่างหน้าตดัของส่วนโครงสร้างรับแรงดึงที่พบเห็นกนั โดยทวั่ ไป เช่น เหล็ก กลม เหล็กแบน เหล็กฉาก เหล็กหน้าตัดรูปตัวไอ เหล็กหน้าตัดรูปปี กกว้าง เหล็กหน้าตัด รูปรางน้า และเหล็กรูปตดัประกอบ เป็นตน้ดงัแสดงในภาพที่ 8.2 ส าหรับการต่อส่วน โครงสร้างชนิดน้ีมีหลายรูปแบบ ไดแ้ก่การต่อโดยใช้วิธีการเชื่อม การต่อโดยใช้สลกั เกลียวหรือหมุดย้า และการต่อโดยใชเ้คเบิ้ลหรืออาจจะใชเ้กลียวเร่งร่วมดว้ย ภาพที่ 8.2 รูปร่างหนา้ตดัแบบต่างๆของส่วนโครงสร้างเหล็กรับแรงดึง ที่มา (มนัส อนุศิริ, 2542, หน้า 96-97)
(ก) การต่อเหล็กโดยใชส้ลกัเกลียวหรือหมุดย้า (ข) การต่อเหล็กโดยการเชื่อม (ค) การต่อเหล็กโดยใชเ้คเบิ้ลร่วมกบัเกลียวเร่ง ภาพที่ 8.3 ลกัษณะจุดต่อของส่วนโครงสร้างรับแรงดึง ที่มา (กวี หวังนิเวศน์กุล, 2553, หน้า 117) และ (มนัส อนุศิริ, 2542, หน้า 97-98)
จากภาพที่ 8.3 เป็นการต่อส่วนโครงสร้างเหล็กรับแรงดึงในลกัษณะต่างๆ ซ่ึงใน การคา นวณออกแบบนอกจากจะให้เหล็กสามารถรับแรงดึงไดอ้ย่างปลอดภยัแลว้ สิ่งที่ จะตอ้งคา นึงถึงตามมาก็คือ การวิบตัิของโครงสร้างตรงบริเวณจุดต่อ ซึ่งมกัเกิดจากการ ออกแบบและการกา หนดรายละเอียดต่างๆของการยึดต่อที่ไม่ดีพอ ดงัน้นั ในการออกแบบ จึงตอ้งใหค้วามสา คญั ในส่วนน้ีดว้ย 8.2 ลักษณะการวิบัติของส่วนโครงสร้างรับแรงดึง การวิบัติหรือช ารุดเสียหายของส่วนโครงสร้างรับแรงดึง เมื่อไม่คิดการวิบัติที่ ตวัยึดต่อหรือที่รอยเชื่อมต่อ อาจเกิดข้ึนไดใ้น 2 ลักษณะ ดงัที่วินิต ช่อวิเชียร (2539 : 19-20) ไดก้ล่าวไวด้งัน้ี 8.2.1 การวิบัติเนื่องจากการคลาก (Yielding) การวิบตัิแบบน้ีเกิดเนื่องจากแรงดึงที่กระทา บนหนา้ตดัท้งัหมด (Gross Area : g A ) ของชิ้นส่วนมีค่าสูงมาก เกินกวา่กา ลงัที่จุดคลากของเหล็ก ( y F ) ทา ให้ชิ้นส่วนถูก ดึงยืดจนเสียรูปร่าง ป้องกนั ไดโ้ดยใช้ขนาดรูปตดัใหญ่ข้ึน หรือเปลี่ยนใช้เหล็กที่มีกา ลงั จุดคลากสูงข้ึน ท้งัน้ีเพื่อใหห้น่วยแรงดึงที่เกิดข้ึนจริงมีค่าไม่เกินกวา่หน่วยแรงที่ยอมให้ 8.2.2 การวิบัติเนื่องจากการฉีกขาด (Fracture) เนื่องจากแรงดึงที่กระท าตรงหน้าตัดที่มีรูเจาะเพื่อท ารอยต่อหรือเรียกว่า พ้ืนที่หนา้ตดัสุทธิ (Net Area : n A ) ซ่ึงมีพ้ืนที่หนา้ตดันอ้ยกวา่พ้ืนที่หนา้ตดัท้งัหมด ดงัน้ันจึงเกิดหน่วยแรงดึงตรงหน้าตดัสุทธิมีค่าสูงมากกว่าปกติและเมื่อมีค่าสูงมากกว่า กา ลงัตา้นทานแรงดึง (Minimum Tensile Strength : u F ) ของเหล็ก ชิ้นส่วนจะฉีกขาด ออกจากกนั ป้องกนั ไดโ้ดยจดัระยะห่างระหวา่งรูเจาะ และระยะห่างที่ปลายชิ้นส่วนให้มี ค่ามากข้ึน เพื่อใหไ้ดห้นา้ตดัสุทธิมากข้ึนซ่ึงเป็นการลดค่าของหน่วยแรงดึงที่เกิดข้ึนมิให้มี ค่าเกินกวา่หน่วยแรงดึงที่ยอมให้หรือเปลี่ยนใชเ้หล็กที่มีกา ลงัตา้นทานแรงดึงสูงข้ึน อนึ่ง นอกจากการวิบตัิของส่วนโครงสร้างเหล็กรับแรงดึงท้งั 2 ลักษณะดังที่ได้ กล่าวขา้งตน้แล้ว ยงัมีการวิบตัิอีกแบบหน่ึงที่เรียกว่า “การวิบัติแบบ Block Shear” การวิบตัิแบบน้ีจะเกิดข้ึนตรงบริเวณจุดต่อโดยเฉพาะส าหรับชิ้นส่วนที่มีความหนาน้อยๆ โดยจะเกิดตามเส้นรอบรูปของรูเจาะหรือตามแนวของรอยเชื่อมกับขอบของชิ้นส่วน โครงสร้างดังแสดงในภาพที่ 8.4 ลกัษณะของการวิบตัิเป็นการร่วมกนัระหวา่งแรงดึงและ
แรงเฉือน โดยหน้าตดัของชิ้นส่วนที่ต้งัฉากกบัแนวแรงจะเกิดแรงดึง และหน้าตัดของ ชิ้นส่วนที่ขนานกบัแนวแรงจะเกิดแรงเฉือน จึงทา ให้ชิ้นส่วนโครงสร้างอาจเกิดการวิบตัิ ได้ใน 2 ลกัษณะ คือ ชิ้นส่วนถูกดึงฉีกขาดในขณะที่เกิดการคลากที่ด้านรับแรงเฉือน หรือชิ้นส่วนถูกเฉือนขาดในขณะที่เกิดการคลากที่ด้านรับแรงดึง ภาพที่ 8.4 การวิบัติแบบ Block Shear ที่มา (ณัฐวุฒิ อัศวสงคราม, วนัเฉลิม กรณ์เกษมและประกิจ เปรมธรรมกร, ม.ป.ป., หน้า 8-10) 8.3 การออกแบบส่วนโครงสร้างรับแรงดึง ส่วนโครงสร้างที่รับแรงดึงตามแนวแกน จะมีหน่วยแรงต้งัฉากเกิดข้ึนที่หน้าตดั ใดๆตลอดความยาวขององค์อาคาร และเพื่อจุดมุ่งหมายในการออกแบบ มีขอ้ สมมุติฐาน ต่างๆถูกกา หนดข้ึนดงัน้ี(ทนงศกัด์ิแสงวฒันะชยั. 2539 : 159-160) 1. น้า หนกักระทา ตามแนวแกนยาวขององคอ์าคารและอยตู่ ่างกบัจุดศูนยก์ลางของ หน้าตัด (ก) (ข) (ค) (ง)
