การเชื่อมต่อค้ำยันและ IDEA StatiCa

บทความนี้เป็นบทความต่อเนื่องจาก บทความที่พิจารณาเรื่องโครงถัก ที่เขียนโดยเพื่อนร่วมงานของผม – Ralph Pullinger ก่อนอื่น คำถามสำคัญคือ – อะไรคือ ความแตกต่างระหว่างค้ำยันและโครงถัก? มีความทับซ้อนกันเล็กน้อยในหัวข้อเหล่านี้ ดังที่คุณอาจนึกออก 

โดยพื้นฐานแล้ว ค้ำยันคือ ชิ้นส่วนเดี่ยวที่รองรับ เสริมความแข็งแรง หรือเพิ่มความมั่นคง ให้กับสิ่งใดสิ่งหนึ่ง ในขณะที่โครงถักมักเป็นส่วนหนึ่งของโครงสร้างทั้งหมดและประกอบด้วยชิ้นส่วนหลายชิ้น กล่าวอีกนัยหนึ่ง ค้ำยันอาจเป็นส่วนหนึ่งของโครงสร้างโครงถัก แน่นอนว่าระบบโครงถักบางระบบจำเป็นต้องมีค้ำยันเพื่อให้สมบูรณ์ – โดยเฉพาะในตลาดที่อยู่อาศัย แม้แต่ชิ้นส่วนภายในโครงถักบางชนิดก็ทำหน้าที่เป็นค้ำยัน

แต่พบได้ที่ไหน และระบบค้ำยันใช้ เฉพาะในโครงสร้างเหล็ก เท่านั้นหรือ? ไม่เลย คุณมักจะพบได้ทั้งในอาคารโครงเหล็กและโครงไม้ พบน้อยกว่าในโครงคอนกรีต เว้นแต่จะมีเหตุผลเฉพาะ เช่น การปรับปรุงหรือการเสริมความแข็งแรง

ระบบค้ำยันที่ใช้ในโครงสร้างเหล็ก

ในระบบโครงสร้างเหล็ก ค้ำยันมักถูกกำหนดให้ รับเฉพาะแรงตามแนวแกน (ทั้งแรงอัดหรือแรงดึง) หากค้ำยันต้องรับโมเมนต์ นั่นหมายความว่าควรกำหนดให้เป็นคานหรือเสา ค้ำยันไม่ได้จำกัดอยู่เฉพาะแนวนอนหรือแนวตั้ง แต่ยังใช้ในระนาบเอียง (เช่น ระนาบหลังคา) ค้ำยันถ่ายแรงกระทำเสมอ โดยหลักแล้ว มีจุดมุ่งหมายเพื่อ ถ่ายแรงในแนวนอน เช่น แรงลม ลงสู่กลไกรองรับ – ซึ่งมักเป็นฐานราก

ค้ำยันอาจอยู่ในรูปแบบของ ลวด แถบเหล็ก เหล็กฉาก เหล็กกลม หน้าตัดกลวง และแม้แต่หน้าตัด I ในอดีตมักถูกออกแบบให้ซ่อนอยู่เสมอ แต่ก็มีตัวอย่างหลายกรณีที่นำมาแสดงและตกแต่งให้โดดเด่น

ตัวอย่างที่สวยงามของการผสมผสานระหว่างสถาปัตยกรรมและวิศวกรรมโครงสร้างที่เผยให้เห็นค้ำยันและรายละเอียดการเชื่อมต่อค้ำยันบนผนังอาคาร สามารถพบได้ในสเปนที่อาคารซึ่งปัจจุบันรู้จักกันในชื่อ Hotel Arts Barcelona ที่นี่ การเชื่อมต่อโครงสร้างเหล็กอยู่ใกล้พอที่จะสัมผัสได้และสามารถมองเห็นได้โดยแขกของโรงแรม ดูวิธีที่เราดำเนินการคำนวณการออกแบบค้ำยันนี้ ในหนึ่งในเว็บบินาร์ของเรา

ในยุคเก่าของการเขียนแบบ 2 มิติ (ทั้งแบบอนาล็อกและดิจิทัล) และเนื่องจากระนาบที่ค้ำยันทำงานอยู่ ค้ำยันมักถูกลืมจนกว่าจะพบว่าวิ่งผ่านหน้าต่าง (โดยไม่ตั้งใจ) หรือ กีดขวางทางเข้าประตู มีใครจำสถานการณ์เหล่านั้นได้บ้าง?

