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. เทิดศกัด์ิ สายสุทธ์ิ. (2552). เหล็กโครงสร้างรูปพรรณ. วิศวกรรมสารเอเชียอาคเนย์. 5(1 มิถุนายน-พฤศจิกายน) : 41-51. มงคล จิรวัชรเดช. (2548). การออกแบบโครงสร้างเหล็ก. พิมพค์ร้ังที่ 3. นครราชสีมา : สาขาวิชาวิศวกรรมโยธา มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีสุรนารี. มงคล จิรวัชรเดช. (2548). การออกแบบโครงสร้างไม้และเหล็ก. วิชาออนไลน์ สาขาวิชา วิศวกรรมโยธา มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีสุรนารี. ค้นเมื่อ 25 พฤศจิกายน 2553, จาก http://www.sut.ac.th/engineering/Civil/CourseOnline/430432/index.html 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. Griffin, P. (2007). Steel Beam. ค้นเมื่อ 4 กุมภาพันธ์ 2554, จาก http://www.publicdomainpictures.net/view-image.php?image=2303 &picture=steel-beam
แผนบริหารการสอนประจ าบทที่ 11 หัวข้อเนื้อหาประจ าบท บทที่ 11 รอยต่อโครงสร้างเหล็ก 6 คาบ 11.1 หมุดย้า (Rivetes) 11.2 สลักเกลียว (Bolts) 11.3 ชนิดการต่อของอุปกรณ์ยึด 11.4 ลกัษณะการวบิตัิที่รอยต่อของอุปกรณ์ยดึ 11.5 การจัดระยะของอุปกรณ์ยึด 11.6 ขนาดรูเจาะของอุปกรณ์ยึด 11.7 ประเภทของรอยต่อยดึ 11.8 การรับกา ลงัของรอยต่อด้วยหมุดย้า หรือสลกัเกลียว 11.9 การต่อโครงสร้างเหล็กโดยการเชื่อม 11.10 ชนิดของรอยเชื่อม 11.11 ชนิดของรอยต่อเชื่อม 11.12 สัญลักษณ์ของการเชื่อม 11.13 ชนิดและคุณสมบัติของลวดเชื่อม 11.14 หน่วยแรงที่ยอมใหข้องรอยเชื่อม 11.15 กา ลงัของรอยเชื่อม 11.16 ขอ้กา หนดสา หรับรอยเชื่อมแบบพอก 11.17 สรุปเน้ือหา แบบฝึ กหัดประจ าบท เอกสารอ้างอิง วตัถุประสงค ์ เชิงพฤติกรรม 1. เพื่อให้ผู้ศึกษามีความรู้และความเข้าใจคุณสมบตัิของหมุดย้า สลกัเกลียว และลวดเชื่อม สา หรับที่จะนา ไปใชใ้นรอยต่อของโครงสร้างเหล็ก 2. เพื่อให้ผู้ศึกษามีความรู้และความเขา้ใจในหลกัเกณฑ์การออกแบบรอยต่อด้วย หมุดย้า หรือสลกัเกลียว และรอยต่อดว้ยวธิีการเชื่อม
3. เพื่อให้ผู้ศึกษาสามารถวเิคราะห์หาค่าแรงสูงสุดที่รอยต่อน้นัจะรับได้ส าหรับ รอยต่อโครงสร้างเหล็กดว้ยหมุดย้า หรือสลกัเกลียว และรอยต่อดว้ยวธิีการเชื่อม 4. เพื่อให้ผู้ศึกษาสามารถค านวณออกแบบ เพื่อเลือกหาขนาดและจ านวนของ หมุดย้า สลกัเกลียว พร้อมกบัจดัระยะเรียงไดอ้ยา่งถูกตอ้งและเหมาะสม 5. เพื่อให้ผู้ศึกษาสามารถค านวณออกแบบ เพื่อเลือกหาขนาดของรอยเชื่อมและ ความยาวในการเชื่อม สา หรับรอยต่อดว้ยวธิีการเชื่อมไดอ้ยา่งถูกตอ้งและเหมาะสม 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 การประเมินผลเป็ นคะแนนดิบเพื่อน ามารวมเป็นคะแนนระหวา่งภาค ดงัน้ี 1. ความสนใจและการมีส่วนร่วมในช้นัเรียน 5 คะแนน 2. แบบฝึ กหัดประจ าบท 5 คะแนน
บทที่ 11 รอยต่อโครงสร้างเหล็ก ชิ้นส่วนต่างๆเมื่อน ามาประกอบกันเป็นโครงสร้างเหล็ก เพื่อให้ชิ้นส่วน โครงสร้างยึดเขา้กนั ได้จา เป็นที่จะตอ้งออกแบบรอยต่อของโครงสร้างเหล็กให้มีความ แข็งแรง ถึงแม้ว่าชิ้นส่วนโครงสร้างจะมีความแข็งแรงก็ตาม หากตรงบริเวณรอยต่อ ไม่สามารถตา้นทานต่อแรงที่เกิดข้ึนได้โครงสร้างก็อาจเกิดการวิบตัิหรือพงัทลายลงได้ ส าหรับรอยต่อของโครงสร้างเหล็กที่พบเห็นทวั่ ไป ได้แก่รอยต่อโดยการใช้หมุดย้า (Rivets) สลักเกลียว (Bolts) ดังแสดงในภาพที่ 11.1 และอาจใช้วิธีการเชื่อม (Welding) เพื่อยึดติดกนัซ่ึงกา ลงัเป็นที่นิยมในปัจจุบนัดงัแสดงในภาพที่ 11.2 ส าหรับการออกแบบ รอยต่อในโครงสร้างเหล็ก มกัจะกระทา โดยการคา นวณหากา ลงัของอุปกรณ์ยึดต่างๆหรือ กา ลังของรอยเชื่อมก่อน จากน้ันจึงกา หนดจา นวนของอุปกรณ์ยึดหรือความยาวของ การเชื่อม เพื่อให้รับแรงที่ตรงรอยต่อน้ันได้ ส าหรับรอยต่อแต่ละประเภทที่ได้กล่าว ข้างต้น มาตรฐานได้ก าหนดหลักเกณฑ์และวิธีการออกแบบไว้ซ่ึงจะได้กล่าวใน รายละเอียดอีกต่อไป (ก) รอยต่อดว้ยหมุดย้า (ข) รอยต่อดว้ยสลกัเกลียว ภาพที่ 11.1 รอยต่อโครงสร้างเหล็กดว้ยหมุดย้า หรือสลกัเกลียว ที่มา (ExtendeD, 2551) และ (สา เริง ฤทธ์ิพริ้ง, 2552)
ภาพที่ 11.2 รอยต่อโครงสร้างเหล็กดว้ยการเชื่อม ที่มา (Bangkok Glass Footbal Club, 2553) 11.1 หมุดยา ้ (Rivetes) หมุดย้า ดังแสดงในภาพที่ 11.3 เป็นอุปกรณ์ที่ใช้ยึดส่วนโครงสร้างเหล็ก จะประกอบไปด้วยส่วนหัวซ่ึงปกติมีลักษณะกลมและส่วนก้าน เหมาะส าหรับการยึด โครงสร้างที่ต้องรับแรงสั่นสะเทือน เช่น โครงถักของสะพาน เป็นต้น การยึดของ หมุดย้า ทา ได้โดยสอดหมุดย้า ผ่านทางรูเจาะที่เตรียมไว้จากน้ันทา การย้า ที่ปลายของ หมุดย้า ใหแ้ผอ่อกปิดที่ผวินอกของเหล็ก ภาพที่ 11.3 ลกัษณะของหมุดย้า แบบต่างๆ ที่มา (กวี หวังนิเวศน์กุล, 2553, หน้า 127)
มาตรฐานส าหรับอาคารเหล็กรูปพรรณของ ว.ส.ท. ได้แบ่งหมุดย้า ออกเป็น 3 ประเภท คือ หมุดย้า ASTM A502 Grade 1, หมุดย้า ASTM A502 Grade 2 และ หมุดย้า ASTM A502 Grade 3 (สมาคมวิศวกรรมสถานแห่งประเทศไทยฯ. 2548 : 80) ท้งัน้ีคุณสมบตัิของหมุดย้า แต่ละประเภท วนิิต ช่อวเิชียร (2539 : 171) ไดก้ล่าวไวด้งัน้ี 1. หมุดย้า ชนิด ASTM A502 Grade 1 เป็นชนิดที่ใช้ทั่วไป ทา จากเหล็กกล้าคาร์บอน (มีปริ มาณคาร์บอนประมาณ 0.8 %) มีกา ลงัจุดคลากประมาณ 1,950 kg/cm2 2. หมุดย้า ชนิด ASTM A502 Grade 2 เป็นหมุดย้า ที่มีกา ลงัสูงกวา่แบบแรก ทา จากเหล็กกลา้คาร์บอน-แมงกานีส มีกา ลงั จุดคลากประมาณ 2,650 kg/cm2 ใชส้า หรับต่อแผน่ โลหะที่ทา ดว้ยเหล็กกลา้กา ลงัสูง 3. หมุดย้า ชนิด ASTM A502 Grade 2 เป็นหมุดย้า ที่เหมือนกบัแบบที่สอง แต่จะทนต่อการผกุร่อนไดสู้งมาก 11.2 สลักเกลียว (Bolts) สลักเกลียวเป็นอุปกรณ์ยึดส่วนโครงสร้างเหล็กที่นิยมใชก้นั ในปัจจุบนัและมีอยู่ หลายชนิด ส่วนประกอบของสลกัเกลียวจะประกอบด้วยส่วนหัว ซ่ึงอาจเป็นหัวแบบ สี่เหลี่ยมหรือหกเหลี่ยม และที่กา้นจะทา เป็นเกลียวเพื่อใช้ส าหรับขนันอตยึดติดกบัเหล็ก โครงสร้างโดยมีแหวนเป็ นตัวรองรับ ดังแสดงในภาพที่ 11.4 ภาพที่ 11.4 ส่วนประกอบของสลกัเกลียว ที่มา (วนิิต ช่อวเิชียร, 2539, หน้า 171)