2. องคอ์าคารเป็นแท่งตรง 3. หน่วยแรงต้งัฉากแผก่ระจายสม่า เสมอทวั่หนา้ตดั 4. การเย้อืงศูนยใ์ดๆเนื่องจากการใชอุ้ปกรณ์ยึดปลายขององคอ์าคาร มีผลต่อการ รับแรงขององค์อาคารน้อยมาก 5. โมเมนต์ดัดที่เกิดจากน้า หนกัของตวัองค์อาคารมีขนาดน้อยมาก 8.3.1 หน่วยแรงดึงที่เกิดขึ้น หน่วยแรงต้งัฉากในส่วนโครงสร้างรับแรงดึง สามารถค านวณได้จากสูตรดงัน้ี t f = A P สมการที่ 8.1 อยา่งไรก็ตาม จ าเป็ นจะตอ้งพิจารณาพ้ืนที่หนา้ตดัสุทธิที่ตรงจุดต่อ เพื่อใช้ส าหรับ การหาขนาดหน้าตัดของส่วนโครงสร้างรับแรงดึงที่เหมาะสม ที่จะไม่ทา ให้หน่วยแรงดึงที่ เกิดข้ึนเกินกวา่หน่วยแรงดึงที่ยอมใหตามวิธีของ ้ ASD ดงัน้นัสมการขา้งตน้น้ีจึงเขียนใหม่ ได้เป็ น n A = Ft P สมการที่ 8.2 เมื่อในที่น้ี t f = หน่วยแรงดึงที่เกิดข้ึน (kg/cm2 ) t F = หน่วยแรงดึงที่ยอมให้ (kg/cm2 ) P = แรงดึงที่เกิดข้ึน (kg) n A = พ้ืนที่หน้าตดัสุทธิที่เกิดแรงดึง (cm2 ) 8.3.2 หน่วยแรงดึงที่ยอมให้ ตามมาตรฐาน AISC และมาตรฐานส าหรับอาคารเหล็กรูปพรรณของ ว.ส.ท. ได้ กา หนดค่าหน่วยแรงดึงที่ยอมใหด้งัน้ี 1. สา หรับส่วนโครงสร้างรับแรงดึงทวั่ ไป ให้พิจารณาใชค้ ่านอ้ยของแรงดึงที่ยอมให้ที่ไดจ้ากหน่วยแรงดึงที่ยอมให้ ดงัน้ี
หน่วยแรงดึงที่ยอมใหบ้นพ้ืนที่หนา้ตดัท้งัหมด t F = 0.60 y F สมการที่ 8.3 หน่วยแรงดึงที่ยอมใหบ้นพ้ืนที่หน้าตัดสุทธิประสิทธิผล t F = 0.50 u F สมการที่ 8.4 2. ส าหรับท่อนเหล็กหรือเคเบิ้ลรับแรงดึง หน่วยแรงดึงที่ยอมใหบ้นพ้ืนที่หนา้ตดัท้งัหมด t F = 0.33 u F สมการที่ 8.5 3. ส าหรับส่วนโครงสร้างที่ยดึดว้ยสลกั (Pin-connected members) หน่วยแรงดึงที่ยอมให้บนพ้ืนที่หนา้ตดัท้งัหมด t F = 0.60 y F สมการที่ 8.6 หน่วยแรงดึงที่ยอมใหบ้นพ้ืนที่หน้าตัดสุทธิ t F = 0.45 y F สมการที่ 8.7 หน่วยแรงกดที่ยอมใหตรงรูเจาะ้ p F = 0.90 y F สมการที่ 8.8 4. สา หรับส่วนโครงสร้างที่รับแรงดึงร่วมกบัแรงเฉือน แรงดึงที่ยอมให้ T = 0.50 u F nt A + 0.30 u F nv A สมการที่ 8.9 เมื่อในที่น้ี t F = หน่วยแรงดึงที่ยอมให้(kg/cm2 ) y F = หน่วยแรงดึงที่จุดคลาก (kg/cm2 ) u F = หน่วยแรงดึงประลยั (kg/cm2 ) p F = หน่วยแรงกดที่ยอมให ้(kg/cm2 ) T = แรงดึงที่ยอมให้ (kg) nt A = พ้ืนที่หนา้ตดัสุทธิที่รับแรงดึง (cm2 ) nv A = พ้ืนที่หนา้ตดัสุทธิที่รับแรงเฉือน (cm2 )
8.3.3 อัตราส่วนความชะลูด แม้ส่วนโครงสร้างรับแรงดึงจะไม่ต้องคา นึงถึงเรื่องการโก่งตัว แต่เมื่อส่วน โครงสร้างน้ันมีรูปร่างเรียวหรือชะลูด ก็อาจจะเกิดการโก่งตัวทางด้านข้าง (Lateral Deflection) หรือเกิดการแกวง่เนื่องจากแรงสั่นสะเทือนหรือลมที่ปะทะ (Vibration) เพื่อ ป้องกนั ปัญหาดงักล่าว มาตรฐานส าหรับอาคารเหล็กรูปพรรณของ ว.ส.ท. ได้กา หนด อตัราส่วนความชะลูด (Slenderness Ratio : r KL ) ของส่วนโครงสร้างรับแรงดึงไม่ควร จะมากกวา่ 300 (สมาคมวศิวกรรมสถานแห่งประเทศไทยฯ. 2548 : 20) ซึ่งสามารถแสดง ไดด้ว้ยสมการดงัน้ี r KL 300 สมการที่ 8.10 ท้งัน้ีค่าดงักล่าวที่ไดก้า หนดขา้งตน้จะไม่รวมถึงท่อนเหล็กรับแรงดึง เช่น เหล็ก ยึดแป (Sag Rod) เป็ นต้น เมื่อ K = ตัวประกอบความยาวประสิทธิผล (มีค่าเท่ากบั1 สา หรับส่วนโครงสร้างรับแรงดึง) L = ความยาวของส่วนโครงสร้างรับแรงดึง (cm) r = รัศมีไจเรชนั่ที่นอ้ยที่สุด (cm) = I / A I = โมเมนต์อินเนอร์เชีย (cm4 ) A = พ้ืนที่หนา้ตดั (cm2 ) 8.4 พ ื น้ทหี่น ้ าตัดสุทธิ พ้ืนที่หนา้ตดัสุทธิ(Net Area : n A ) ของส่วนโครงสร้างรับแรงดึง คือ หนา้ตดั ของส่วนโครงสร้างในแนวต้งัฉากกับแรงกระทา ซ่ึงมีค่าเท่ากับพ้ืนที่หน้าตดัท้งัหมด (Gross Area : g A ) ลบดว้ยพ้ืนที่ส่วนที่เป็นรูเจาะ (Hole Area : h A ) สามารถเขียน เป็นสมการไดด้งัน้ี n A = g A - h A สมการที่ 8.11
