Gusset Plate Fold Line Requirement
Fold line สำหรับ Gusset Plate Connection คืออะไร ? มาทำความเข้าใจกัน
ก่อนอื่นต้องมาทำความเข้าใจเรื่อง ความเหนียวของโครงสร้าง (Ductility) ก่อน เนื่องจากการมี Fold Line คือการเพิ่มความเหนียวให้กับโครงสร้าง
แรงกระทำต่อโครงสร้างในระดับที่สูงมากๆ นั้น สามารถจะออกแบบรับได้สามรูปแบบคือ
Strength Design ออกแบบให้แข็งรับแรงให้ได้ทั้งหมดเลยโดยไม่เสียหาย หรือยังอยู่ในช่วงอิลาสติก แต่ก็จะเปลืองมาก
Ductility Design ออกแบบให้เคลื่อนตัวได้มากๆ เพื่อสลายพลังงงาน
Shared Energy Design ออกแบบให้แข็งพอสมควร แต่ก็ยุบได้ด้วย เพื่อไม่ให้เปลืองหรือเคลื่อนตัวจนมากเกินไป
หลักการสลายพลังงานแบบนี้ใช้ออกแบบโครงสร้างหลายรูปแบบ ทั้งโครงสร้างรับแรงแผ่นดินไหว โครงสร้างรับแรงจากเรือหรือรถพุ่งชน โครงสร้างรับของตกใส่ โครงสร้างรับแรงระเบิด ทั้งหมดล้วนใช้หลักการในการสลายพลังงานในการออกแบบโครงสร้าง อยู่ที่รายละเอียดปลีกย่อย
เช่น โครงสร้างรับแผ่นดินไหวต้องการออกแบบให้อยู่ในช่วงอินอิลาสติค แต่โค๊ดประมาณค่าความเหนียวมาด้วยค่า R ทำให้หารแรงอินอิลาสติคลงมาเป็นอิลาสติคแล้วออกแบบด้วยวิธี Linear Elastic ได้
ส่วนโครงสร้างรับแรงจากเรือชนในทะเลทำเป็น Nonlinear Inelastic โดยตรง เพราะไม่มีการประมาณค่า Ductility ให้เหมือนโค๊ดบนฝั่ง แต่ทั้งสองแบบล้วนอยู่บนหลักการเดียวกัน แต่ต่างกันที่รายละเอียด
โครงสร้างที่ต้องการความเหนียว หรือ Ductility นั้น คือโครงสร้างที่ต้องการให้เคลื่อนตัวได้มากๆ เพื่อสลายพลังงานที่เข้ามากระทำ
การจะทำให้มันเคลื่อนตัวได้มากๆ ส่วนที่สำคัญอย่างหนึ่งคือจุดต่อ เมมเบอร์จะเสียหาย ขยับ หรือ โกร่งตัวได้มากหรือน้อย ไม่ได้ขึ้นแต่เฉพาะกับกำลังของตัวมันเอง แต่ขึ้นกับกำลังของจุดต่อด้วย หรือ พูดอีกนัยหนึ่งคือจุดต่อต้องแข็งแรงกว่าเมมเบอร์
ดังนั้นโค๊ดที่ต้องการความเหนียวจากโครงสร้าง อย่างโค๊ดสำหรับโครงสร้างที่รับแรงแผ่นดินไหว เช่น AISC 341 Seismic Provision หรือ มยผ 1304 จึงระบุว่าให้ออกแบบจุดต่อด้วยการใช้กำลังของเมมเบอร์ (Brace Capacity) รวมไปถึงกำลังของเมมเบอร์ที่อาจจะเป็นไปได้ด้วย เช่น Fy สูงกว่าที่ใช้ออกแบบ ไม่ใช่ใช้แรงจากการวิเคราะห์โครงสร้างมาออกแบบจุดต่อ ดังที่แสดงใน AISC 341 2016 ข้อ F2.6c.3.a
อย่างไรก็ดีการออกแบบจุดต่อด้วยกำลังของเมมเบอร์นั้น บ่อยครั้งทำได้ยาก โดยเฉพาะกำลังรับแรงดัด โค๊ดจึงเปิดให้ใช้ทางเลือกที่ 2 ดังแสดงใน AISC 341 2016 ข้อ F2.6c.3.b คือ ถ้าให้รายละเอียดของจุดต่อจนมี Rotational Capacity เพียงพอจะรับ Interstory Drift ได้ โดยยอมให้เกิด Inelastic Rotation ได้ แล้ว จุดต่อไม่จำเป็นที่ต้องรับแรงดัดเท่ากับกำลังของเมมเบอร์