สลกัเกลียวที่ใชก้นัตามมาตรฐานส าหรับอาคารเหล็กรูปพรรณของ ว.ส.ท. ไดแ้ก่ สลักเกลียว ASTM A307, ASTM A325, ASTM A449 และ ASTM A490 และได้ จดัแบ่งประเภทของสลกัเกลียวตามการใช้งานออกเป็ น 2 ประเภทดงัน้ี(ทนงศกัด์ิแสง วัฒนะชัย. 2539 : 264) 1. สลักเกลียวธรรมดา (Ordinary Bolt) หรือมีชื่อเรียกอีกอยา่งหน่ึงวา่สลกัเกลียวไม่แต่งผิว (Unfinished Bolt) เป็ น สลกัเกลียวที่ถูกนา มาใชเ้พื่อการยึดต่อองคอ์าคารรองหรือค้า ยนัต่างๆ ซ่ึงรับน้า หนกัสถิต (Static Load) ทา ข้ึนจากเหล็กกลา้คาร์บอนต่า มีกา ลงัจุดคลากประมาณ 2,400 kg/cm2 และตามมาตรฐานของ AISC สลกัเกลียวชนิดน้ีถูกจดัเป็นชนิด ASTM A307 2. สลกัเกลียวกา ลงัสูง (High Strength Bolt) เป็ นสลักเกลียวที่ท าจากเหล็กกลา้กา ลงัสูง มีกา ลงัจุดคลากประมาณ 5,200-6,300 kg/cm2 ตามมาตรฐานของ AISC สลกัเกลียวกา ลงัสูงถูกจดัไวเ้ป็น 3 ชนิด คือ ASTM A325 , ASTM A449 และ ASTM A490 สลักเกลียว 2 ชนิดแรกมีคุณสมบัติในการรับ กา ลงัใกลเ้คียงกนั โดยที่สลกัเกลียวชนิด A449 จะรับกา ลงัไดสู้งกว่าเล็กน้อย ส่วน สลักเกลียวชนิด A490 จะรับกา ลงัไดสู้งกวา่ 2 ชนิดแรก 11.3 ชนิดการต่อของอปุกรณ ์ ยดึ การต่อโครงสร้างเหล็กโดยใช้หมุดย้า หรือสลกัเกลียว สามารถแบ่งออกเป็น 2 ชนิดดงัน้ี 11.3.1 การต่อทาบ (Lap joint) การต่อลกัษณะน้ีเป็ นการนา แผ่นเหล็กมาวางซ้อนหรือทาบลงบนอีกแผ่นหน่ึง แลว้เจาะรูใส่หมุดย้า หรือสลกัเกลียวให้ยึดติดกนัดงัแสดงในภาพที่ 11.5 (ก) การต่อน้ีอาจ ใช้หมุดย้า หรือสลกัเกลียวแถวเดียวหรือมากกว่าซ่ึงข้ึนกบัขนาดของแรงที่กระทา ข้อเสีย ของการต่อแบบน้ีคือศูนยถ์ ่วงของแรงในแต่ละชิ้นส่วนโครงสร้างจะไม่ตรงกนัจึงทา ให้ บริเวณตรงจุดต่อเกิดโมเมนต์ดัดข้ึนอนัเป็นผลจากโมเมนต์ของแรงคู่ควบ ส่งผลทา ให้ กา ลงัตรงจุดต่อลดลง
ภาพที่ 11.5 ลกัษณะของการต่อเหล็กดว้ยหมุดย้า หรือสลกัเกลียว ที่มา (มงคล จิรวัชรเดช, 2548, หน้า 11-2) 11.3.2 การต่อชน (Butt joint) การต่อลักษณะน้ีเป็นการน าเหล็กมาวางชนกัน ใช้แผ่นเหล็กประกับที่จะต่อ แล้วเจาะรูใส่หมุดย้า หรือสลกัเกลียวให้ยึดติดกนั ซ่ึงอาจจะต่อโดยใช้แผ่นประกบัเดี่ยว (Single cover butt joint) แต่รอยต่อแบบน้ีจะมีการเย้ืองศูนยท์า ให้มีการดดัเกิดข้ึน เช่นเดียวกบัการต่อทาบ หรืออาจจะเป็นแผน่ ประกบัคู่ (Dubble cover butt joint) ดังแสดงในภาพที่ 11.5 (ข) ซึ่งรอยต่อแบบน้ีจะไม่มีการเย้ืองศูนย ์เพราะแนวแรงอยูต่รง กบัแนวของส่วนของโครงสร้าง การต่อชนิดน้ีจึงไดร้ับความนิยมกวา่ 11.4 ลกัษณะการวิบัติทรี่อยต่อของอปุกรณ ์ ยดึ การวบิตัิของโครงสร้างเหล็กที่รอยต่อดว้ยหมุดย้า หรือสลกัเกลียว สามารถเกิดข้ึน ได้หลายรูปแบบดังแสดงในภาพที่ 11.6 (ก) การต่อเหล็กแบบทาบ (ข) การต่อเหล็กแบบชน
ภาพที่ 11.6 รูปแบบการวบิตัิของรอยต่อดว้ยหมุดย้า หรือสลกัเกลียว ที่มา (มนัส อนุศิริ, 2542, หน้า 173) การวิบตัิโดยทวั่ ไปที่รอยต่อด้วยหมุดย้า หรือสลกัเกลียว จะเป็นดงัภาพที่ 11.6 (ก), (ข) และ (ค) คือ เกิดข้ึนเนื่องจากตวัอุปกรณ์ยึดมีจา นวนนอ้ย ไม่สามารถตา้นทาน ต่อแรงเฉือนและแรงกดที่เกิดข้ึนได้ส าหรับภาพที่ 11.6 (ง) เป็ นลักษณะการวิบัติที่ จุดต่อเนื่องจากแรงดึง โดยแผน่เหล็กไม่สามารถตา้นทานต่อแรงไดเ้นื่องจากมีขนาดเล็กไป ส่วนภาพที่ 11.6 (จ) เป็นการวิบตัิที่แผน่เหล็กเนื่องจากแรงเฉือน เกิดข้ึนจากการเลือกใช้ แผ่นเหล็กที่มีความหนาน้อยเกินไป หรือตา แหน่งของอุปกรณ์ยึดอยู่ใกล้กับขอบของ แผน่เหล็กมากเกินไป และภาพที่ 11.6 (ฉ) เป็ นลักษณะการวิบัติเนื่องจากแรงดัดที่ตัวของ อุปกรณ์ยดึท้งัน้ีเนื่องมาจากการใชข้นาดของอุปกรณ์ยึดที่เล็กเกินไป เพื่อใชย้ึดแผน่เหล็ก หลายแผน่เขา้ดว้ยกนั 11.5 การจัดระยะของอปุกรณ ์ ยดึ การต่อโครงสร้างเหล็กโดยการใช้หมุดย้า หรือสลกัเกลียว อาจต่อเป็นแถวเดียว (Chain) หรือเป็นแบบหลายแถวต่อเย้ืองกนั (Zigzag) และเพื่อป้องกนัการวิบตัิที่ตรง
จุดต่อ จา เป็นที่จะตอ้งจดัระยะต่างๆของอุปกรณ์ยึดให้เหมาะสม ซ่ึงมีรายละเอียดและ ขอ้กา หนดต่างๆที่ควรทราบดงัน้ี 11.5.1 สัญลักษณ์ที่ใช้แทนการจัดระยะต่างๆ ภาพที่ 11.7 สัญลกัษณ์ต่างๆในการจดัระยะของหมุดย้า หรือสลกัเกลียว จากภาพที่ 11.7 ระยะในแนวรูเจาะ (Pitch Distance) คือ ระยะห่างระหวา่ง ศูนยก์ลางของหมุดย้า หรือสลกัเกลียว และอยูใ่นทิศทางเดียวกนักบัแรง ใช้สัญลักษณ์ คือ “s ” ระยะห่างแนวรูเจาะหรือระยะเกจ (Gage Distance) คือ ระยะห่างระหว่าง ศูนยก์ลางของหมุดย้า หรือสลกัเกลียว และอยูใ่นทิศทางต้งัฉากกบัแรง ใช้สัญลักษณ์ คือ “g” ระยะปลาย (End Distance) คือ ระยะระหวา่งขอบของโครงสร้างหรือของ แผ่นเหล็กประกับถึงศูนยก์ลางของหมุดย้า หรือสลกัเกลียวตวันอกสุด และอยู่ในแนว เดียวกบัแรง ใช้สัญลักษณ์ คือ “e1” ระยะขอบ (Edge Distance) คือ ระยะระหว่างขอบของโครงสร้างหรือของ แผ่นเหล็กประกับถึงศูนย์กลางของหมุดย้า หรือสลักเกลียวตัวนอกสุด และอยู่ใน แนวต้งัฉากกบัแรง ใช้สัญลักษณ์ คือ “e2” e1 s s g e2 e2 P
11.5.2 ข้อกา หนดส าหรับการจัดระยะของหมุดยา ้หรือสลักเกลยีว 1. ระยะในแนวรูเจาะ (s) จะตอ้งไม่นอ้ยกวา่ 3 2 2 เท่าของขนาดเส้น ผา่นศูนยก์ลางของหมุดย้า หรือสลกัเกลียว แต่นิยมใชไ้ม่นอ้ยกวา่3 เท่าของขนาดเส้นผา่น ศูนย์กลางของหมุดย้า หรือสลกัเกลียว 2. ระยะเกจ (g) จะตอ้งไม่นอ้ยกวา่3 เท่าของขนาดเส้นผา่นศูนยก์ลาง หมุดย้า หรือสลกัเกลียว แต่ตอ้งไม่เกิน 32 เท่าของความหนานอ้ยที่สุดของเหล็กที่ยดึ 3. ระยะขอบและระยะปลาย (e1 และ e2) จะตอ้งไม่นอ้ยกวา่ 1.5 ถึง 2.0 เท่าของขนาดเส้นผา่นศูนยกลาง์หมุดย้า หรือสลกัเกลียว แต่ตอ้งไม่เกิน 12 เท่าของ ความหนาแผน่เหล็กที่ถูกยดึ และไม่ควรเกิน 15 cm 11.6 ขนาดรูเจาะของอปุกรณ ์ ยดึ การเจาะรูเพื่อใส่หมุดย้า หรือสลกัเกลียว ขนาดของรูเจาะจะข้ึนอยู่กบัขนาดของ หมุดย้า หรือสลกัเกลียว แต่จา เป็นที่จะตอ้งเจาะให้รูมีขนาดใหญ่กว่า จึงจะสามารถใส่ อุปกรณ์ยดึได้ในทางปฏิบตัิจึงตอ้งเจาะรูใหม้ีขนาดใหญ่กวา่อุปกรณ์ยึดอีก 1.50 mm 11.7 ประเภทของรอยต่อยึด รอยต่อของหมุดย้า หรือสลกัเกลียวในโครงสร้างเหล็ก สามารถจา แนกออกเป็น 2 ประเภทตามลักษณะการรับแรง คือ รอยต่อแบบรับแรงแบกทาน (Bearing Type Connection) และรอยต่อแบบเลื่อนวิกฤติ(Slip-critical Connection) ดังแสดงในภาพที่ 11.8 11.7.1 รอยต่อแบบรับแรงแบกทาน (Bearing Type Connection) เป็นรอยต่อแบบธรรมดาที่สามารถใช้ได้ท้ังหมุดย้า และสลักเกลียว รอยต่อน้ี สามารถขยบัตวัไดบ้า้งเมื่อมีแรงกระทา ซ่ึงทา ไดโ้ดยการขนัที่ไม่แน่นจนเกินไป แต่ก็ยงั ทา ให้อุปกรณ์ยึดสัมผสักับชิ้นส่วนที่ถูกยึดอยู่จึงทา ให้เกิดแรงกดที่ตัวยึดและส่วน โครงสร้างที่นา มาต่อ นนั่คือรอยต่อแบบน้ีตอ้งรับท้งัแรงเฉือนและแรงแบกทาน