เมื่อ n A = พ้ืนที่หนา้ตดัสุทธิ(cm2 ) g A = พ้ืนที่หนา้ตดัท้งัหมด (cm2 ) h A = พ้ืนที่หนา้ตดัรูเจาะ (cm2 ) ส าหรับการหาพ้ืนที่หนา้ตดัของรูเจาะ ( h A ) จะสามารถหาได้จากเอาความกว้าง ของรูเจาะคูณดว้ยความหนาของเหล็ก และคูณดว้ยจา นวนรูเจาะในหนา้ตดัเดียวกนั แต่ค่า ความกว้างของรูเจาะจะตอ้งเผอื่ไวส้า หรับรูเจาะที่เป็นหมุดย้า หรือสลกัเกลียว ซ่ึงมาตรฐาน สา หรับอาคารเหล็กรูปพรรณของ ว.ส.ท. ไดก้า หนดไวจ้ะมีขนาดเส้นผา่นศูนยก์ลางใหญ่ กวา่สลกัเกลียวหรือหมุดเท่ากบั 1.5 มิลลิเมตร (วศิวกรรมสถานแห่งประเทศไทยฯ. 2548 : 14) ท้งัน้ีสามารถแสดงดว้ยสมการ คือ ความกว้างรูเจาะ = Ø ของหมุดย้า หรือสลกัเกลียว + 1.5 mm สมการที่ 8.12 การวิบตัิของส่วนโครงสร้างรับแรงดึงจะเกิดข้ึนตรงหน้าตดัที่มีพ้ืนที่สุทธิน้อย ที่สุด นนั่คือพ้ืนที่หน้าตัดสุทธิที่ควรน ามาพิจารณาคือ หน้าตัดในแนววิกฤติ (Critical Section) หรือแนวตัดที่ส่วนของโครงสร้างรับแรงดึงจะขาดเสียหายก่อนส่วนอื่นๆ โดย พ้ืนที่หน้าตัดในแนววิกฤติน้ีจะมีขนาดนอ้ยกวา่หนา้ตดัในแนวตดัอื่นๆ ซ่ึงเรียกวา่ “หน้า ตัดสุทธิในแนววิกฤติ” (Critical Net Section) (ก) เจาะรูแถวเดียว (ข) เจาะรู2 แถวตรงกนั (ค) เจาะรูแบบซิกแซก ภาพที่ 8.5 แนวตัดวิกฤติของส่วนโครงสร้างรับแรงดึง ที่มา (สมเกียรติรุ่งทองใบสุรีย, 2546, ์ หน้า 13) จากภาพที่ 8.5 (ก) และ (ข) แนวตัดวิกฤติควรเป็ นแนวตัด AB ที่ตดัขวางผา่น รูเจาะเพราะวา่พ้ืนที่หนา้ตดัตามแนวตดัน้ีมีค่านอ้ยที่สุด ส่วนภาพที่ 8.5 (ค) ในกรณีที่
รูเจาะเป็ นแบบซิกแซก (Sigzag) แนวตดัวิกฤติอาจจะอยูใ่นแนวตดั AE หรือแนวตัด ABCD แลว้แต่แนวตดัใดจะให้พ้ืนที่หนา้ตดัสุทธินอ้ยกวา่ ส าหรับรูเจาะแบบซิกแซกจะ สามารถหาพ้ืนที่หนา้ตดัสุทธิไดจ้ากสูตร W n = W g - h d + 4g s 2 0.85 W g สมการที่ 8.13 เมื่อ W n = ความกว้างสุทธิ (cm) W g = ความกวา้งท้งัหมด (cm) h d = ผลรวมของเส้นผา่นศูนยก์ลางของรูเจาะที่อยใู่นแนว ที่พิจารณา (cm) s = ระยะระหวา่งรูเจาะสองรูในแนวเดียวกนักบัแรง (cm) (Pitch Distance) g = ระยะระหวา่งรูเจาะสองรูในแนวต้งัฉากกบัแรง (cm) (Gage Distance) และจะได้ n A = W t n 0.85 g A สมการที่ 8.14 เมื่อ n A = พ้ืนที่หนา้ตดัสุทธิ(cm2 ) t = ความหนาส่วนโครงสร้างรับแรงดึง (cm) การหาความกวา้งสุทธิดงักล่าวข้างต้น จะหาจากหลายๆแนวแลว้นา ค่านอ้ยที่สุด มาใช้ และจากผลการทดสอบพบวา่กา ลงัของส่วนโครงสร้างรับแรงดึงจะลดลงประมาณ 15 % ของกา ลงัดึงสูงสุด ดงัน้นัมาตรฐานของ ว.ส.ท. จึงกา หนดความกว้างสุทธิของส่วน โครงสร้างรับแรงดึงที่มีรู เจาะ จะต้องมีค่าไม่เกิน 85 % ของความกว้างท้ังหมด ( n W g W / 85 %) หรือพ้ืนที่หนา้ตดัสุทธิประสิทธิผลจะตอ้งมีค่าไม่เกิน 85 % ของ พ้ืนที่หนา้ตดัท้งัหมด ( e g A / A 85 %) ส าหรับเหล็กฉาก (Angles) ที่ขาท้ังสองข้างมีการเจาะรูจะสามารถหาระยะ ระหวา่งรูเจาะสองรูในแนวต้งัฉากกบัแรง (g) ไดจ้ากผลรวมของระยะระหว่างรูเจาะท้งั สองลบดว้ยความหนาของเหล็กฉาก หรือความกวา้งท้งัหมดของเหล็กฉาก ก็สามารถหา
ได้จากผลรวมของความกว้างของขาเหล็กฉากท้งัสองลบด้วยความหนาของเหล็กฉาก นนั่เอง ท้งัน้ีเหล็กหนา้ตดัอื่นๆก็สามารถคิดไดเ้ช่นเดียวกนัซ่ึงไดแ้ สดงไวใ้นภาพที่ 8.6 ส าหรับเหล็กฉากเมื่อไดค้วามกวา้งท้งัหมดแลว้ดงัแสดงในสมการที่ 8.15 ก็สามารถหา พ้ืนที่หน้าตดัท้งัหมดได้โดยการน าค่าความกวา้งท้งัหมดคูณด้วยความหนาเหล็กฉาก ดังแสดงในสมการที่ 8.16 W g = W1 + W2 - t สมการที่ 8.15 และได้ g A = W g t = t ( W1 + W2 - t) สมการที่ 8.16 เมื่อในที่น้ี W g = ความยาวท้งัหมดของเหล็กฉาก (cm) W1 = ความยาวของเหล็กฉากด้านที่หนึ่ง (cm) W2 = ความยาวของเหล็กฉากด้านที่สอง (cm) t = ความหนาของเหล็กฉาก (cm) g A = พ้ืนที่หนา้ตดัท้งัหมดของเหล็กฉาก (cm2 ) ภาพที่ 8.6 การพิจารณาหาระยะห่างของรูเจาะ (g) ที่อยตู่รงขา้มกนั ที่มา (สมเกียรติรุ่งทองใบสุรีย, 2546, ์ หน้า 14) g1 g2 g = g1+ g2 - t