สำหรับจุดต่อแบบ Gusset Plate จะเห็นว่าเราไม่สามารถจะออกแบบ Gusset Plate ให้มีกำลังรับแรงดัดเท่ากับเมมเบอร์ได้ จุดต่อแบบนี้มีพฤติกรรมด้าน Out-of-Plate เป็นแบบ Pinned ดังนั้นการให้รายละเอียดจุดต่อแบบนี้จึงต้องทำให้มันสามารถเกิด Inelastic Rotation ได้
จุดหมุนของจุดต่อแบบ Gusset Plate เราเรียกว่า Fold Line หรือมันจะหมุนพับตามเส้นที่เรียกว่า Fold Line โดยเส้นนี้จะเป็นเส้นที่ลากตั้งฉากกับ Brace Center Line ไปยังจุดใกล้ที่สุดที่เป็นจุดตัดกันระหว่าง Gusset Plate กับ คานหรือเสา
AISC 341 กำหนดว่า การให้รายละเอียดจุดต่อแบบ Gusset Plate เพื่อให้มีความเหนียว หรือเกิด Inelastic Rotation ได้ จะต้องเผื่อระยะประมาณ 2*t ระหว่าง เส้น Fold Line และจุดสิ้นสุดของเมมเบอร์บน Gusset Plate ดังแสดงในรูป เมื่อ t คือความหนาของ Gusset Plate
การเผื่อระยะแบบนี้เพื่อให้มั่นใจว่าเมมเบอร์จะไม่เข้ามายุ่งกำลังกำลังของจุดต่อ หรือ ก็คือทำให้ระยะ 2*t นี้มีกำลังต่ำที่สุด ทำให้เมื่อมันดัด จะต้องดัดรอบบริเวณนี้ หรือบังคับให้มันพังบริเวณนี้นั่นเอง ดังแสดง
อย่างที่บอกไปหลักการของการออกแบบโครงสร้างที่มีความเหนียวสูงๆ คือ เราต้องกำหนดให้มันว่าจะให้มันพังที่ตรงไหน หรือ หาจุดที่เป็น ฟิวส์ให้กับระบบโครงสร้าง เมื่อเกิดปัญหา ให้พังที่ฟิวส์ก่อน ไม่ให้มันลุกลามไปที่จุดอื่นๆ จนทำให้ระบบโดยรวมเสียหาย
ทีนี้มาดูดีเทลของจริงกันว่า ระยะเผื่อสำหรับ Fold Line ในงานจริงหน้าตาเป็นยังไง
แล้วโครงสร้างที่ไม่ได้เผื่อระยะ Fold Line เป็นอย่างไรในงานจริง
จะเห็นว่า เมื่อไปไม่มีการเผื่อระยะ Fold Line ไว้ให้เพียงพอ มักจะเกิดการวิบัติที่บริเวณนั้น เนื่องจากเมมเบอร์เองเข้ามาขวางไม่ให้เกิดการหมุนที่จุดต่อแบบ Inelastic Rotation เพราะแรงระดับสูงๆ ที่ต้องการสลายพลังงาน เราต้องการให้มันหมุน หรือ เคลื่อนตัวมากๆ เมื่อมันเกิดการขัดขวางขึ้นจากรายละเอียดที่ไม่ดีของจุดต่อ จึงทำให้จุดต่อวิบัติ และเมื่อจุดต่อวิบัติ เมมเบอร์ ก็ไม่สามารถรักษาระดับแรงในตัวเองไว้ได้ ทำให้เกิดการกระทบเป็นลูกโซ่ทั้งระบบโครงสร้าง
อย่างไรก็ดี กรณีที่โครงสร้างไม่ได้รับแรงระดับสูงที่จำเป็นต้องใช้คอนเซป Ductility Design เช่น แรงแนวดิ่งทั่วไป แรงลม และอื่นๆ เราไม่จำเป็นต้องให้ดีเทลแบบนี้ก็ได้ เนื่องจากแรงพวกนี้ใช้คอนเซป Strength Design
Ref.
M.D. Engelhardt, “Design of Seismic-Resistant Steel Building Structure, Concentrically Braced Frames”
AISC 341-2016, “Seismic Provisions for Structural Steel Buildings”
มยผ 1304-61, “มาตรฐานการออกแบบอาคารเหล็กโครงสร้างรูปพรรณเพื่อต้านทานการสั่นสะเทือนของแผ่นดินไหว”
- 7
โฆษณา
- ดาวน์โหลดแอปพลิเคชัน
- © 2025 Blockdit
