สวัสดีครับแฟนเพจที่รักทุกๆ ท่าน
หัวข้อในวันนี้จะเกี่ยวข้องกันกับหัวข้อ การออกแบบงานวิศวกรรมโครงสร้าง เหล็กรูปพรรณ (STRUCTURAL STEEL ENGINEERING DESIGN หรือ SSE) นะครับ
วันนี้มีคำถามมาจากเพื่อนๆ ของเราท่านหนึ่งได้ฝากคำถามมาว่า “ไม่ทราบว่าในการออกแบบและใช้งานโครงสร้างเหล็กเหตุใดจึงมีความนิยมที่จะใช้โครงสร้าง เสา ที่ทำขึ้นจากหน้าตัดรูปทรง กลม มากกว่าหน้าตัดรูปทรง สี่เหลี่ยม ครับ ?”
จริงๆ แล้วคำถามข้อนี้หากฟังดูแล้วอาจที่จะไม่มีอะไรนะครับ แต่ หากสังเกตดูดีๆ จะพบว่าคำถามข้อนี้แฝงไปด้วยประเด็นสำคัญๆ หลายอย่างด้วยกันนะครับ
จริงๆ แล้วสาเหตุที่เรานิยมที่จะใช้หน้าตัดของโครงสร้างเสาที่เป็นรูปทรง กลม มากกว่ารูปทรง สี่เหลี่ยม นั้นเป็นเพราะว่าหน้าตัดทรง กลม นั้นจะมีค่าโมดูลัสความเฉื่อย (MOMENT OF INERTIA) ที่เท่าๆ กันในทุกด้านและแกนของหน้าตัดนั่นเองนะครับ ซึ่งเหตุผลประการนี้เองที่จะทำให้เกิดความแตกต่างออกไปจากหน้าตัดรูปทรงอื่นๆ
อย่างที่เราทราบกันดีว่าหน้าตัดเสานั้นจะมีความวิกฤตก็ตรงที่สภาวะการโก่งเดาะ (BUCKLING) ดังนั้นเมื่อเราทำการออกแบบหน้าตัดเสา เราจะต้องทำการตรวจสอบความเป็นไปได้ที่หน้าตัดอาจที่จะเกิดการโก่งเดาะได้รอบทิศทางนั้นๆ เพราะ ทิศทางหลักๆ ในหน้าตัดโครงสร้างจะประกอบไปด้วยทิศทางๆ ด้านแกน x และแกน y ของหน้าตัด
หากเราทำการวางหน้าตัดรูปทรงกล่อง หรือ รูปทรง H-BEAM บนระนาบๆ หนึ่ง ให้ความกว้างของหน้าตัดเท่ากับระยะ B ค่าความลึกของหน้าตัดเท่ากับระยะ H ค่าพื้นที่ของหน้าตัดของรูปย่อยๆ บนหน้าตัดจะมีค่าเท่ากับ Ai และ ค่าระยะจากจุดศูนย์ถ่วงของรูปย่อยจนถึงจุดศูนย์ถ่วงของหน้าตัดเท่ากับ di เราจะพบว่า
ค่าโมเมนต์ความเฉื่อยรอบทิศทาง x ของหน้าตัดจะมีค่าเท่ากับ
Ix = ∑[Ix-x + Ai di^(2)]
โดยที่ค่า
Ix-x = BH^(3)/12
หากเรามาพิจารณาสมการค่าโมเมนต์ความเฉื่อยรอบทิศทาง y ของหน้าตัดจะมีค่าเท่ากับ
Iy = ∑[Ix-x + Ai di^(2)]
โดยที่ค่า
Iy-y = HB^(3)/12
หากเราทำการวางหน้าตัดรูปทรงกลม หรือ รูปทรง H-BEAM บนระนาบๆ หนึ่ง ให้ระยะความลึกภายนอกของหน้าตัดเท่ากับ Do และ ให้ระยะความลึกภายในของหน้าตัดเท่ากับ Di เราจะพบว่าค่าโมเมนต์ความเฉื่อยในทุกๆ ทิศทางของหน้าตัดจะมีค่าเท่ากับ
I = π [Do^(4)-Di^(4)]/64
สรุปง่ายๆ ก็คือ หน้าตัดรูปทรงกลมจะมีค่าโมเมนต์ความเฉื่อยที่เท่าๆ กันในทุกๆ ทิศทาง แตกต่างออกไปจากหน้าตัดประเภทอื่นๆ เช่น หน้าตัด H-BEAM นั้นจะมีค่าโมดูลัสความเฉื่อยในทิศทางของแกนหลักที่สูงกว่าค่าโมดูลัสความเฉื่อยทางด้านแกนรอง เป็นต้นครับ ดังนั้นเมื่อเราเลือกใช้งานหน้าตัดรูปทรงกลมในการทำโครงสร้างเสา เราจะพบว่าเราจะไม่ต้องกังวลอีกต่อไปว่าหน้าตัดรอบแกนใดของหน้าตัดนั้นจะเป็นแกนอ่อน (WEAK AXIS) หรือ แกนแข็ง (STRONG AXIS) นั่นเองนะครับ และ นี่คือเหตุผลหลักๆ ว่าเหตุใดเราจึงนิยมใช้งานหน้าตัดของโครงสร้างเสาที่เป็นรูปทรง กลม มากกว่ารูปทรง สี่เหลี่ยม นะครับ 💡
หวังว่าความรู้เล็กๆน้อยๆ ที่ผมได้นำมาฝากแก่เพื่อนๆ ทุกๆ ท่านในวันนี้จะมีประโยชน์ต่อทุกๆ ท่านไม่มากก็น้อย และ จนกว่าจะพบกันใหม่นะครับ
ADMIN JAMES DEAN