8.5 พ ื น้ทหี่น้าตัดสุทธิประสิทธิผล ในกรณีที่ส่วนโครงสร้างรับแรงดึงมีการทา รอยต่อที่ปลายเพียงบางส่วนของหน้า ตดัเช่น เหล็กฉากถูกยึดต่อเพียงขาขา้งเดียวโดยการใช้สลกัเกลียว หมุดย้า หรือโดย วิธีการเชื่อมก็ตาม เป็นต้น การยึดต่อในลักษณะน้ีจะทา ให้ไม่สามารถรับแรงได้อย่าง สม่า เสมอทวั่หนา้ตดัซ่ึงขาของเหล็กฉากดา้นที่ถูกยึดจะรับแรงมากกวา่ขาดา้นที่ไม่ถูกยึด จึงส่งผลให้กา ลังในการรับแรงดึงลดลง ดังน้ันในการคา นวณออกแบบตามมาตรฐาน AISC และมาตรฐานของ ว.ส.ท. จึงไดก้า หนดให้ใช้พ้ืนที่หน้าตดัที่ถูกลดค่าลง ซ่ึง เรียกวา่ “พ้ืนที่หน้าตัดสุทธิประสิทธิผล” (Effective Net Area : e A ) โดยสามารถ กระทา ไดโ้ดยการคูณดว้ยตวัคูณลดค่า (Reduction Factor : U) ซึ่งมีหลักในการพิจารณา ดงัน้ี 8.5.1 ส าหรับส่วนโครงสร้างที่มีการยึดตลอดทั่วหน้าตัด ลกัษณะการยึดแบบน้ีส่วนโครงสร้างจะสามารถรับแรงดึงไดท้วั่หน้าตดัค่าของ ตวัคูณลดค่าจะมีค่าเท่ากบั 1 นั่นคือ พ้ืนที่หน้าตดัสุทธิประสิทธิผลจะมีค่าเท่ากับ พ้ืนที่หนา้ตดัสุทธิสามารถแสดงไดด้ว้ยสมการ คือ e A = n A สมการที่ 8.17 8.5.2 ส าหรับส่วนโครงสร้างที่ยึดโดยใช้ตัวยึดเพียงบางส่วนของหน้าตัด ส่วนโครงสร้างรับแรงดึงที่มีการต่อปลายโดยการใช้สลักเกลียวหรือหมุดย้า สามารถคา นวณหาพ้ืนที่หนา้ตดัสุทธิประสิทธิผลไดจ้ากสมการ e A = U n A สมการที่ 8.18 อยา่งไรก็ดีมาตรฐาน AISC และมาตรฐานของ ว.ส.ท. ไดก้า หนดค่าของตวัคูณ ลดค่า (U) ไวเ้ป็นตวัอยา่งสา หรับการพิจารณาใช้ซ่ึงสามารถดูไดจ้ากภาพที่ 8.7 ดงัน้ี
หมายเหตุ : องคอ์าคารท้งัหมดที่ใชอุ้ปกรณ์ยดึเพียงแถวละ 2 ตัว ในทิศทางของ แรงให้ใช้ e A = 0.75 n A ภาพที่ 8.7 ค่า U สา หรับส่วนโครงสร้างที่ยดึต่อดว้ยสลกัเกลียวหรือหมุดย้า ที่มา (สมเกียรติรุ่งทองใบสุรีย, 2546, ์ หน้า 15) 8.5.3 ส าหรับส่วนโครงสร้างที่ยึดโดยการเชื่อมเพียงบางส่วนของหน้าตัด การยดึโดยวธิีการเชื่อมเพียงบางส่วนของหนา้ตดัส าหรับส่วนโครงสร้างรับแรงดึง จะสามารถคา นวณหาพ้ืนที่หนา้ตดัสุทธิประสิทธิผลไดจ้ากสมการ e A = U g A สมการที่ 8.19 (ก) (ข) (ค) (ง) (จ) (ฉ)
ในที่น้ีเมื่อ U = ตวัคูณลดค่า e A = พ้ืนที่หนา้ตดัสุทธิประสิทธิผล (cm2 ) n A = พ้ืนที่หนา้ตดัสุทธิ(cm2 ) g A = พ้ืนที่หนา้ตดัท้งัหมด (cm2 ) ส าหรับเหล็กแผ่นหรือท่อนเหล็กที่มีรอยเชื่อมขนานไปกบัแนวแรง โดยมีความ ยาวของรอยเชื่อม (l) ไม่นอ้ยกวา่ความกวา้งของแผ่นเหล็กหรือระยะระหวา่งรอยเชื่อม (w) ดังแสดงในภาพที่ 8.8 ตามมาตรฐาน AISC และมาตรฐานของ ว.ส.ท. ได้ กา หนดค่าของ U ไว้ ดังที่ได้แสดงไว้ในตารางที่ 8.1 ภาพที่ 8.8 เหล็กแผน่ที่มีรอยเชื่อมอยใู่นทิศทางเดียวกบัแรง ที่มา (ณัฐวุฒิ อัศวสงคราม, วนัเฉลิม กรณ์เกษมและประกิจ เปรมธรรมกร, ม.ป.ป., หน้า 8-9) ตารางที่ 8.1 ค่าของ U สา หรับรอยเชื่อมที่อยใู่นทิศทางเดียวกบัแรงบนเหล็กแผน่ ความยาวของรอยเชื่อม (l) ตวัคูณลดค่า (U) l > 2w 2w > l > 1.5w 1.5w > l > w 1.0 0.87 0.75 ที่มา (ณัฐวุฒิ อัศวสงคราม, วนัเฉลิม กรณ์เกษมและประกิจ เปรมธรรมกร, ม.ป.ป., หน้า 8-9)
ตัวอย่างที่ 8.1 จงหาความกว้างสุทธิ ( W n ) ของแผ่นเหล็กดังแสดงในภาพด้านล่าง กา หนดให้หมุดย้า ทุกตวัมีขนาดเส้นผา่นศูนยก์ลาง 16 mm วิธีท า ขนาดเส้นผา่นศูนยก์ลางรูเจาะ = 16 + 1.5 = 17.5 mm = 1.75 cm จากสมการ W n = W g - h d + 4g s 2 พิจารณาหน้าตัดในแนววิกฤต : Line ABCD : W n = 23 -2(1.75) + 0 = 19.50 cm Line ABECD : W n = 23 -3(1.75) + (4 5) 5 2 + (4 8) 5 2 = 19.78 cm Line ABEFG : W n = 23 -3(1.75) + (4 5) 5 2 + (4 8) 5.5 2 = 19.95 cm ดงัน้นัความกว้างสุทธิ ( W n ) เท่ากบั19.50 cm ตรวจสอบ g n W W = 23 19.50 100 = 84.78 % < 85 % ใช้ได้ A B C D E F G 5 cm 5 cm 8 cm 5 cm 5.5 cm 5 cm