ภาพที่ 11.8 ประเภทของรอยต่อยดึ ที่มา (วนิิต ช่อวเิชียร, 2539, หน้า 175) 11.7.2 รอยต่อแบบเลื่อนวิกฤติ (Slip-critical Connection) เป็นรอยต่อที่ไม่มีการขยบัตวัในขณะที่มีแรงกระทา จะใช้กบัสลกัเกลียวกา ลงัสูง ชนิด ASTM A325 และ ASTM A490 เท่าน้นั โดยสลกัเกลียวจะตอ้งถูกขนัจนเกิด แรงดึงไม่นอ้ยกวา่ร้อยละ 70 ของกา ลงัดึงประลยัดงัแสดงในตารางที่ 11.1 จนผิวสัมผัส แน่นเกิดเป็นแรงบีบอดัระหว่างแผ่นเหล็กและสลกัเกลียว ทา ให้รอยต่อเกิดแรงฝืดข้ึน ดงัน้นัรอยต่อแบบน้ีจึงตอ้งรับแรงฝืดหรือแรงเสียดทาน (ก) รอยต่อแบบรับแรงแบกทาน (ข) รอยต่อแบบเลื่อนวิกฤติ
ตารางที่ 11.1 แรงดึงต่า สุดในสลกัเกลียวเมื่อขนัแน่น (กก.) ขนาดของสลักเกลียว (มม.) สลักเกลียวตามมาตรฐาน A325 สลักเกลียวตามมาตรฐาน A490 12 16 19 22 25 28 32 35 38 5,440 8,600 12,700 17,700 23,100 25,400 32,200 38,500 46,700 6,800 10,900 15,900 22,200 29,000 36,300 46,300 54,900 67,200 ที่มา (สมาคมวศิวกรรมสถานแห่งประเทศไทยฯ, 2548, หน้า 86) 11.8 การรับก าลังของรอยต่อด้วยหมุดยา ้หร ื อสลกัเกลยีว การคา นวณหากา ลงัของรอยต่อด้วยหมุดย้า หรือสลกัเกลียว จะอาศัยสมมุติฐาน ดงัน้ี(สนนั่เจริญเผา่และวนิิต ช่อวเิชียร. 2539 : 209) 1. ไม่มีแรงเสียดทานระหว่างแผ่นเหล็กส าหรับการต่อแบบรับแรงแบก ทาน (Bearing Type Connection) 2. หน่วยแรงเฉือนจะเกิดสม่า เสมอที่หนา้ตดัของหมุดย้า หรือสลกัเกลียว 3. การกระจายของหน่วยแรงบนส่วนของแผ่นเหล็ก ระหว่างหมุดย้า หรือสลักเกลียวจะต้องสม ่าเสมอ 4. หมุดย้า หรือสลกัเกลียวที่รวมกนัเป็นกลุ่มจะรับแรงเท่าๆกนั 5. ไม่มีแรงดดัเกิดข้ึนที่หมุดย้า หรือสลกัเกลียว 6. หมุดย้า หรือสลักเกลียวอยเต็มรูเจาะ ู่ และไม่เกิดการเลื่อนไหลระหวา่ง แผน่เหล็ก
11.8.1 การออกแบบรอยต่อรับแรงแบกทาน 1. กา ลังต้านทานแรงเฉือน (Shearing Strength) ถ้าใช้หมุดย้า หรือสลักเกลียวยึดที่แผ่นเหล็ก 2 ชิ้น ดังแสดงในภาพที่ 11.9 (ก) แรงเฉือนจะเกิดข้ึนระนาบเดียว แต่ถา้ใช้แผ่นเหล็ก 3 ชิ้น ดังแสดงในภาพที่ 11.9 (ข) แรงเฉือนจะเกิดข้ึน 2 ระนาบ และถ้าใช้ยึดแผ่นเหล็กมากกวา่3 ชิ้นข้ึนไป แรงเฉือนจะเกิดข้ึนมากกวา่ 2 ระนาบข้ึนไป ภาพที่ 11.9 กา ลงัตา้นทานที่รอยต่อของหมุดย้า หรือสลกัเกลียว ที่มา (กวี หวังนิเวศน์กุล, 2553, หน้า 139) กา ลงัตา้นทานแรงเฉือนที่ยอมให้ของหมุดย้า หรือสลักเกลียว 1 ตัว เมื่อ เกิดแรงเฉือน 1 ระนาบ จะสามารถค านวณได้จากสมการ คือ v P = b A v F สมการที่ 11.1 เมื่อ v P = กา ลงัตา้นทานแรงเฉือนที่ยอมให้ของหมุดย้า หรือ สลักเกลียว 1 ตัว มีแรงเฉือน 1 ระนาบ (kg) b A = พ้ืนที่หน้าตัดของหมุดย้า หรือสลักเกลียว 1 ตัว (cm2 ) v F = หน่วยแรงเฉือนที่ยอมใหข้องหมุดย้า หรือสลกัเกลียว (kg/cm 2 ) ดูได้จากตารางที่ 11.2
ในกรณีที่มีหมุดย้า หรือสลักเกลียวมากกว่า 1 ตัว และมีแรงเฉือน มากกว่า 1 ระนาบ ขนาดของแรงเฉือนที่สลักเกลียวหรือหมุดย้า จะสามารถรับได้ จะค านวณได้โดยใช้จ านวนของอุปกรณ์ยึดและจ านวนระนาบแรงเฉือนคูณด้วยสมการที่ 11.1 ตารางที่ 11.2 หน่วยแรงที่ยอมใหข้องอุปกรณ์ยึด ชนิดของอุปกรณ์ยึด หน่วยแรง ดึงที่ยอม ให้ ( t F ) หน่วยแรงเฉือนที่ยอมให้( v F ) รอยต่อแบบเลื่อนวิกฤติรอยต่อ แบบรับ แรงแบก ทาน รูเจาะ มาตรฐาน รูเจาะแบบ ใหญ่กวา่ มาตรฐาน และรูเจาะ แบบร่องส้ัน รูเจาะแบบร่องยาว น้า หนกั กระท า ต้งัฉาก น้า หนกั กระท า ในแนว ขนาน -หมดุย้า A502 G1 ย้า ร้อน -หมดุย้า A502 G2 G3 ย้า ร้อน 1,600 2,030 1,225 1,540 -สลักเกลียว A307 -ส่วนที่มีเกลียวและ สลักเกลียว A449 ที่ได้ มาตรฐานตาม ว.ส.ท. เมื่อเกลียวอยใู่นระนาบ ของแรงเฉือน -ส่วนที่มีเกลียวและ สลักเกลียว A449 ที่ได้ มาตรฐานตาม ว.ส.ท. เมื่อเกลียวไม่อยใู่นระนาบของ แรงเฉือน -สลักเกลียว A325 เมื่อเกลียว อยใู่นระนาบของ แรงเฉือน 1,400 0.33 u F 0.33 u F 3,080 1,190 1,050 840 700 700 0.17 u F 0.22 u F 1,470
ตารางที่ 11.2 หน่วยแรงที่ยอมใหข้องอุปกรณ์ยดึ (ต่อ) ชนิดของอุปกรณ์ยึด หน่วยแรง ดึงที่ยอม ให้ ( t F ) หน่วยแรงเฉือนที่ยอมให้ ( v F ) รอยต่อแบบเลื่อนวิกฤติรอยต่อ แบบรับ แรงแบก ทาน รูเจาะ มาตรฐาน รูเจาะแบบ ใหญ่กวา่ มาตรฐาน และรูเจาะ แบบร่องส้ัน รูเจาะแบบร่องยาว น้า หนกั กระท า ต้งัฉาก น้า หนกั กระท า ในแนว ขนาน -สลักเกลียว A325 เมื่อเกลียว ไม่อยใู่นระนาบของแรงเฉือน -สลักเกลียว A490 เมื่อเกลียว อยใู่นระนาบของ แรงเฉือน -สลักเกลียว A490 เมื่อเกลียว ไม่อยใู่นระนาบของแรงเฉือน 3,080 3,780 3,780 1,190 1,470 1,470 1,050 1,260 1,260 840 1,050 1,050 700 910 910 2,100 1,960 2,800 ที่มา (สมาคมวศิวกรรมสถานแห่งประเทศไทยฯ, 2548, หน้า 80) 2. กา ลงัตา้นทานแรงแบกทาน (Bearing Strength) ลกัษณะของแรงกดหรือแรงแบกทานที่เกิดข้ึน จะเกิดข้ึนที่หมุดย้า หรือ สลกัเกลียว ซ่ึงเกิดข้ึนรอบๆรูเจาะที่สัมผสักบัตวัอุปกรณ์ยึดเหล่าน้ัน ในการออกแบบ จึงสมมุติให้เน้ือที่สัมผสัที่เกิดแรงแบกทาน คือ เน้ือที่ที่ได้จากผลคูณระหว่างเส้นผ่าน ศูนยก์ลางของหมุดย้า หรือสลกัเกลียวกับความหนาของเหล็กที่สัมผสักบัตวัอุปกรณ์ยึด โดยถือวา่แรงแบกทานมีลกัษณะกระจายอยา่งสม่า เสมอในเน้ือที่สี่เหลี่ยมผืนผา้ดังแสดงใน ภาพที่ 11.9 (ค) ท้งัน้ีความสามารถในการต้านทานแรงแบกทานของสลักเกลียว 1 ตัว อาจแสดงไดต้ามสมการดงัน้ี p P = (t d ) p F สมการที่ 11.2 เมื่อ p P = กา ลังต้านทานแรงแบกทานที่ยอมให้ของหมุดย้า หรือ สลักเกลียว 1 ตัว (kg) d = เส้นผา่นศูนยก์ลางของหมุดย้า หรือสลักเกลียว (cm)
t = ความหนาของแผน่เหล็ก (cm) p F = หน่วยแรงแบกทานที่ยอมให้ของหมุดย้า หรือสลกัเกลียว (kg/cm 2 ) ส าหรับค่าหน่วยแรงแบกทานที่ยอมให้ของหมุดย้า หรือสลกัเกลียว ( p F ) สามารถใช้ตามมาตรฐานของ ว.ส.ท. ที่กา หนดไวว้่า ส าหรับรูเจาะมาตรฐานหรือรูเจาะ แบบร่องส้ัน ที่มีจา นวนของอุปกรณ์ยึดในแนวแรง 2 ตวัหรือมากกวา่จะใชค้ ่าหน่วย แรงเป็ น p F = 1.2 u F สมการที่ 11.3 เมื่อ u F = หน่วยแรงดึงประลยัของหมุดย้า หรือสลกัเกลียว (kg/cm 2 ) 3. กา ลงัตา้นทานแรงดึง (Tensile Strength) ส าหรับรอยต่อของหมุดย้า หรือสลักเกลียวที่รับแรงดึงเพียงอยา่งเดียว เช่น ขอ้ต่อแบบแขวน ดังแสดงในภาพที่ 11.10 แรงดึงที่ยอมให้ส าหรับสลักเกลียวอาจหาได้ ตามสมการต่อไปน้ี t P = b t A F สมการที่ 11.4 เมื่อ t P = กา ลงัตา้นทานแรงดึงที่ยอมให้ของหมุดย้า หรือ สลักเกลียว 1 ตัว (kg) b A = พ้ืนที่หน้าตัดของหมุดย้า หรือสลักเกลียว 1 ตัว (cm2 ) t F = หน่วยแรงดึงที่ยอมให้ของหมุดย้า หรือสลกัเกลียว (kg/cm 2 ) ดูได้จากตารางที่ 11.3