ปัจจุบัน ด้วยการมาถึงของ BIM ปัญหาการประสานงานเหล่านี้แทบจะหมดไป (หวังว่าเช่นนั้น) การนำวิธี Finite Element มาใช้ยังทำให้การใช้วัสดุมีประสิทธิภาพมากขึ้น และวิธีการวิเคราะห์ที่เข้มงวดยิ่งขึ้นช่วยให้วิศวกร จัดวางระบบค้ำยัน ในตำแหน่งที่ทำงานได้ดีกว่า

ในรูปแบบที่ง่ายที่สุด ค้ำยันคือชิ้นส่วนที่เชื่อมจากจุดหนึ่งไปยังอีกจุดหนึ่ง อาจเป็น ค้ำยันเดี่ยว หรือเป็นส่วนหนึ่งของ ระบบค้ำยันขนาดใหญ่ ที่ก่อตัวเป็นรูปแบบ แน่นอนว่ามีระบบค้ำยันหลากหลายรูปแบบที่ใช้ในโครงสร้าง ตั้งแต่ค้ำยันแบบ X ที่ใช้กันทั่วไปไปจนถึงระบบขั้นสูงที่คำนึงถึงข้อกำหนดทางสถาปัตยกรรม

การฝึกอบรมและประสบการณ์ของวิศวกรมักจะนำทางให้พวกเขาหาตำแหน่งและรูปแบบค้ำยันที่เหมาะสม ซึ่งสามารถปรับปรุงเพิ่มเติมได้ด้วยการวิเคราะห์ ในระหว่างการวิเคราะห์นี้ ผลกระทบเพิ่มเติม เช่น ความเยื้องศูนย์ ถูกสมมติว่าไม่มีนัยสำคัญ ดังที่ผมยืนยันเสมอ – วิศวกรชอบทำให้สิ่งต่างๆ เรียบง่าย

ในการวิเคราะห์โครงสร้างโดยรวม (โครงแบบ 2 มิติหรือ 3 มิติ) คุณจะเห็นคาน เสา และค้ำยันมาบรรจบกันที่ Node เดียว ในความเป็นจริง สิ่งนี้ไม่สามารถเกิดขึ้นได้เนื่องจาก มีความเยื้องศูนย์อยู่เสมอ สิ่งนี้ยังสามารถจำลองได้ใน FEM และ BIM เพื่อให้พิจารณาผลกระทบเหล่านี้ – โดยปกติการเลื่อนขึ้น/ลง หรือซ้าย/ขวาเล็กน้อยก็เพียงพอ

อ่านเพิ่มเติมในบล็อกจาก Jan Kubicek เกี่ยวกับความเยื้องศูนย์ของโครงสร้างและปัญหาของมัน – จะเกิดอะไรขึ้นถ้ามันไม่ไปในทิศทางที่ถูกต้อง?

ประเภทของการเชื่อมต่อค้ำยันในโครงสร้างเหล็ก

ตอนนี้เรามีชุดค้ำยันที่สามารถรับแรงออกแบบได้ – เราจะเชื่อมต่อกับโครงสร้างหลักอย่างไร? นี่คือจุดที่ศิลปะของผู้เขียนแบบและความรู้ของพวกเขาเข้ามามีบทบาท ข้อจำกัดที่นี่คืออะไร? พูดง่ายๆ คือ ผู้เขียนแบบมีประเภทการเชื่อมต่อในโครงสร้างเหล็กเก็บไว้ในความจำของตนเองมากเพียงใด แน่นอนว่ารวมถึงความคิดสร้างสรรค์ของเขา/เธอ แต่ยังรวมถึง ข้อจำกัดของเครื่องมือซอฟต์แวร์ที่ใช้ด้วย

มีตัวอย่างมากมายของการจัดเรียงทั่วไปที่ทำหน้าที่นี้ ส่วนใหญ่ไม่โดดเด่น แต่บางส่วนก็โดดเด่น ตัวอย่างด้านล่างนำมาจากกรณีศึกษาและเว็บบินาร์ การเชื่อมต่อผนังอาคารที่โรงพยาบาล Midland Metropolitan

ลูกค้าต้องการทำให้ระบบค้ำยันเป็นจุดเด่น และใช้ IDEA StatiCa เพื่อสร้าง การเชื่อมต่อที่ใช้งานได้และดึงดูดสายตา

นี่จะเป็นตัวอย่างที่ดีของวิธีที่ IDEA StatiCa สามารถใช้ทั้ง แบบจำลองเรขาคณิต (BIM) จากเช่น Tekla Structures เพื่อรับตำแหน่งชิ้นส่วนและรูปร่างของแผ่นเหล็กต่างๆ พร้อมกับใช้ ผลของแรงกระทำ ผ่าน FEM จากเช่น SCIA Engineer (มี โซลูชัน CAD และ FEM อื่นๆ ให้เลือกใช้😊) แต่เฮ้ สิ่งนี้เป็นไปได้จริงๆ!

รายละเอียดการเชื่อมต่อค้ำยันใน IDEA StatiCa

แอปพลิเคชันสำหรับการออกแบบการเชื่อมต่อและการตรวจสอบตามมาตรฐาน IDEA StatiCa Connection สามารถรองรับ เรขาคณิตและการรับแรงทุกประเภท ได้อย่างครบถ้วน เริ่มตั้งแต่การเชื่อมต่อแบบง่ายสำหรับระบบค้ำยันแบบ V ทั่วไป จุดแข็งที่นี่เมื่อเทียบกับ สเปรดชีต Excel คือการสร้างรูปร่างรายละเอียดอย่างรวดเร็ว ความเป็นไปได้ในการปรับให้เหมาะสมอย่างรวดเร็ว การควบคุมด้วยภาพอย่างสมบูรณ์ และที่สำคัญไม่น้อยคือการวิเคราะห์การโก่งเดาะ!