ตัวอย่างที่ 8.2 จงคา นวณหาพ้ืนที่หนา้ตดัสุทธิ( n A ) ของแผ่นเหล็ก กา หนดให้รูเจาะ ใช้สลักเกลียวขนาดเส้นผา่นศูนยก์ลาง 25 mm และแผน่เหล็กหนา 12 mm วิธีท า ขนาดเส้นผา่นศูนยก์ลางรูเจาะ = 25 + 1.5 = 26.5 mm = 2.65 cm พิจารณาหน้าตัดในแนววิกฤต : Line ABCD : W n = 27 -2(2.65) + 0 = 21.70 cm Line ABECD : W n = 27 -3(2.65) + (4 5) 7 2 + (4 10) 7 2 = 22.73 cm Line ABEF : W n = 27 -2(2.65) + (4 5) 7 2 = 24.15 cm ความกว้างสุทธิ ( W n ) = 21.70 cm ตรวจสอบ g n W W = 27 21.70 100 = 80.37 % < 85 % ใช้ได้ ดงัน้นัพ้ืนที่หนาตัดสุทธิ ้ ( n A = e A ) = 21.70 1.2 = 26.04 cm2 หรืออาจจะสามารถตรวจสอบได้จาก : g n A A = 27 1.2 26.04 100 = 80.37 % < 85 % ใช้ได้ A D E B C 7 cm F 6 cm 5 cm 10 cm 6 cm
ตัวอย่างที่ 8.3 จงคา นวณหาพ้ืนที่หนา้ตดัสุทธิประสิทธิผล ( e A ) ของเหล็กฉาก เมื่อ รอยต่อถูกยึดขาข้างเดียวเข้ากับแผ่นเหล็กประกับ โดยใช้สลักเกลียวขนาดเส้นผ่าน ศูนย์กลาง 12 mm วิธีท า ขนาดเส้นผา่นศูนยก์ลางรูเจาะ = 12 + 1.5 = 13.5 mm = 1.35 cm L 90 90 10 mm มีพ้ืนที่หนา้ตดัท้งัหมด ( g A ) = 17.10 cm2 พ้ืนที่หนา้ตดัสุทธิ( n A ) = 17.10 – (1.35 1) = 15.75 cm2 เนื่องจากเหล็กฉากถูกยึดเพียงขาเดียว จากภาพที่ 8.7 (ก) จะได้ U = 0.85 ดงัน้นัพ้ืนที่หนา้ตดัสุทธิประสิทธิผล ( e A ) = U n A = 0.85 15.75 = 13.39 cm2 < 0.85 17.10 = 14.54 cm2 ใช้ได้ 5 cm 5 cm L 90 90 10 mm
ตัวอย่างที่ 8.4 จงหาแรงดึงสูงสุดที่เหล็กฉากขนาด 100 100 12 mm จะรับได้ ซึ่ง ขาท้งัสองข้างของเหล็กฉากถูกยึดด้วยสลักเกลียวขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 16 mm กา หนดใชเ้หล็กที่มีค่า y F = 2,400 kg/cm2 และ u F = 4,100 kg/cm2 วิธีท า ขนาดเส้นผา่นศูนย์กลางรูเจาะ = 16 + 1.5 = 17.5 mm = 1.75 cm พิจารณาหน้าตัดในแนววิกฤต : Line ABC : W n = 18.8 -1.75 = 17.05 cm Line ABDE : W n = 18.8 -2 (1.75) + (4 10.8) 5 2 = 15.88 cm ความกว้างสุทธิ ( W n ) เท่ากบั 15.88 cm พ้ืนที่หนา้ตดัสุทธิ( n A ) = 15.88 1.2 = 19.06 cm2 พ้ืนที่หนา้ตดัสุทธิประสิทธิผล ( e A ) = n A = 19.06 cm2 < 0.85 (18.8 1.2) = 19.18 cm2 ใช้ได้ แรงดึงบนหนา้ตดัท้งัหมด (T) = 0.60 y F g A = 0.60 2,400 (18.8 1.2) = 32,486.40 kg แรงดึงบนหน้าตัดสุทธิประสิทธิผล (T) = 0.50 u e F A = 0.50 4,100 19.06 = 39,073.00 kg ดงัน้นัแรงดึงสูงสุดที่เหล็กฉากจะรับไดเ้ท่ากบั 32,486.40 kg 5 cm 5 cm 5 cm 10.8 cm P 5 cm A B C D E 6 cm 18.8 cm 10 cm 10 cm 1.2 cm 6 cm
ตัวอย่างที่ 8.5 จงออกแบบส่วนของโครงสร้างรับแรงดึงที่มีความยาว 2 m ของโครง ข้อหมุน เพื่อรับแรงดึง 20,000 kg กา หนดให้ใชเ้หล็กฉากและยึดดว้ยสลกัเกลียวขนาด เส้นผา่นศูนยก์ลาง 19 mm แถวเดียว โดยยึดเพียงขาข้างเดียวของเหล็กฉาก และใช้เหล็ก ที่มีค่า y F = 2,400 kg/cm2 และ u F = 4,100 kg/cm2 วิธีท า แรงดึงที่กระท า (T) = 20,000 kg พ้ืนที่หนา้ตดัท้งัหมดที่ตอ้งการ ( g A ) = y 0.60F T = (0.60 2,400) 20,000 = 13.89 cm2 * สมมุติใชส้ลกัเกลียวไม่นอ้ยกวา่ 3 ตัว แถวเดียว จะได้ U = 0.85 พ้ืนที่หนา้ตดัสุทธิที่ตอ้งการ ( n A ) = 0.5F U T u = (0.5 4,100 0.85) 20,000 = 11.48 cm2 และจะได้ g A = n A + h A = 11.48 + (1.9 + 0.15)t ** สมมุติเลือกความหนาเหล็กฉาก (t) = 10 mm ดงัน้นัตอ้งการ g A = 13.89 cm2 (เลือก ค่ามากระหวา่ง * และ **) ลองเลือก L 75 75 10 mm (ให้ g A = 14.10 cm2 > 13.89 cm2 ) ตรวจสอบ : 1. พ้ืนที่หนา้ตดั n A = 14.10 - (2.05 1.0) = 12.05 cm2 e A = 0.85 12.05 = 10.24 cm2 < 0.85 14.10 = 11.99 cm2 ใช้ได้ 20,000 kg