ภาพที่ 11.10 ขอ้ต่อแบบแขวนรับแรงดึง ที่มา (ทนงศกัด์ิแสงวฒันะชยั, 2539, หน้า 273) ตารางที่ 11.3 หน่วยแรงดึงที่ยอมใหข้องอุปกรณ์ยดึสา หรับรอยต่อแบบรับแรงแบกทาน ชนิดของอุปกรณ์ยึด เกลียวอยใู่นระนาบของ แรงเฉือน เกลียวไม่อยใู่นระนาบของ แรงเฉือน สลักเกลียว A307 1,820 – 1.8 v f 1,400 สลักเกลียว A325 2 v 2 (3,080) 4.39f 2 v 2 (3,080) 2.15f สลักเกลียว A490 2 v 2 (3,080) 3.75f 2 v 2 (3,080) 1.82f ส่วนที่มีเกลียวและ สลักเกลียว A449 ที่มี เส้นผา่นศูนยก์ลาง มากกวา่ 38.1 มม. 0.43 u F -1.8 v f 0.33 u F 0.43 u F -1.4 v f 0.33 u F หมุดย้า A502 Gr.1 2,100 – 1.3 v f 1,600 หมุดย้า A502 Gr.2 2,660 – 1.3 v f 2,030 ที่มา (สมาคมวศิวกรรมสถานแห่งประเทศไทยฯ, 2548, หน้า 81) 11.8.2 การออกแบบรอยต่อแบบเลื่อนวิกฤติ รอยต่อแบบน้ีจะเป็นรอยต่อที่ถูกออกแบบให้ขนัดว้ยสลกัเกลียวจนแน่นมากดงัที่ ได้กล่าวข้างต้น แต่ในทางปฏิบตัิจะเกิดความยุ่งยาก เพราะจะต้องนับจา นวนรอบใน การขัน จึงท าให้รอยต่อแบบน้ีไม่ค่อยไดร้ับความนิยมเท่าที่ควร แต่อย่างไรก็ตามเพื่อให้ ง่ายต่อการออกแบบ มาตรฐาน AISC จึงได้กา หนดวิธีการออกแบบรอยต่อชนิดน้ี
เช่นเดียวกบัรอยต่อแบบรับแรงแบกทาน โดยสมมุติให้สลกัเกลียวรับท้งัแรงเฉือนและ แรงแบกทาน 1. กา ลงัตา้นทานแรงเฉือน (Shearing Strength) กา ลังตา้นทานแรงเฉือนที่ยอมให้ของสลักเกลียว 1 ตัว เมื่อเกิดแรง เฉือน 1 ระนาบ จะสามารถค านวณได้จากสมการ คือ v P = b A v F สมการที่ 11.5 เมื่อ v P = กา ลงัตา้นทานแรงเฉือนที่ยอมให้ของสลักเกลียว 1 ตัว มีแรงเฉือน 1 ระนาบ (kg) b A = พ้ืนที่หน้าตัดของสลักเกลียว 1 ตัว (cm2 ) v F = หน่วยแรงเฉือนที่ยอมใหของสลักเกลี ้ยว (kg/cm 2 ) ดูได้จากตารางที่ 11.2 2. กา ลงัตา้นทานแรงแบกทาน (Bearing Strength) กา ลงัตา้นทานแรงแบกทานและหน่วยแรงแบกทานที่ยอมให้ของรอยต่อ แบบเลื่อนวิกฤติน้ีสามารถใช้ได้เช่นเดียวกบัรอยต่อแบบรับแรงแบกทาน โดยการใช้ สมการที่ 11.2 และสมการที่ 11.3 ตามล าดับ ดงัที่ไดก้ล่าวไวแ้ลว้ ตัวอย่างที่ 11.1 จงหาจา นวนของหมุดย้า ชนิด A502 Grade 2 ขนาด Ø 19 mm เพื่อ ยดึรอยต่อระหวา่งแผน่เหล็กสองแผน่เมื่อกา หนดหน่วยแรงดึงประลยัของหมุดย้า ( u F ) มี ค่า 4,050 kg/cm2 และเป็นรอยต่อแบบรับแรงแบกทาน วิธีท า หมุดย้า รับแรงเฉือน 1 ระนาบ จากตารางที่ 11.2 ค่าหน่วยแรงเฉือนที่ยอมให้( v F ) = 1,540 kg/cm2 25,000 kg 25,000 kg 10 mm 10 mm
กา ลงัตา้นทานแรงเฉือนของหมุดย้า ( v P ) = 4 π d 2 ( v F ) = 4 π 1.9 2 1,540 = 4,366.34 kg/ตัว กา ลงัตา้นทานแรงแบกทานของหมุดย้า ( p P ) = (1.2 u F ) t.d = 1.2 4,050 1 1.9 = 9,234 kg/ตัว ดงัน้นัจา นวนหมุดย้า ที่ตอ้งใช้ = 4,366.34 25,000 = 5.73 ตัว ใช้ 6 ตัว ตัวอย่างที่ 11.2 จงหาจ านวนของสลักเกลียวชนิด A325 ขนาด Ø 22 mm เพื่อท า รอยต่อดงัภาพดา้นล่าง กา หนดหน่วยแรงดึงประลยัของสลกัเกลียว ( u F ) มีค่า 4,050 kg/cm2 และรอยต่อเป็นแบบรับแรงแบกทาน โดยเกลียวไม่อยใู่นระนาบของแรงเฉือน วิธีท า สลักเกลียวรับแรงเฉือน 2 ระนาบ จากตารางที่ 11.2 ค่าหน่วยแรงเฉือนที่ยอมให้( v F ) = 2,100 kg/cm2 กา ลงต้านทานแรงเฉือนของสลักเกลียว ั ( v P ) = 2 4 2.2 2 π 2,100 = 15,965.57 kg/ตัว กา ลงัตา้นทานแรงแบกทานของสลกัเกลียว ( p P ) = (1.2 u F ) t.d = 1.2 4,050 1.2 2.2 = 12,830.40 kg/ตัว ดงัน้นัจา นวนสลกัเกลียวที่ตอ้งใช้ = 12,830.40 40,000 = 3.12 ตัว ใช้ 4 ตัว 40,000 kg 20,000 kg 20,000 kg 12 mm 10 mm 10 mm
ตัวอย่างที่ 11.3 จงหาแรงดึงที่ยอมให้ (P) ส าหรับรอยต่อหมุดย้า ชนิด A502 Grade 1 ขนาด Ø 16 mm จ านวน 4 ตัว กา หนดแผน่เหล็กที่ใชม้ีค่า y F = 2,400 kg/cm2 และ plate u F = 4,100 kg/cm2 หมุดย้า ที่ใชม้ีค่า rivet u F = 4,050 kg/cm2 รอยต่อเป็นแบบรับ แรงแบกทาน วิธีท า หมุดย้า 4 ตวัแต่ละตวัรับแรงเฉือน 1 ระนาบ จากตารางที่ 11.2 ค่าหน่วยแรงเฉือนที่ยอมให้( v F ) = 1,225 kg/cm2 กา ลงัตา้นทานแรงเฉือนของหมุดย้า : v P = 4 1 ( 2 1.6 4 π ) 1,225 = 9,852.03 kg กา ลงัตา้นทานแรงแบกทานของหมุดย้า : p P = 4 (1.2 4,050) (0.9 1.6) = 27,993.60 kg กา ลงัตา้นทานแรงดึงของแผน่เหล็ก : T = 0.60 y F g A = 0.60 2,400 (30 0.9) = 38,880 kg T = 0.50 u n F A = 0.50 4,100 [(30 -2( 1.6 + 0.15)) 0.9] = 48,892.50 kg ดงัน้นัแรงดึงที่ยอมให้ (P) มีค่าเท่ากบั 9,852.03 kg 9 mm 9 mm P P P P 30 cm
ตัวอย่างที่ 11.4 จงค านวณหาแรงดึงที่ยอมให้ (P) ส าหรับรอยต่อสลกัเกลียวแบบมีแรง เฉือน 2 ระนาบ กา หนดแผน่เหล็กที่ใชม้ีค่า y F = 2,400 kg/cm2 และ plate u F = 4,100 kg/cm2 ใช้สลักเกลียวกา ลงัสูงชนิด A325 ขนาด Ø 19 mm จ านวน 9 ตวัมีค่า bolt u F = 4,050 kg/cm2 โดยสมมุติวา่รอยต่อเป็นดงัน้ี (ก) รอยต่อแบบเลื่อนวกิฤติและส่วนเกลียวไม่อยใู่นระนาบแรงเฉือน (ข) รอยต่อรับแรงแบกทาน และส่วนเกลียวไม่อยใู่นระนาบแรงเฉือน (ค) รอยต่อรับแรงแบกทาน และส่วนเกลียวอยใู่นระนาบแรงเฉือน วิธีท า (ก) รอยต่อแบบเลื่อนวกิฤติและส่วนเกลียวไม่อยใู่นระนาบแรงเฉือน สลักเกลียว 9 ตัว แต่ละตวัรับแรงเฉือน 2 ระนาบ จากตารางที่ 11.2 ค่าหน่วยแรงเฉือนที่ยอมให้( v F ) = 1,190 kg/cm2 กา ลงัตา้นทานแรงเฉือนของสลกัเกลียว : v P = 9 2 ( 2 1.9 4 π ) 1,190 = 60,731.86 kg กา ลงัตา้นทานแรงแบกทานของสลักเกลียว : p P = 9 (1.2 4,050) (1 1.9) = 83,106 kg กา ลงัตา้นทานแรงดึงของแผน่เหล็ก : T = 0.60 y F g A = 0.60 2,400 (50 1) = 72,000 kg 10 mm P P 50 cm P P 10 mm 10 mm P
T = 0.50 u n F A = 0.50 4,100 [(50 -3( 1.9 + 0.15)) 1] = 89,892.50 kg ดงัน้นัแรงดึงที่ยอมให้ (P) มีค่าเท่ากบั 60,731.86 kg (ข) รอยต่อรับแรงแบกทาน และส่วนเกลียวไม่อยใู่นระนาบแรงเฉือน จากตารางที่ 11.2 v F = 2,100 kg/cm2 v P = 9 2 ( 2 1.9 4 π ) 2,100 = 107,173.86 kg p P = 9 (1.2 4,050) (1 1.9) = 83,106 kg T = 0.60 2,400 (50 1) = 72,000 kg T = 0.50 4,100 [(50 -3( 1.9 + 0.15)) 1] = 89,892.50 kg ดงัน้นัแรงดึงที่ยอมให้ (P) มีค่าเท่ากบั 72,000 kg (ค) รอยต่อรับแรงแบกทาน และส่วนเกลียวอยใู่นระนาบแรงเฉือน จากตารางที่ 11.2 v F = 1,470 kg/cm2 v P = 9 2 ( 2 1.9 4 π ) 1,470 = 75,021.70 kg p P = 9 (1.2 4,050) (1 1.9) = 83,106 kg T = 0.60 2,400 (50 1) = 72,000 kg T = 0.50 4,100 [(50 -3( 1.9 + 0.15)) 1] = 89,892.50 kg ดงัน้นัแรงดึงที่ยอมให้ (P) มีค่าเท่ากบั 72,000 kg
