19/08/2026
#การใช้ท่อเหล็กในโครงค้ำยัน (braced frame)
ข้อมูลจาก Jacinto (STI) บรรยายใน NASCC2024
ข้อดีของท่อเหล็ก (HSS = Hollow Steel Section) กับการใช้เป็นโครงค้ำยัน ของระบบรับแรงด้านข้าง lateral system ไม่ว่าจะเป็น X-brace, V-brace, K-brace หรือ Chevron brace จะให้ผลที่ดีเพราะ มีสมบัติต้านทานแรงอัด buckling load ที่ดีกว่า open section เช่นกลุ่ม H-beam ด้วยที่ flexural stiffness (moment of inertia) มีค่าที่สูงในทุกแกน ต่างจาก H-beam และสำหรับประเทศไทยเอง ราคาต่อกิโลกรัม ของท่อเหล็ก ก็ต่ำกว่า H-beam อย่างมีนัยสำคัญ
มาตรฐานการออกแบบ HSS นั้น วิศวกรผู้ออกแบบก็สามารถอ้างอิง AISC 360 ได้ ทั้ง Chapter D ที่กล่าวถึงการออกแบบ Tension member และ E ที่กล่าวถึง Compression member สำหรับการออกแบบจุดต่อ ก็พิจารณา limit state ต่างๆ ใน Chapter J รวมไปจนถึง Chapter K ที่แสดงข้อกำหนดเพิ่มเติมสำหรับจุดต่อ HSS นอกจากนี้วิศวกรผู้ออกแบบก็ยังมี reference ที่ช่วยในการออกแบบอีกฉบับ คือ AISC Design Guide 24 ที่เป็นแนวทางการออกแบบจุดต่อท่อ HSS Connection ฉบับตีพิมพ์ครั้งที่ 2 ซึ่่งได้นำผลการศึกษาวิจัยใหม่ๆ ตลอดจนมีการแสดงตัวอย่างประกอบเพิ่มเติม
สำหรับรูปแบบการวิบัติของจุดต่อท่อกับท่อ HSS Connection หรือท่อเข้ากับแผ่น gusset หลักๆ เช่น
- การครากที่ผนัง chord กรณีมีแผ่น gusset สำหรับติดตั้ง branch member
- การหัก (crippling) เดาะ (buckling) หรือครากจากแรงอัด (compression yielding) ของผนังด้านข้างของ chord
- การคราก (yielding) ของผนัง branch จากการกระจายตัวของ stress ที่ไม่สม่ำเสมอ (เพราะ stiffness ของหน้าตัดไม่เท่ากัน แรงถ่ายไปบริเวณ stiffness สูง)
- ฯลฯ
สำหรับการต่อท่อเข้ากับ gusset plate จะต้องพิจารณา รูปแบบการวิบัติที่ gusset plate เพิ่มเติม ไม่ว่าจะเป็น block shear failure, tensile yielding, tensile rupture, bearing & tear-out ตลอดจน Whitmore section failure รวมไปจนถึงการวิบัติที่ bolt (shear) หรือ weld ด้วย
สำหรับกรณีที่ท่อ branch มาต่อเข้ากับ connection plate โดยมีการเซาะร่อง HSS branch ออกนั้น จะเกิดพฤติกรรมที่แรงดึงใน HSS branch จะ "กระจุกตัว" บริเวณ connection plate ด้วยเหตุที่ stiffness บริเวณดังกล่าวจะสูงกว่า บริเวณอื่น ณ ตำแหน่ง HSS brach section หนึ่งๆ พฤติกรรมนี้เรียกว่า "shear lag" ซึ่งในการออกแบบ จะทำการ "ลดทอน" กำลังลงจากผลของ shear lag ดังกล่าว
นอกจากนี้ หากนำ HSS connection เป็นส่วนหนึ่งของ braced frame ต้านทานแผ่นดินไหว จุดต่อ HSS connection อาจต้องพิจารณา "ให้แข็งแรงกว่า" กำลังรับแรงของ member (กำลังรับแรงดึง As*Fy) ซึ่งแนวทางการพิจารณา "capacity design" หรือใช้กำลังรับแรงของ member ไปพิจารณากำลังรับแรงของ connection จะต้องคูณ "กำลังรับแรงที่คาด (ของวัสดุ)" expected yield strength (Ry) ซึ่งขึ้นกับเกรดวัสดุ (ท่อ) ที่ใช้เป็น bracing member หรือ กำลังจุดต่อของ bracing = Ry*Fy*min(An.U,Ag)
ลองดูตัวอย่างประกอบเพิ่มเติมนะครับ หน่วยอาจจะไม่เหมือนเรา แต่ค่อนข้างตรงไปตรงมา