2. แรงดึงที่รับได้ T = 0.60 y F g A = 0.60 2,400 14.10 = 20,304 kg T = 0.50 u e F A = 0.50 4,100 10.24 = 20,992 kg แรงดึงสูงสุดที่รับไดเ้ท่ากบั 20,304 kg > 20,000 kg ใช้ได้ 3. อตัราส่วนความชะลูด min. r = x r = y r = 2.25 cm อตัราส่วนความชะลูด = 2.25 1200 = 88.89 < 300 ใช้ได้ ดงัน้นั ใช้L 75 75 10 mm เป็นส่วนโครงสร้างรับแรงดึงในโครงขอ้หมุนได้ ตัวอย่างที่ 8.6 ชิ้นส่วนค้า ยนัยาว 1.50 m (Web Chord) ของโครงข้อหมุน รับแรงดึง ที่เกิดข้ึน 5,000 kg และมีการต่อยึดที่ปลายดว้ยวิธีการเชื่อม จงหาขนาดของเหล็กที่ใชท้า ชิ้นส่วนดงักล่าว เมื่อกา หนดใชเ้หล็กที่มีค่า y F = 2,400 kg/cm2 และ u F = 4,100 kg/cm2 (ก) ใช้เหล็กฉาก (ข) ใช้เหล็กกลมกลวง วิธีท า (ก) ออกแบบโดยเลือกใช้เหล็กฉาก แรงดึงที่กระท า (T) = 5,000 kg พ้ืนที่หนา้ตดัท้งัหมดที่ตอ้งการ ( g A ) = y 0.60F T = (0.60 2,400) 5,000 = 3.47 cm2 * พ้ืนที่หนา้ตดัสุทธิประสิทธิผลที่ตอ้งการ ( e A ) = u 0.5F T = (0.5 4,100) 5,000 = 2.44 cm2 การต่อที่ปลายอาศยัการเชื่อมเพียงขาเดียวของเหล็กฉาก : จะได้ U = 0.85 และ n A = g A
e A = n UA = g UA g A = U A e = 0.85 2.44 = 2.87 cm2 ** ดงัน้นัตอ้งการ g A เท่ากบั 3.47 cm2 (เลือกค่ามากระหวา่ง * และ **) ลองเลือก L 50 50 4 mm (ให้ g A = 3.89 cm2 > 3.47 cm2 ) ตรวจสอบ : 1. แรงดึงที่รับได้ T = 0.60 y F g A = 0.60 2,400 3.89 = 5,601.60 kg T = 0.50 u e F A = 0.50 4,100 (0.85 3.89) = 6,778.33 kg แรงดึงสูงสุดที่รับไดเ้ท่ากบั 5,601.60 kg > 5,000 kg ใช้ได้ 2. อตัราส่วนความชะลูด min. r = x r = y r = 1.53 cm อตัราส่วนความชะลูด = 1.53 1150 = 98.04 < 300 ใช้ได้ ดงัน้นั ใช้L 50 50 4 mm เป็นชิ้นส่วนค้า ยนัในโครงขอ้หมุนได้ (ข) ออกแบบโดยเลือกใช้เหล็กกลมกลวง g A = y 0.60F T = (0.60 2,400) 5,000 = 3.47 cm2 * e A = u 0.5F T = (0.5 4,100) 5,000 = 2.44 cm2 การต่อที่ปลายอาศยัการเชื่อมโดยรอบ จะได้ U = 1.00 และ n A = g A e A = n UA = g UA g A = U A e = 1 2.44 = 2.44 cm2 ** ดงัน้นัตอ้งการ g A เท่ากบั 3.47 cm2 (เลือกค่ามากระหวา่ง * และ **) ลองเลือก Ø 42.7 2.8 mm (ให้ g A = 3.51 cm 2 > 3.47 cm2 )
ตรวจสอบ : 1. แรงดึงที่รับได้ T = 0.60 y F g A = 0.60 2,400 3.51 = 5,054.40 kg T = 0.50 u e F A = 0.50 4,100 (1.00 3.51) = 7,195.50 kg แรงดึงสูงสุดที่รับไดเ้ท่ากบั 5,054.40 kg > 5,000 kg ใช้ได้ 2. อตัราส่วนความชะลูด min. r = 1.41 cm อตัราส่วนความชะลูด = 1.41 1150 = 106.38 < 300 ใช้ได้ ดงัน้นั ใช้Ø 42.7 2.8 mm เป็นชิ้นส่วนค้า ยนัในโครงขอ้หมุนได้ 8.6 สรุปเน ื้อหา ส่วนโครงสร้างเหล็กรับแรงดึงตามแนวแกน สามารถพบเห็นได้ในโครงสร้าง ต่างๆ เช่น โครงขอ้หมุนในโครงหลงัคา สะพาน เสาส่งไฟฟ้าแรงสูง และเคเบิ้ล เป็นตน้ ในการออกแบบจะใช้ตามหลักการของวิธี ASD กล่าวคือ ค่าของหน่วยแรงดึงที่เกิดข้ึน จริงจะตอ้งมีค่าไม่เกินกวา่หน่วยแรงดึงที่ยอมให้และเนื่องจากแรงดึงมีลกัษณะทา ให้ส่วน โครงสร้างเป็นเส้นตรงอยแู่ลว้ดงัน้นั ในการออกแบบส่วนโครงสร้างรับแรงดึงจึงมกัจะไม่ ค่อยคา นึงถึงในเรื่องของการโก่งตวัทางแนวดิ่ง แต่ถึงอยา่งไรมาตรฐานไดก้า หนดให้มีการ ตรวจสอบค่าอตัราส่วนความชะลูดข้ึน เพื่อดูว่าหากส่วนโครงสร้างมีความชะลูดข้ึน ปัญหาในเรื่องการโก่งตวัทางดา้นขา้งและการแกวง่ของโครงสร้างจะเกิดข้ึนหรือไม่ แต่สิ่งส าคญัที่จะตอ้งพิจารณาในการออกแบบส าหรับส่วนโครงสร้างรับแรงดึง คือ ปัญหาในการชา รุดหรือวิบตัิของโครงสร้างตรงบริเวณจุดต่อ เพราะบริเวณน้ีจะทา ให้ พ้ืนที่หน้าตดัของส่วนโครงสร้างลดลง เนื่องจากจะตอ้งมีการเจาะแลว้ใชส้ลกัเกลียวหรือ หมุดย้า เพื่อยึดเหล็กให้ติดกนัจึงทา ให้ส่วนโครงสร้างรับแรงไดน้อ้ยลง ดงัน้นัมาตรฐาน จึงไดม้ีการกา หนดให้ใชพ้ ้ืนที่หนา้ตดัสุทธิ( n A ) โดยหกัลบจากพ้ืนที่รูเจาะ ( h A ) ไป คา นวณออกแบบเพื่อเลือกหาขนาดหรือประเมินกา ลงัในการรับแรงของส่วนโครงสร้าง รับแรงดึงน้นั