ตัวอย่างที่ 11.5 จงออกแบบรอยต่อของโครงหลงัคาดงัภาพดา้นล่าง เพื่อยึดเหล็กฉาก เดี่ยว L 65 65 6 mm เขา้กบัแผน่เหล็กประกบัหนา 9 mm โดยใช้สลักเกลียวชนิด A325 เพื่อทา รอยต่อแบบรับแรงแบกทานและเกลียวอยูใ่นระนาบแรงเฉือน เมื่อกา หนด แผน่เหล็กที่ใชม้ีค่า y F = 2,400 kg/cm2 และ plate u F = 4,100 kg/cm2 ใช้สลักเกลียว ขนาด Ø 16 mm ที่มีค่า bolt u F = 4,050 kg/cm2 วิธีท า 1. หาจ านวนสลักเกลียวที่ต้องใช้ สลักเกลียวรับแรงเฉือน 1 ระนาบ จากตารางที่ 11.2 ค่าหน่วยแรงเฉือนที่ยอมให้( v F ) = 1,470 kg/cm2 กา ลงัตา้นทานแรงเฉือนของสลกัเกลียว ( v P ) = 4 1.6 2 π 1,470 = 2,955.61 kg/ตัว กา ลงัตา้นทานแรงแบกทานของสลกัเกลียว ( p P ) = 1.2 4,050 0.6 1.6 = 4,665.60 kg/ตัว ดงัน้นัจา นวนสลกัเกลียวที่ตอ้งใช้ = 2,955.61 5,000 = 1.69 ตัว ใช้ 2 ตัว 2. จัดระยะของสลักเกลียว ระยะเรียง = 3d = 3 1.6 = 4.8 cm ใช้ 5 cm ระยะปลาย = 1.5d = 1.5 1.6 = 2.4 cm ใช้ 2.5 cm ระยะขอบ = 1.5d = 1.5 1.6 = 2.4 cm ใช้ 2.5 cm 5,000 kg Tension Area Shear Area 2.5 cm 2.5 cm 5 cm
3. ตรวจสอบแรงดึงที่ยอมใหท้ ี่รอยต่อ กา ลงัตา้นทานแรงเฉือนของสลกัเกลียว : v P = 2 1 ( 2 1.6 4 π ) 1,470 = 5,911.22 kg กา ลงัตา้นทานแรงแบกทานของสลกัเกลียว : p P = 2 (1.2 4,050) (0.6 1.6) = 9,331.20 kg กา ลงัตา้นทานแรงดึงของแผน่เหล็ก : T = 0.60 2,400 7.53 = 10,843.20 kg T = 0.50 4,100 [0.75(7.53 – (1.75 0.6))] = 9,963 kg กา ลงัตา้นทานเนื่องจากการเฉือนออก : T = 0.50 u F nt A + 0.30 u F nv A = [(0.50 4,100) (2.5 - 2 1.75 ) 0.6)] + [(0.3 4,100) (7.5 -1.5 1.75) 0.6] = 5,596.50 kg ดงัน้นัรอยต่อน้ีรับแรงดึงอยา่งปลอดภยัได้5,596.50 kg > 5,000 kg ใช้ได้ 11.9 การต่อโครงสร้างเหล็กโดยการเชื่อม ปัจจุบันน้ีรอยต่อโครงสร้างเหล็กด้วยวิธีการเชื่อมก าลังเป็นที่นิยม เพราะว่า สะดวกและรวดเร็วกวา่การใชห้มุดย้า หรือสลกัเกลียว การต่อเชื่อมจะกระทา โดยให้เหล็ก แต่ละชิ้นติดกนั โดยทา ให้เกิดความร้อนเพื่อเผาโลหะที่บริเวณรอยต่อให้ละลายติดกัน แลว้ใชล้วดเชื่อมหลอมติดเหล็กน้นั ใหเ้ขา้ดว้ยกนัการเชื่อมในลกัษณะดงักล่าวน้ีจึงเรียกวา่ การเชื่อมด้วยไฟฟ้า 11.10 ชนิดของรอยเชื่อม ชนิดของรอยเชื่อมสามารถแบ่งออกเป็น 4 รูปแบบ ดังแสดงในภาพที่ 11.11 ดงัน้ี 1. รอยเชื่อมแบบร่อง (Groove Welds) เป็ นการเชื่อมโดยให้รอยเชื่อม จมลึกเขา้ไปในเหล็กที่จะนา มาต่อกนั 2. รอยเชื่อมแบบพอก (Fillet Welds) เป็ นการเชื่อมโดยให้รอยเชื่อม พอกอยดู่า้นขา้งของเหล็กที่จะนา มาต่อกนั
3. รอยเชื่อมแบบอุดรูยาว (Slot Welds) เป็นการเชื่อมเหล็กสองแผน่ ให้ ติดกนั โดยทา การเชื่อมตามความยาวของรูที่ได้เจาะไว้ 4. รอยเชื่อมแบบอุดรูกลม (Plug Welds) เป็นการเชื่อมเหล็กสองแผน่ ใหต้ิดกนั โดยทา การเชื่อมเป็นรูปวงกลมตามรูที่ไดเ้จาะรูไว้ ภาพที่ 11.11 ชนิดของรอยเชื่อมแบบต่างๆ ที่มา (มนัส อนุศิริ, 2542, หน้า 198) 11.11 ชนิดของรอยต่อเชื่อม ชิ้นส่วนโครงสร้างเหล็กที่จะนา มาต่อกนัน้ัน รอยต่อสามารถเรียกชื่อได้หลาย รูปแบบตามลกัษณะของการต่อ ไดแ้ก่ต่อแบบทาบ (Lab Joint) ต่อแบบชน (Butt Joint) ต่อแบบตวัที(Tee Joint) ต่อปลายขอบ (Edge Joint) และต่อแบบเขา้มุม (Corner Joint) ดังแสดงในภาพที่ 11.12
ภาพที่ 11.12 รอยต่อแบบต่างๆ ที่มา (สมเกียรติรุ่งทองใบสุรีย, 2546, ์ หน้า 85) 11.12 สัญลักษณ์ของการเชื่อม มาตรฐาน AWS (American Welding Society) ไดก้า หนดสัญลกัษณ์ต่างๆ ส าหรับการเชื่อมดังแสดงในตารางที่ 11.4 เพื่อให้ผู้ออกแบบและผูท้า การก่อสร้างมีความ เขา้ใจที่ถูกตอ้งตรงกนั โดยจะระบุลงไปในแบบแปลนก่อสร้างซ่ึงมีรายละเอียดต่างๆ เช่น ชนิดของรอยเชื่อม ความยาวของรอยเชื่อม ขนาดขาเชื่อม กา ลงัลวดเชื่อม และตา แหน่งที่ จะเชื่อม เป็ นต้น สัญลกัษณ์ต่างๆของการเชื่อม มีความหมายดงัที่ไดแ้สดงในตวัอยา่งดงัน้ี การเชื่อมแบบพอกทางด้านใกล้ (ดา้นลูกศรช้ี) ขาเชื่อมขนาด 6 mm เชื่อมยาว 100 mm การเชื่อมแบบร่องทางดา้นไกล (ด้านตรงข้าม ลูกศรช้ี) ขาเชื่อมขนาด 9 mm เชื่อมยาว 150 mm การเชื่อมแบบพอกท้งสองด้าน ขาเชื่อมขนาด ั 6 mm เชื่อมยาว 100 mm ท าการเชื่อมใน สนาม ใช้ลวดเชื่อมชนิด E70 และเชื่อมรอบจุดที่ระบุ 6 100 9 150 6 100 E70
การเชื่อมแบบพอกทางด้านไกล (ด้านตรงข้าม ลูกศรช้ี) ขาเชื่อมขนาด 9 mm เชื่อมยาว 50 mm เว้นระยะ 100 mm จากศูนย์กลางถึง ศูนย์กลาง การเชื่อมแบบพอกสลบัดา้นกนัขาเชื่อมขนาด 9 mm เชื่อมยาว 50 mm เว้นระยะ 100 mm จากศูนย์กลางถึงศูนย์กลาง ตารางที่ 11.4 สัญลักษณ์มาตรฐานของการเชื่อม ที่มา (กวี หวังนิเวศน์กุล, 2553, หน้า 185) 9 50-100 9 50-100
11.13 ชนิดและคุณสมบัติของลวดเชื่อม ชนิดของลวดเชื่อมที่ใช้ส าหรับการเชื่อมด้วยไฟฟ้า (Arc Welding) ไดแ้ก่ลวด เชื่อมในเกรด E60, E70, E80, E90, E100 และ E110 อักษร E ตัวแรกหมายถึง ลวดเชื่อมหรืออิเลกโทรด (Electrode) อกัษรสองตวัหลงัจะหมายถึงกา ลงัดึงประลยัของ ลวดเชื่อม ( u F ) ในหน่วย ksi (kip/in2 ) เช่น E80 หมายถึง ลวดเชื่อมที่สามารถรับ แรงดึงประลยัไดไ้ม่นอ้ยกวา่ 80 ksi เป็ นต้น ท้งัน้ียงัคงพบเห็นลวดเชื่อมในเกรด E60, E70 และ E80 ที่มีการนา ไปใชง้านกนัเป็นส่วนใหญ่แต่ก็ตอ้งพิจารณาการนา ไปใช้งาน ให้เหมาะสม แต่ส าหรับในประเทศไทยที่นิยมใช้กนัทวั่ ไป คือ ลวดเชื่อมในเกรด E60 และ E70 ส าหรับคุณสมบตัิและการนา ไปใชง้านของลวดเชื่อมท้งั 3 เกรดน้ีสมเกียรติ รุ่งทองใบสุรีย์(2546 : 86) ไดก้ล่าวไวด้งัน้ี ลวดเชื่อม E60 ค่า u F ของลวดเชื่อมเท่ากบั 60 ksi หรือ 4,200 kg/cm2 ใชก้บั เหล็กที่มี y F ไม่เกิน 42 ksi หรือ 2,940 kg/cm2 ไดแ้ก่เหล็ก A7, A36, A500 Grade-A และ A570 Grade-D ลวดเชื่อม E70 ค่า u F ของลวดเชื่อมเท่ากบั 70 ksi หรือ 4,900 kg/cm2 ใช้ กบัเหล็กที่มี y F ไม่เกิน 55 ksi หรือ 3,850 kg/cm2 ไดแ้ก่เหล็ก A36 และ A572 Grade-50 ลวดเชื่อม E80 ค่า u F ของลวดเชื่อมเท่ากบั 80 ksi หรือ 5,600 kg/cm2 ใชก้บั เหล็กที่มี y F ไม่เกิน 65 ksi หรือ 4,550 kg/cm2 ไดแ้ก่เหล็ก A572 Grade-60 และ A572 Grade-65 11.14 หน่วยแรงที่ยอมให้ของรอยเชื่อม มาตรฐาน ว.ส.ท. ไดก้า หนดค่าหน่วยแรงที่ยอมให้ส าหรับรอยเชื่อมมีค่าดงัแสดง ในตารางที่ 11.5 ดงัน้ี
ตารางที่ 11.5 หน่วยแรงที่ยอมใหส้า หรับรอยเชื่อม ประเภทของการเชื่อม และหน่วยแรง หน่วยแรงที่ยอมให้ระดบักา ลงัของรอยเชื่อม ที่ต้องการ รอยเชื่อมแบบทะลุตลอด แรงดึงต้งัฉากกบัพ้ืนที่ ประสิทธิผล เท่ากบัโลหะที่มาเชื่อมต่อ ใช้โลหะเชื่อมที่คู่กนั แรงอดัต้งัฉากกบัพ้ืนที่ ประสิทธิผล เท่ากบัโลหะที่มาเชื่อมต่อ ใชโ้ลหะเชื่อมระดบักา ลงั เท่ากบัหรือนอ้ยกวา่กา ลงั แรงดึงหรือแรงอดัขนานกบั โลหะเชื่อมที่คู่กนัได้ แนวรอยเชื่อม เท่ากบัโลหะที่มาเชื่อมต่อ แรงเฉือนบนพ้ืนที่ ประสิทธิผล 0.30 กา ลงัรับแรงดึง ระบุของโลหะเชื่อม (กก./ซม.2 ) รอยเชื่อมบากร่องแบบลึกไม่ทะลุตลอด แรงอดัต้งัฉากกบัพ้ืนที่ ประสิทธิผล เท่ากบัโลหะที่มาเชื่อมต่อ ใชโ้ลหะเชื่อมระดบักา ลงั เท่ากบัหรือนอ้ยกวา่กา ลงั แรงดึงหรือแรงอดัขนานกบั โลหะเชื่อมที่คู่กนัได้ แกนของแนวเชื่อม เท่ากบัโลหะที่มาเชื่อมต่อ แรงเฉือนขนานกบัแกน ของแนวเชื่อม 0.30 กา ลงัรับแรงดึง ระบุของโลหะเชื่อม (กก./ซม.2 ) แรงดึงต้งัฉากกบัพ้ืนที่ ประสิทธิผล 0.30 กา ลงัรับแรงดึง ระบุของโลหะเชื่อม (กก./ซม.2 ) โดยค่าหน่วย แรงดึงบนโลหะที่มา เชื่อมต่อ ตอ้งไม่เกิน 0.60 กา ลงัดึงของวสัดุ ที่มาเชื่อมต่อ
ตารางที่ 11.5 หน่วยแรงที่ยอมใหส้า หรับรอยเชื่อม (ต่อ) ประเภทของการเชื่อม และหน่วยแรง หน่วยแรงที่ยอมให้ระดบักา ลงัของรอยเชื่อม ที่ต้องการ รอยเชื่อมแบบทาบ แรงเฉือนบนพ้ืนที่ ประสิทธิผล 0.30 กา ลงัรับแรงดึง ระบุของโลหะเชื่อม (กก./ซม.2 ) ใชโ้ลหะเชื่อมระดบักา ลงั เท่ากบัหรือนอ้ยกวา่กา ลงั โลหะเชื่อมที่คู่กนัได้ แรงดึงหรือแรงอดัขนานกบั แนวแกน เท่ากบัโลหะที่มาเชื่อมต่อ รอยเชื่อมแบบอุดรูและอุดร่อง แรงเฉือนขนานกบั faying surface (บนพ้ืนที่ ประสิทธิผล) 0.30 กา ลงัรับแรงดึง ระบุของโลหะเชื่อม (กก./ซม.2 ) ใชโ้ลหะเชื่อมระดบักา ลงั เท่ากบัหรือนอ้ยกวา่กา ลงั โลหะเชื่อมที่คู่กนัได้ ที่มา (สมาคมวศิวกรรมสถานแห่งประเทศไทยฯ, 2548, หน้า 74-75) จากตารางที่ 11.5 จะพบว่าค่าหน่วยแรงที่ยอมให้จะข้ึนกบักา ลงัของเหล็กที่จะ นา มาต่อและกา ลงัของลวดเชื่อม เมื่อพิจารณาค่าหน่วยแรงเฉือนที่ยอมให้ส าหรับรอยเชื่อม ชนิดต่างๆ จะพบวา่มีค่าอยรู่ ้อยละ 30 ของกา ลงัลวดเชื่อม ดงัตวัอยา่งเช่น ลวดเชื่อม E60 จะมีค่าหน่วยแรงเฉือนที่ยอมให้( v F ) = 0.30 u F = 0.30 4,200 = 1,260 kg/cm2 ลวดเชื่อม E70 จะมีค่าหน่วยแรงเฉือนที่ยอมให้( v F ) = 0.30 u F = 0.30 4,900 = 1,470 kg/cm2 ลวดเชื่อม E80 จะมีค่าหน่วยแรงเฉือนที่ยอมให้( v F ) = 0.30 u F = 0.30 5,600 = 1,680 kg/cm2
11.15 ก าลังของรอยเชื่อม ส าหรับรอยเชื่อมแบบร่องหรือรอยเชื่อมแบบพอก กา ลงัของรอยเชื่อมจะข้ึนกบั พ้ืนที่ประสิทธิผลของรอยเชื่อม (Effective Weld Area) ซ่ึงคิดจากการนา เอาค่าความยาว ของรอยเชื่อมคูณด้วยความหนาประสิทธิผลตรงคอของรอยเชื่อม (Throat : e t ) ดังแสดง ในภาพที่ 11.13 (ก) - (ง) ส าหรับการเชื่อมต่อแบบร่อง และภาพที่ 11.13 (จ) - (ฉ) สา หรับการเชื่อมต่อแบบพอก (จ) (ฉ) ภาพที่ 11.13 ขนาดคอประสิทธิผลของรอยเชื่อม ที่มา (มนัส อนุศิริ, 2542, หน้า 205-206)
พิจารณาภาพที่ 11.14 ซ่ึงเป็นรอยเชื่อมแบบพอก รอยเชื่อมแบบน้ีจะมีความ แข็งแรงในการรับแรงดึงและแรงอดัมากกว่าแรงเฉือน การวิบตัิที่รอยเชื่อมน้ีจึงเกิดจาก แรงเฉือนเป็นส าคญั โดยมีระนาบของการวิบตัิอยู่ที่คอของรอยเชื่อมซ่ึงมีพ้ืนที่น้อยที่สุด ซ่ึงใหค้ ่าความหนาประสิทธิผลของรอยเชื่อมมีค่าเป็น 0.707 เท่าของขนาดขาเชื่อมดงัที่ได้ กล่าวขา้งตน้ดงัน้นัค่ากา ลงัของรอยเชื่อมจึงพิจารณาจากแรงเฉือนและมีค่าเป็น w P = v F (0.707a) สมการที่ 11.6 เมื่อ w P = กา ลงัของรอยเชื่อมต่อความยาวของรอยเชื่อม 1 cm (kg/cm) v F = หน่วยแรงเฉือนที่ยอมใหส้า หรับรอยเชื่อม (kg/cm2 ) a = ขนาดของขาเชื่อม (cm) ส าหรับรอยเชื่อมที่ใช้ลวดเชื่อมชนิด E60 ค่ากา ลงัของรอยเชื่อมต่อความยาวของ รอยเชื่อม 1 cm จะมีค่าเป็น w P = 1,260 (0.707a) สมการที่ 11.7 ส าหรับรอยเชื่อมที่ใช้ลวดเชื่อมชนิด E70 ค่ากา ลงัของรอยเชื่อมต่อความยาวของ รอยเชื่อม 1 cm จะมีค่าเป็น w P = 1,470 (0.707a) สมการที่ 11.8 และส าหรับรอยเชื่อมที่ใช้ลวดเชื่อมชนิด E80 ค่ากา ลงัของรอยเชื่อมต่อความยาว ของรอยเชื่อม 1 cm จะมีค่าเป็น w P = 1,680 (0.707a) สมการที่ 11.9
ภาพที่ 11.14 รอยเชื่อมแบบพอกและระนาบการวิบัติที่คอของรอยเชื่อม ที่มา (วนิิต ช่อวเิชียร, 2539, หน้า 218) 11.16 ข้อก าหนดส าหรับรอยเชื่อมแบบพอก มาตรฐานของ ว.ส.ท. ไดใ้ห้ขอ้กา หนดของรอยเชื่อมแบบพอกไวด้งัน้ี (สมาคม วิศวกรรมสถานแห่งประเทศไทยฯ. 2548 : 70-71) 1. ขนาดเล็กที่สุดของขาเชื่อมเป็ นไปตามตารางที่ 11.6 2. ขนาดใหญ่สุดของขาเชื่อมส าหรับเหล็กที่หนานอ้ยกวา่ 6 mm จะ เท่ากบัความหนาของเหล็กที่ใช้แต่ถา้ความหนาของเหล็กที่ใชเ้กินกวา่ 6 mm ขนาดใหญ่ สุดของขาเชื่อมจะตอ้งไม่เกินความหนาของเหล็กลบด้วย 1.5 mm 3. ความยาวของรอยเชื่อมจะตอ้งไม่นอ้ยกวา่ 4 เท่าของขนาดขาเชื่อม 4. ความยาวของรอยเชื่อมแบบเวน้ระยะ จะตอ้งไม่นอ้ยกวา่ 4 เท่าของ ขนาดขาเชื่อม และตอ้งไม่นอ้ยกวา่ 37.5 mm 5. ระยะทาบของเหล็กที่จะนา มาต่อกนัจะตอ้งไม่นอ้ยกวา่ 5 เท่าของ ความหนาเหล็กที่บางกวา่แต่ตอ้งไม่นอ้ยกวา่ 25 mm 6. ควรมีการเชื่อมอ้อมปลาย (End Return) ดังแสดงในภาพที่ 11.15 โดยมีความยาวของการเชื่อมไม่นอ้ยกวา่ 2 เท่าของขนาดขาเชื่อม
ภาพที่ 11.15 การเชื่อมอ้อมปลาย ที่มา (วนิิต ช่อวเิชียร, 2539, หน้า 224) ตารางที่ 11.6 ขนาดเล็กที่สุดของขาเชื่อม ความหนาของวสัดุที่นา มาเชื่อมต่อ ชิ้นที่หนากวา่มม. ขนาดต ่าสุดของรอยเชื่อมแบบทาบ a มม. นอ้ยกวา่หรือเท่ากบั 6 มากกวา่ 6 ถึง 12 มากกวา่ 12 ถึง 19 มากกวา่ 19 3 5 6 8 a ขนาดขาของรอยเชื่อมแบบทาบ อาจใช้รอยเชื่อมเที่ยวเดียว ที่มา (สมาคมวศิวกรรมสถานแห่งประเทศไทยฯ, 2548, หน้า 72) ตัวอย่างที่ 11.6 จงหากา ลงัของรอยเชื่อมแบบพอก เมื่อกา หนดเงื่อนไขดงัน้ี (ก) ใช้ลวดเชื่อมชนิด E60 ขนาดขาเชื่อม 3 mm และเชื่อมยาว 20 mm (ข) ใช้ลวดเชื่อมชนิด E70 ขนาดขาเชื่อม 5 mm และเชื่อมยาว 30 mm (ค) ใช้ลวดเชื่อมชนิด E80 ขนาดขาเชื่อม 8 mm และเชื่อมยาว 40 mm วิธีท า (ก) ลวดเชื่อม E60 (a = 0.30 cm, L = 2 cm) กา ลงัของรอยเชื่อม ( w P ) = 1,260 (0.707a) L = 1,260 0.707 0.30 2
= 534.49 kg (ข) ลวดเชื่อม E70 (a = 0.50 cm, L = 3 cm) กา ลงัของรอยเชื่อม ( w P ) = 1,470 (0.707a) L = 1,470 0.707 0.50 3 = 1,558.94 kg (ค) ลวดเชื่อม E80 (a = 0.80 cm, L = 4 cm) กา ลังของรอยเชื่อม ( w P ) = 1,680 (0.707a) L = 1,680 0.707 0.80 4 = 3,800.83 kg ตัวอย่างที่ 11.7 จงค านวณหาแรงดึงที่ปลอดภัย (P) ของรอยต่อทาบที่มีรอยเชื่อมแบบ พอก ดงัแสดงในภาพดา้นล่าง กา หนดใชล้วดเชื่อมชนิด E70 ขนาดของขาเชื่อม 5 mm และแผน่เหล็กที่ใชม้ีค่า y F = 2,400 kg/cm2 และ u F = 4,100 kg/cm2 วิธีท า ความยาวของรอยเชื่อม = 10 + 10 + 5 = 25 cm กา ลงัของรอยเชื่อม : w P = 1,470 0.707 0.50 = 519.65 kg/cm = 519.65 25 = 12,991.25 kg กา ลงัรับแรงดึงของแผน่เหล็กหาไดจ้ากสมการ : max T = ค่าที่นอ้ยกวา่ของ 0.60 y F g A กบั 0.50 u F e A เนื่องจาก e A = g A และ 0.50 u F = 0.50 4,100 = 2,050 kg/cm2 > 0.60 y F = 1,440 kg/cm2 100 mm 50 mm E70 5 P P PL 50 10 mm PL 150 10 mm