อย่างไรก็ตาม พ้ืนที่หน้าตดัที่ใช้จะเป็นพ้ืนที่หน้าตดัสุทธิที่มีค่าน้อยที่สุด โดย จะตอ้งทา การประเมินแนวการชา รุดเสียหายที่หนา้ตดัของชิ้นส่วน ซ่ึงเรียกวา่ “หน้าตัดใน แนววิกฤติ” (Critical Section) หากแนวใดที่ให้ค่าพ้ืนที่หนา้ตดัสุทธินอ้ยกวา่แนวอื่นๆ ก็จะนา หนา้ตดัในแนวน้นัซ่ึงเรียกวา่ “หน้าตัดสุทธิในแนววิกฤติ” (Critical Net Section) ซ่ึงมีพ้ืนที่หน้าตดัสุทธิน้อยที่สุดไปคา นวณออกแบบ ท้งัน้ีมาตรฐานยงัได้ก าหนดค่า พ้ืนที่หนา้ตดัสุทธิที่ใชจ้ะตอ้งมีค่าไม่เกิน 85 % ของพ้ืนที่หนา้ตดัท้งหมด ั ( g A ) ของส่วน โครงสร้างรับแรงดึงน้นันนั่คือ n A < 0.85 g A ดงัที่ไดก้ล่าวขา้งตน้พ้ืนที่หนา้ตดัสุทธิ( n A ) ที่น้อยที่สุด จะถูกน าไปใช้ส าหรับ ส่วนโครงสร้างรับแรงดึงที่รับแรงเตม็หนา้ตดั ในบางคร้ังหากส่วนโครงสร้างรับแรงดึงได้ ไม่เต็มหน้าตดัเช่น ในกรณีของเหล็กฉากที่ขาถูกยึดติดเพียงขา้งเดียว เป็นตน้จะทา ให้ แต่ละขารับแรงไดไ้ม่เท่ากนัจึงส่งผลใหห้นา้ตดัรับแรงไดน้อ้ยลงดว้ย ตามมาตรฐานจึงได้ กา หนดให้ใชค้ ่าพ้ืนที่หนา้ตดสุทธิประสิทธิผล ั ( e A ) ไปใช้ในการค านวณออกแบบ ซึ่ง สามารถทา ได้โดยการลดค่าของพ้ืนที่หน้าตดัสุทธิน้อยที่สุดลง โดยการนา ตวัคูณลดค่า (U) เข้าไปคูณ หรือเขียนได้เป็ น e A = U n A ส าหรับการยึดต่อดว้ยสลกัเกลียวหรือ หมุดย้า และ e A = U g A ส าหรับการยึดต่อดว้ยการเชื่อม และนอกจากน้ีมาตรฐาน ยงัไดก้า หนดให้ e A < 0.85 g A เช่นเดียวกนัส าหรับค่า U ให้เลือกใช้ตามที่มาตรฐาน ได้กา หนด ไม่ว่าการยึดน้ันจะกระทา โดยใช้สลกัเกลียว หมุดย้า หรือโดยวิธีการเชื่อม ก็ตาม โดยมีเงื่อนไขต่างๆตามสภาพการยึดที่ตรงจุดต่อ ท้งัน้ีส าหรับส่วนโครงสร้างที่รับ แรงดึงเตม็หนา้ตดัจะใชค้่า U = 1 ดงัน้นัเมื่อยึดดว้ยสลกัเกลียวจะไดว้า่ e A = n A และ เมื่อยดึดว้ยการเชื่อมจะไดว้า่ e A = g A
แบบฝึ กหัดประจ าบท 1. จงค านวณหาความกว้างสุทธิ ( W n ) ของแผ่นเหล็ก กา หนดให้รูเจาะใช้สลักเกลียว ขนาดเส้นผา่นศูนยก์ลาง 16 mm และแผน่เหล็กหนา 9 mm 2. จงคา นวณหาพ้ืนที่หน้าตดัสุทธิ( n A ) ของแผ่นเหล็ก กา หนดให้รูเจาะใช้หมุดย้า ขนาดเส้นผา่นศูนยก์ลาง 19 mm และแผน่เหล็กหนา 10 mm 5 cm 12 cm 5 cm 8 cm A D E B C A D B C 6 cm 10 cm 6 cm
3. จงคา นวณหาพ้ืนที่หน้าตดัสุทธิ( n A ) ของเหล็กฉากขนาด 120 120 8 mm กา หนดใหรูเจาะใช้ ้ สลักเกลียวขนาดเส้นผา่นศูนยกลาง์ 16 mm 4. จงหาแรงดึงสูงสุดที่เหล็กฉากขนาด 65 65 8 mm จะรับได้ ซึ่งขาท้งัสองขา้งของ เหล็กฉากถูกยึดด้วยสลกัเกลียวขนาดเส้นผา่นศูนยก์ลาง 12 mm กา หนดใชเ้หล็กที่มีค่า y F = 2,400 kg/cm2 และ u F = 4,100 kg/cm2 D 0.8 cm 6 cm cm 12 cm cm 12 cm 4 cm 4 cm 6 cm 6 cm A B C E D 23.2 cm 4 cm 9.2 cm 4 cm L 65 65 8 mm P
5. จงคา นวณหาขนาดของเหล็กหน้าตดั ปีกกวา้งดงัภาพ เพื่อรับน้า หนัก 50,000 kg กา หนดใชส้ลกัเกลียวขนาดเส้นผา่นศูนยก์ลาง 19 mm ยึดสองแถวและแถวละสามตัวใน แต่ละปีก โดยใชเ้หล็กที่มีค่า y F = 2,400 kg/cm2 และ u F = 4,100 kg/cm2 WF P
เอกสารอ้างอิง กวี หวังนิเวศน์กุล. (2553). การออกแบบโครงสร้างเหล็กและไม้เบื้องต้น. กรุงเทพฯ : โรงพิมพ์หจก. รุ่งแสงการพิมพ.์ ณัฐวุฒิ อัศวสงคราม, วนัเฉลิม กรณ์เกษมและประกิจ เปรมธรรมกร. (ม.ป.ป.). การออกแบบโครงสร้างไม้และเหล็ก. กรุงเทพฯ : ภาควิชาวิศวกรรมโยธา มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีมหานคร. ทนงศกัด์ิแสงวฒันะชยั. (2539). การออกแบบโครงสร้างไม้และเหล็ก. พิมพค์ร้ังที่ 3. ขอนแก่น : คณะวศิวกรรมศาสตร์มหาวทิยาลยัขอนแก่น. มนัส อนุศิริ. (2542). การออกแบบโครงสร้างไม้และเหล็ก. พิมพค์ร้ังที่ 4. กรุงเทพฯ : ซีเอด็ยเูคชนั่ . วนิิต ช่อวเิชียร. (2539). การออกแบบโครงสร้างเหล็ก. กรุงเทพฯ : หา้งหุน้ ส่วนจา กดั ป. สัมพันธ์พาณิชย์. สมเกียรติรุ่งทองใบสุรีย. (2546). ์ การออกแบบโครงสร้างเหล็ก. พิมพค์ร้ังที่ 5. กรุงเทพฯ : คณะวิศวกรรมศาสตร์ มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีพระจอมเกล้าธนบุรี. สมาคมวศิวกรรมสถานแห่งประเทศไทย ในพระบรมราชูปถัมภ์. (2548). มาตรฐาน ส าหรับอาคารเหลก็รูปพรรณ. พิมพค์ร้ังที่ 3. กรุงเทพฯ.