ดงัน้นักา ลงัรับแรงดึงของแผน่เหล็กจึงไดจ้ากสมการ max T = 0.60 y F g A (ค่าที่ นอ้ยกวา่ ) กา ลงัรับแรงดึงสา หรับแผน่เหล็ก 150 10 mm : max T = 0.60 2,400 (15 1) = 21,600 kg กา ลงัรับแรงดึงสา หรับแผน่เหล็ก 50 10 mm : max T = 0.60 2,400 (5 1) = 7,200 kg ดงัน้นัรอยต่อน้ีรับแรงดึงไดอ้ยา่งปลอดภยั (P) มีค่าเท่ากบั 7,200 kg ตัวอย่างที่ 11.8 จงค านวณหาแรงดึงที่ปลอดภัย (P) ของรอยเชื่อมแบบพอก ดังแสดง ในภาพดา้นล่าง กา หนดใชล้วดเชื่อมชนิด E60 ขนาดของขาเชื่อม 6 mm และแผน่เหล็ก ที่ใชม้ีค่า y F = 2,400 kg/cm2 วิธีท า ความยาวของรอยเชื่อม = 15 + 15 = 30 cm กา ลงัของรอยเชื่อม : w P = 1,260 0.707 0.60 = 534.49 kg/cm = 534.49 30 = 16,034.70 kg กา ลงัรับแรงดึงสา หรับแผน่เหล็ก 150 9 mm : max T = 0.60 2,400 (15 0.90) = 19,440 kg กา ลงัรับแรงดึงสา หรับแผน่เหล็ก 150 12 mm : P P PL 150 9 mm PL 150 12 mm P P 9 mm 12 mm E60 6 E60 6
max T = 0.60 2,400 (15 1.2) = 25,920 kg ดงัน้นัแรงดึงที่ปลอดภยัของรอยเชื่อม (P) มีค่าเท่ากบั 16,034.70 kg ตัวอย่างที่ 11.9 จงออกแบบรอยเชื่อมแบบพอกส าหรับการต่อทาบแผน่เหล็กสองแผน่ เขา้ดว้ยกนัเพื่อให้รับแรงไดเ้ท่ากบัแรงดึงบนแผ่นเหล็ก กา หนดใช้ลวดเชื่อมชนิด E70 และแผน่เหล็กมีค่า y F = 2,400 kg/cm2 วิธีท า กา ลงัรับแรงดึงสา หรับแผน่เหล็ก PL 150 12 mm : max T = 0.60 2,400 (15 1.2) = 25,920 kg กา ลงัรับแรงดึงสา หรับแผน่เหล็ก PL 300 12 mm : max T = 0.60 2,400 (30 1.2) = 51,840 kg ดงัน้นักา ลงัรับแรงดึงที่ปลอดภยัของแผน่เหล็กมีค่าเท่ากบั 25,920 kg ออกแบบรอยเชื่อม : ขนาดใหญ่สุดของขาเชื่อม = 12 -1.5 = 10.5 mm ลองเลือกใช้ขนาดขาเชื่อม 6 mm กา ลงัของรอยเชื่อมขนาด 6 mm = 1,470 0.707 0.60 = 623.57 kg/cm ความยาวรอยเชื่อมที่ต้องการ = 623.57 25,920 = 41.57 cm ระยะเชื่อมอ้อมปลาย ( c L ) 2 0.60 = 1.2 cm ใช้ 2 cm ความยาวรอยเชื่อมด้านข้างยาวด้านละ ( L ) = 2 41.57 4 = 18.76 cm ใช้ 20 cm c L E70 P P L PL 150 12 mm PL 300 12 mm
ระยะทาบอยา่งนอ้ยที่สุด = 5 1.2 = 6 cm < 20 cm ใช้ได้ ดงัน้นั ใชข้าเชื่อมขนาด 6 mm เชื่อมยาวข้างละ 20 cm และมีระยะการเชื่อม อ้อมปลาย 2 cm ท้งัสองขา้ง ตัวอย่างที่ 11.10 จงออกแบบรอยต่อดว้ยวิธีเชื่อมแบบพอกของโครงขอ้หมุน ส าหรับ ชิ้นส่วนโครงสร้าง ซ่ึงเป็นเหล็กฉากชนิด L 100 100 10 mm เพื่อยึดกบั แผน่เหล็กประกบัหนา 12 mm กา หนดใชล้วดเชื่อมชนิด E70 และเหล็กที่ใชม้ีค่า y F = 2,400 kg/cm2 โดยรอยเชื่อมจะตอ้งรับแรงดึงไดเ้ท่ากบัที่เหล็กฉากรับได้ วิธีท า การออกแบบรอยเชื่อมส าหรับเหล็กฉาก จะตอ้งจดัให้จุดศูนยถ์ ่วงของรอยเชื่อม อยใู่นแนวเดียวกนักบัจุดศูนยถ์ ่วงของเหล็กฉาก เพื่อหลีกเลี่ยงการเย้อืงศูนย์ กา ลงัรับแรงดึงสา หรับเหล็กฉาก : L 100 100 10 mm ( A = 19.2 cm2 , x C = y C = 2.82 cm) max T = 0.60 2,400 19.2 = 27,648 kg ดงัน้นักา ลงัรับแรงดึงที่ปลอดภยัของเหล็กฉากมีค่าเท่ากบั 27,648 kg ออกแบบรอยเชื่อม : จากหลักการสมดุลของแรง จะได้ MP2 = 0 ( 1 P 10) – (27,648 2.82) = 0 L 100 100 10 mm 1 แผน่เหล็กหนา 12 mm P 2.82 cm 7.18 cm c.g. of weld and angle 1 P 2 P 2 L 1 L E70 1
1 P = 7,796.74 kg 2 P = 27,648 – 7,796.74 = 19,851.26 kg ขนาดใหญ่สุดของขาเชื่อม = 10 -1.5 = 8.5 mm ลองเลือกใช้ขนาดขาเชื่อม 8 mm กา ลงัของรอยเชื่อมขนาด 8 mm = 1,470 0.707 0.80 = 831.43 kg/cm ความยาวรอยเชื่อม 1 L ที่ต้องการ = 831.43 7,796.74 = 9.38 cm ใช้ 10 cm ความยาวรอยเชื่อม 2 L ที่ต้องการ = 831.43 19,851.26 = 23.88 cm ใช้ 24 cm ดงัน้นั ใชข้าเชื่อมขนาด 8 mm โดยมีความยาวในการเชื่อม 1 L เท่ากบั 10 cm และความยาว 2 L เท่ากบั 24 cm 11.17 สรุปเน ื้อหา การต่อส่วนของโครงสร้างเหล็กเขา้ดว้ยกนัสามารถทา ไดโ้ดยการใชห้มุดย้า หรือ สลักเกลียวทา การยึด หรืออาจใช้วิธีการต่อโดยการเชื่อมโครงสร้างเหล็กเข้าด้วยกัน ส าหรับการต่อดว้ยหมุดย้า หรือสลกัเกลียวจะสามารถกระทา ได้ 2 ลกัษณะ คือ การต่อ แบบรับแรงแบกทานและการต่อแบบเลื่อนวิกฤติ โดยทั่วไปการต่อแบบรับ แรงแบกทานจะนิยมกระทา กนัมากกว่า เนื่องจากสะดวกและสามารถกระทา ได้ง่ายกว่า ไม่ตอ้งมีการควบคุมมากนกัการต่อสามารถทา ไดโ้ดยการขนัที่ไม่แน่นจนเกินไป จึงทา ให้ รอยต่อน้ีสามารถขยบัตวัไดบ้า้ง แต่ก็ยงัเกิดแรงกดที่ตวัยึดและส่วนโครงสร้างที่นา มาต่อ ดังน้ันการออกแบบรอยต่อน้ีจึงต้องพิจารณาให้อุปกรณ์ยึดรับท้ังแรงเฉือนและ แรงแบกทาน ส าหรับรอยต่อแบบเลื่อนวิกฤติหรือรอยต่อแบบมีแรงฝืด เป็นรอยต่อที่ถูก ขนัจนแน่นมาก ใช้กับสลักเกลียวกา ลังสูงเท่าน้ัน ส าหรับการออกแบบจะพิจาณาให้ รอยต่อน้ีตอ้งรับท้งัแรงเฉือนและแรงแบกทานเช่นเดียวกบัรอยต่อแบบรับแรงแบกทาน ส าหรับรอยต่อท้งัสองดงัที่ได้กล่าวขา้งตน้เมื่อทราบภาระที่รอยต่อน้นัตอ้งรับแรงและ กา ลงัตา้นทานแรงของอุปกรณ์ยึด ก็สามารถกา หนดจา นวนของหมุดย้า หรือสลกัเกลียว เพื่อให้สามารถรับแรงที่เกิดข้ึนได้พร้อมกับการจดัระยะของอุปกรณ์ยึดเหล่าน้ันให้ เหมาะสมด้วย
ในส่วนของการต่อดว้ยวธิีการเชื่อมน้นั ปัจจุบนันิยมเลือกใชร้อยต่อแบบน้ีกนัมาก ด้วยวิธีการเชื่อมด้วยไฟฟ้า โดยท าให้เกิดความร้อนเพื่อหลอมละลายเหล็กแล้วใช้ ลวดเชื่อมยึดประสานติดเขา้ดว้ยกนัแต่การต่อดว้ยวิธีการเชื่อมน้ีไม่เหมาะส าหรับรอยต่อ ของสะพานที่ตอ้งรับแรงสั่นสะเทือนเป็นเวลานานๆ เนื่องจากรอยต่อดงักล่าวไม่มีความ ยืดหยุ่นตวัส าหรับรอยต่อด้วยวิธีการเชื่อมน้ีการวิบตัิของรอยเชื่อมจะเกิดเนื่องจาก แรงเฉือนเป็นส าคญั ในการออกแบบจึงตอ้งพิจารณาหากา ลงัรับแรงเฉือนโดยปลอดภยั ของรอยเชื่อมก่อน ซ่ึงข้ึนกบักา ลงัของลวดเชื่อมและพ้ืนที่ประสิทธิผลของรอยเชื่อม สา หรับพ้ืนที่ประสิทธิผลของรอยเชื่อมน้นัซ่ึงให้พ้ืนที่นอ้ยที่สุดและอยูใ่นระนาบการวิบตัิ เนื่องจากแรงเฉือน สามารถคิดไดโ้ดยการนา เอาค่าความยาวของรอยเชื่อมคูณดว้ยความ หนาของคอรอยเชื่อม ( e t ) จากน้นัก็นา ค่าพ้ืนที่ประสิทธิผลของรอยเชื่อมไปคูณกบัค่า หน่วยแรงเฉือนที่ยอมใหข้องลวดเชื่อม จะไดอ้อกมาเป็นค่ากา ลงัของรอยเชื่อม ก็สามารถ ที่จะคา นวณหาความยาวของการเชื่อมได้โดยให้รอยเชื่อมน้นัสามารถตา้นทานต่อแรงที่ เกิดข้ึนได้