แผนบริหารการสอนประจ าบทที่ 9 หัวข้อเนื้อหาประจ าบท บทที่ 9 ส่วนโครงสร้างเหล็กรับแรงอัดตามแนวแกน 3 คาบ 9.1 หนา้ตดัของส่วนโครงสร้างรับแรงอัด 9.2 ลักษณะการวิบัติของส่วนโครงสร้างรับแรงอัด 9.3 การออกแบบส่วนโครงสร้างรับแรงอัด 9.4 ความยาวประสิทธิผล (Effective Length) 9.5 วิธีค านวณส่วนโครงสร้างรับแรงอัด 9.6 สรุปเน้ือหา แบบฝึ กหัดประจ าบท เอกสารอ้างอิง วตัถุประสงค ์ เชิงพฤติกรรม 1. เพื่อให้ผู้ศึกษามีความรู้และความเข้าใจในหลักเกณฑ์การออกแบบส่วน โครงสร้างเหล็กรับแรงอัดตามแนวแกน 2. เพื่อให้ผู้ศึกษาสามารถหาค่าความยาวประสิทธิผลของเสาไดอ้ยางถูกต้อง ่ 3. เพื่อให้ผู้ศึกษาสามารถจ าแนกประเภทเสา และบอกลักษณะการวิบัติของเสา ไดอ้ยา่งถูกตอ้ง 4. เพื่อให้ผู้ศึกษาสามารถวิเคราะห์หาค่ากา ลงัในการรับแรงอดัโดยปลอดภยัของ ส่วนโครงสร้างเหล็กไดอ้ยา่งถูกตอ้ง 5. เพื่อให้ผู้ศึกษาสามารถค านวณออกแบบ เพื่อเลือกหาขนาดหน้าตดัของส่วน โครงสร้างเหล็กรับแรงอดัไดอ้ยา่งถูกตอ้งและเหมาะสม วิธีสอนและกิจกรรมการเรียนการสอนประจ าบท 1. บรรยายประกอบแผน่ ใสตามหวัขอ้เน้ือหาประจา บท ในระหวา่งการบรรยาย ผู้สอนจะท าการซักถามความเข้าใจของผู้ศึกษาเป็ นระยะๆ และเปิ ดโอกาสให้ผู้ศึกษาได้ ซกัถามหากไม่เข้าใจหรือมีความสงสัยตลอดการบรรยาย
2. ผสู้อนทา การสร้างโจทยป์ ัญหาประจา บท พร้อมท้งับรรยายวธิีการและเทคนิค ต่างๆในการแกโ้จทยป์ ัญหาแต่ละขอ้เพื่อให้ผูศ้ึกษาไดม้ีความรู้และความเขา้ใจในเน้ือหา และทฤษฎีที่มากยงิ่ข้ึน 3. ผสู้อนทา การสรุปเน้ือหาประจา บท และเปิ ดโอกาสให้ผู้ศึกษาได้ซักถาม 4. ผู้สอนมอบหมายงานให้ท าแบบฝึ กหัดประจ าบท สื่อการเรียนการสอน 1. เอกสารประกอบการสอน 2. แผน่ ใส 3. แบบฝึ กหัดประจ าบท การวัดและการประเมินผล การวัดผล 1. สังเกตพฤติกรรมในการเรียนและการมีส่วนร่วมของผศู้ึกษา 2. ความเป็ นระเบียบเรี ยบร้อยและความถูกต้องของแบบฝึ กหัด ประจ าบทที่มอบหมายให้ผู้ศึกษาท า การประเมินผล การประเมินผลเป็นคะแนนดิบเพื่อนา มารวมเป็นคะแนนระหวา่งภาค ดงัน้ี 1. ความสนใจและการมีส่วนร่วมในช้นัเรียน 5 คะแนน 2. แบบฝึ กหัดประจ าบท 5 คะแนน
บทที่ 9 ส่วนโครงสร้างเหล็กรับแรงอัดตามแนวแกน ส่วนโครงสร้างรับแรงอัด (Compression Member) เป็ นส่วนของโครงสร้างที่รับ แรงอัดที่กระทา ผา่นจุดศูนยถ์ ่วงของหน้าตัด สามารถพบเห็นไดท้วั่ ไปในโครงสร้างเหล็ก โดยเฉพาะเสา และยงัมีส่วนโครงสร้างอื่นๆอีก เช่น จันทัน โครงสะพาน และค้า ยนั ต่างๆ เป็นต้น ดังแสดงในภาพที่ 9.1 ในการออกแบบจะมีความแตกต่างจากส่วน โครงสร้างเหล็กรับแรงดึง กล่าวคือ ส าหรับส่วนโครงสร้างเหล็กรับแรงอดัจะพิจารณา ผลจากความชะลูดของชิ้นส่วน ซ่ึงจะมีผลต่อก าลังในการรับน้ าหนัก และจะใช้ พ้ืนที่หนา้ตดัเตม็ในการคา นวณออกแบบ โดยไม่ตอ้งหกัลบออกจากพ้ืนที่ของรูเจาะต่างๆ ภาพที่ 9.1 โครงสร้างเสาเหล็กรูปพรรณรับแรงอัด ที่มา (EATC, 2552) 9.1 หน้าตัดของส่วนโครงสร้างรับแรงอัด รูปร่างหนา้ตดัของส่วนโครงสร้างรับแรงอดัที่ใช้กนั โดยทวั่ ไปมีอยู่หลายรูปแบบ ดังแสดงในภาพที่ 9.2 ในการเลือกใช้รูปตัดควรค านึงถึงขนาดที่มีขายตามท้องตลาดและ ลกัษณะการน าไปใช้งาน เช่น ถ้าตอ้งการใช้เป็นเสาเหล็กที่ตอ้งการรับน้า หนักมากๆ ก็ควรเลือกเป็นแบบรูปตดัปีกกวา้ง เป็นตน้หรือในบางคร้ังอาจมีความจา เป็นตอ้งทา เป็น