แบบฝึ กหัดประจ าบท 1. จงหาจ านวนและระยะการจัดของหมุดย้า ชนิด A502 Grade 1 ขนาด Ø 16 mm เพื่อ ยึดรอยต่อระหวา่งแผน่เหล็กสองแผน่เขา้ดว้ยกนักา หนดหน่วยแรงดึงประลยัของหมุดย้า ( u F ) มีค่า 4,050 kg/cm2 และเป็นรอยต่อแบบรับแรงแบกทาน 2. จงค านวณหาแรงดึงที่ยอมให้ (P) ส าหรับการต่อเพื่อยึดแผน่เหล็กเขา้ดว้ยกนัดงัภาพ ด้านล่าง การต่อใชส้ลกัเกลียวชนิด A325 ขนาด Ø 19 mm จ านวน 6 ตวัมีค่า bolt u F = 4,050 kg/cm2 และเกลียวอยูใ่นระนาบของแรงเฉือน แผน่เหล็กที่ใชม้ีค่า y F = 2,400 kg/cm2 และ plate u F = 4,100 kg/cm2 3. จงค านวณหาแรงดึงที่ปลอดภัย (P) ของรอยเชื่อมแบบพอก เพื่อยึดแผน่เหล็กสองแผน่ เข้าด้วยกนักา หนดใชล้วดเชื่อมชนิด E70 ขนาดของขาเชื่อม 8 mm และแผน่เหล็กที่ใช้ มีค่า y F = 2,400 kg/cm2 7,000 kg 7,000 kg 9 mm 9 mm P P 40 cm 12 mm P P 12 mm 12 mm P
4. รอยต่อชนของแผ่นเหล็กดังภาพด้านล่างน้ีเป็นรอยเชื่อมแบบร่องวีทะลุตลอด จงค านวณหาแรงดึงที่ปลอดภัย (P) ที่รอยต่อจะรับได้กา หนดใช้ลวดเชื่อมชนิด E70 และแผน่เหล็กที่ใชม้ีค่า y F = 2,400 kg/cm2 5. จงออกแบบรอยต่อสา หรับชิ้นส่วนโครงสร้าง A ของโครงขอ้หมุนดงัภาพดา้นล่าง ซึ่ง เป็ นเหล็กฉากชนิด L 50 50 6 mm เพื่อยึดติดกบัแผน่เหล็กประกบัหนา 10 mm และชิ้นส่วนโครงสร้าง A มีแรงดึงกระท า 4,000 kg กา หนดเหล็กที่ใชม้ีค่า y F = 2,400 kg/cm2 และออกแบบตามขอ้กา หนดดงัน้ี (ก) ออกแบบรอยต่อโดยใชส้ลกัเกลียว พร้อมกบัจดัระยะการวางของสลกัเกลียว ให้เหมาะสม (เลือกชนิดและขนาดของสลักเกลียวเอง) โดยเป็นรอยต่อแบบรับแรง แบกทาน และเกลียวไม่อยใู่นระนาบของแรงเฉือน (ข) ออกแบบรอยต่อโดยการเชื่อมพอก (กา หนดชนิดและขาของลวดเชื่อมเอง) E70 P P PL 20 10 mm PL 20 12 mm P P P P PL 200 12 mm PL 400 15 mm 25 cm E70 4 cm 4 cm 8
4,000 kg ชิ้นส่วนโครงสร้าง A (L 50 50 6 mm) แผน่เหล็กประกบัหนา 10 mm
เอกสารอ้างอิง กวี หวังนิเวศน์กุล. (2553). การออกแบบโครงสร้างเหล็กและไม้เบื้องต้น. กรุงเทพฯ : โรงพิมพ์หจก. รุ่งแสงการพิมพ.์ ทนงศกัด์ิแสงวฒันะชยั. (2539). การออกแบบโครงสร้างไม้และเหล็ก. พิมพค์ร้ังที่ 3. ขอนแก่น : คณะวศิวกรรมศาสตร์มหาวทิยาลยัขอนแก่น. มงคล จิรวัชรเดช. (2548). การออกแบบโครงสร้างเหล็ก. พิมพค์ร้ังที่ 3. นครราชสีมา : สาขาวิชาวิศวกรรมโยธา มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีสุรนารี. มนัส อนุศิริ. (2542). การออกแบบโครงสร้างไม้และเหล็ก. พิมพค์ร้ังที่ 4. กรุงเทพฯ : ซีเอด็ยเูคชนั่ . วนิิต ช่อวเิชียร. (2539). การออกแบบโครงสร้างเหล็ก. กรุงเทพฯ : หา้งหุน้ ส่วนจา กดั ป. สัมพันธ์พาณิชย์. สนนั่เจริญเผา่และวนิิต ช่อวเิชียร. (2539). การออกแบบโครงสร้างไม้และโครงสร้าง เหล็ก. พิมพค์ร้ังที่ 8. กรุงเทพฯ : หา้งหุน้ ส่วนจา กดั ป. สัมพนัธ์พาณิชย.์ สมเกียรติรุ่งทองใบสุรีย. (2546). ์การออกแบบโครงสร้างเหล็ก. พิมพค์ร้ังที่ 5. กรุงเทพฯ : คณะวิศวกรรมศาสตร์ มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีพระจอมเกล้าธนบุรี. สมาคมวศิวกรรมสถานแห่งประเทศไทย ในพระบรมราชูปถัมภ์. (2548). มาตรฐาน ส าหรับอาคารเหลก็รูปพรรณ. พิมพค์ร้ังที่ 3. กรุงเทพฯ. สา เริง ฤทธ์ิพริ้ง. (2552). เหล็ก…โครงสร้าง. ค้นเมื่อ 21 กุมภาพันธ์ 2554, จาก http://www.oknation.net/blog/civil/2009/11/15/entry-1 Bangkok Glass Footbal Club. (2553). ความคืบหน้า อัฒจันทร์ทีมเยือนโซน (N) สนาม ลีโอ สเตเดี้ยม. ค้นเมื่อ 22 กุมภาพันธ์ 2554, จาก http://www.bangkokglassfc. com/webboard/index.php?showtopic=10838 ExtendeD. (2551). ภารกิจไตรภาค ไปพิชิตสะพานเส้นทางสายเหนือตอนล่าง. ค้นเมื่อ 21 กุมภาพันธ์ 2554, จาก http://portal.rotfaithai.com/modules.php?name= Forums&file=viewtopic&t=2249&start=15&postdays=0&postorder=asc& highlight=
แผนบริหารการสอนประจ าบทที่ 12 หัวข้อเนื้อหาประจ าบท บทที่ 12 โครงหลังคาเหล็ก 3 คาบ 12.1 ส่วนประกอบของโครงหลังคาเหล็ก 12.2 ลักษณะของฐานรองรับในโครงหลังคาเหล็ก 12.3 การค านวณออกแบบโครงหลังคาเหล็ก 12.4 แปเหล็ก 12.5 ขอ้กา หนดสา หรับเหล็กยดึแป 12.6 สรุปเน้ือหา แบบฝึ กหัดประจ าบท เอกสารอ้างอิง วตัถุประสงค ์ เชิงพฤติกรรม 1. เพื่อให้ผู้ศึกษาสามารถอธิบายลักษณะและส่วนประกอบต่างๆของ โครงหลังคาเหล็กได้ 2. เพื่อให้ผู้ศึกษามีความรู้และความเข้าใจในหลักเกณฑ์การออกแบบ โครงหลังคาเหล็ก 3. เพื่อให้ผูศ้ึกษาสามารถวิเคราะห์หาน้า หนักบรรทุกที่กระทา ต่อโครงหลงัคา เหล็กไดอ้ยา่งถูกตอ้ง 4. เพื่อให้ผู้ศึกษาสามารถวิเคราะห์หาค่าแรงภายในที่เกิดข้ึนกบัชิ้นส่วนต่างๆใน โครงขอ้หมุนเหล็กไดอ้ยา่งถูกตอ้ง 5. เพื่อให้ผู้ศึกษาสามารถค านวณออกแบบ เพื่อเลือกหาขนาดหน้าตัดของ ชิ้นส่วนต่างๆในโครงหลงัคาเหล็กไดอ้ยา่งถูกตอ้งและเหมาะสม
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 และเปิดโอกาสใหผ้ศู้ึกษาไดซ้กัถาม 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 12 โครงหลังคาเหล็ก ปัจจุบนัน้ีโครงหลงัคาเหล็ก (Steel Truss) กา ลงัเป็นที่นิยมและใช้กนัทวั่ ไป ดังแสดงในภาพที่ 12.1 เนื่องจากสามารถให้ความยาวช่วงได้มากกว่าโครงหลังคาไม้ โครงขอ้หมุนในโครงหลงัคาเหล็กน้ีประกอบข้ึนจากชิ้นส่วนโครงสร้างต่างๆเหมือนกบั โครงขอ้หมุนไม้และมีการยึดกนัของชิ้นส่วนที่จุดต่อดว้ยวิธีการใช้หมุดย้า สลกัเกลียว หรืออาจด้วยวิธีการเชื่อมซ่ึงกา ลังเป็นที่นิยมในปัจจุบนัส าหรับการคา นวณออกแบบ ชิ้นส่วนโครงสร้างต่างๆในโครงหลังคาเหล็ก มีหลกัการเช่นเดียวกบัการออกแบบใน โครงหลงัคาไม้หากสามารถวิเคราะห์หาแรงที่กระทา ต่อชิ้นส่วนได้ก็สามารถน าไป ออกแบบเพื่อหาขนาดหน้าตัดของเหล็กได้ ภาพที่ 12.1 โครงหลังคาเหล็ก 12.1 ส่วนประกอบของโครงหลังคาเหล็ก ดังที่ได้กล่าวไวแ้ลว้ในหวัขอ้ที่ 6.1.1 ของบทที่ 6 วา่ โครงหลงัคาจะประกอบดว้ย ชิ้นส่วนโครงสร้างจา นวน 3 ส่วนหลกัๆ ประกอบกนัเป็นโครงขอ้หมุนในรูปแบบ ต่างๆกนัแลว้ทา หนา้ที่รับน้า หนกับรรทุกจากแปและวสัดุมุงหลงัคา ในภาพที่ 12.2 (ก)
เป็นลักษณะของหลังคาทรงจวั่ซ่ึงเรียบง่าย ไม่ซับซ้อนอะไรมากนัก ต่างจากภาพที่ 12.2 (ข) ซ่ึงเป็นลกัษณะของหลงัคาทรงป้ันหยา หลงัคาชนิดน้ีจะมีเหลี่ยมและมุมมากข้ึน เนื่องจากแนวของหลงัคาจะมาบรรจบกนัจึงทา ให้หลงัคาชนิดน้ีดูสวยงามและไดร้ับความ นิยมในปัจจุบัน ส าหรับการเรียกชื่อชิ้นส่วนโครงสร้างต่างๆของหลังคาท้ังสองจะ เหมือนกนัแต่หลงัคาทรงป้ันหยาจะมีชื่อเรียกของชิ้นส่วนที่เพิ่มเขา้มา ไดแ้ก่ตะเฆ่สัน และตะเฆ่ราง (ก) หลงัคาทรงจวั่ (ข) หลงัคาทรงป้ันหยา ภาพที่ 12.2 ชิ้นส่วนโครงสร้างต่างๆในโครงหลงัคา ที่มา (มงคล จิรวัชรเดช, 2548, หน้า 10-3)