อ่านเพิ่มเติมเกี่ยวกับการโก่งเดาะ สำหรับไม่เพียงแต่การเชื่อมต่อค้ำยันในบทความ การโก่งเดาะต้องการการคิดอย่างมีวิจารณญาณ! จากผู้เขียน Jana Kaderova

นอกเหนือจากแบบมาตรฐาน แอปของเราได้พิสูจน์ความสามารถกับ การเชื่อมต่อระดับยาก เช่นกัน ที่นี่เป็นจุดที่สถาปนิกทำให้ความฝันของเขา/เธอเป็นจริง และ วิศวกรโครงสร้างต้องเผชิญกับฝันร้าย วงแหวนกลางค้ำยันแบบ X ดังกล่าวถูกใช้ในหลายรูปแบบ ตั้งแต่แบบที่ผลิตและทดสอบตามมาตรฐานไปจนถึงแบบที่กำหนดเองอย่างสมบูรณ์ซึ่งต้องการการ วิเคราะห์และการตรวจสอบตามมาตรฐานอย่างครบถ้วน

ภายใต้หัวข้อของค้ำยัน เรายังเห็นหนึ่งในสาเหตุที่พบบ่อยของข้อความที่ส่งมายังฝ่ายช่วยเหลือของเรา ตัวอย่างข้างต้นยังแสดงให้เห็น การเชื่อมต่อด้วยสลักเกลียวเดี่ยว จากค้ำยันไปยังโครงสร้าง ดังนั้น ชิ้นส่วนนี้ไม่สามารถรับโมเมนต์ใดๆ ได้ แต่รับได้เพียงแรงตามแนวแกนและแรงเฉือนเท่านั้น

ในซอฟต์แวร์การเชื่อมต่อโครงสร้างเหล็ก IDEA StatiCa Connection พารามิเตอร์ของชิ้นส่วนค้ำยันที่เรียกว่า ประเภทแบบจำลอง จะต้องเปลี่ยนจากค่าเริ่มต้น N-Vy-Vz-Mx-My-Mz เป็น N-Vy-Vz (ไม่มีโมเมนต์) มิฉะนั้น จะเกิด Singularity เนื่องจากกลไกที่เกิดขึ้นรอบสลักเกลียว

โซลูชันที่ผ่านการตรวจสอบอย่างละเอียด

เมื่อไม่กี่วันก่อน ในฐานะส่วนหนึ่งของหน้าที่ฝ่ายช่วยเหลือของผม ผมกำลังแก้ปัญหาเกี่ยวกับการเชื่อมต่อที่เป็นทั้งมาตรฐาน/ไม่ใช่มาตรฐาน ขึ้นอยู่กับมุมมองของคุณ แบบจำลองการเชื่อมต่อเป็น จุดต่อ K แบบเชื่อมเต็มของหน้าตัดกลวงสี่เหลี่ยม (RHS) และลูกค้ากำลังพูดถึง ความสามารถในการรับแรงที่ต่ำกว่า ของการเชื่อมต่อค้ำยันนี้ที่คำนวณใน Connection app เมื่อเทียบกับการคำนวณด้วยมือ

ในส่วนนี้ของเรื่อง สิ่งสำคัญคือต้องชี้ให้เห็นว่าโซลูชันที่ใช้ CBFEM ในซอฟต์แวร์ได้รับการตรวจสอบอย่างครบถ้วนในหลายระดับ รวมถึงการทดสอบในห้องปฏิบัติการและตัวอย่างมากมายที่ใช้ อย่างไรก็ตาม เราตอบสนองด้วยการตรวจสอบปัญหาอย่างละเอียดและจัดทำ แบบจำลอง Finite Element อิสระที่ประกอบด้วยองค์ประกอบทรงตันสามมิติ ที่มีพฤติกรรมอีลาสโตพลาสติกแบบไม่เชิงเส้นทางเรขาคณิตในซอฟต์แวร์ midas FEA NX

สมมติฐานสำหรับทั้งสองแบบจำลอง:

• เหล็ก S355 – ไดอะแกรมสองเส้นตรงพร้อมการแข็งตัว
• การวิเคราะห์แบบไม่เชิงเส้นทางเรขาคณิตและวัสดุ

โดยทั่วไป การคำนวณด้วยมือที่กำหนดโดยมาตรฐานมักจะค่อนข้างอนุรักษ์นิยม ในกรณีนี้กลับตรงกันข้าม และโซลูชัน Finite Element ที่ตรวจสอบซ้ำซึ่งให้แบบจำลองที่แม่นยำแสดงให้เห็นความสามารถที่ต่ำกว่าประมาณ 20% ในทั้งสองแบบจำลองเชิงตัวเลขเมื่อเทียบกับการคำนวณด้วยมือ สรุปได้ว่าเป็นเพราะการเสียรูปในเชิงพื้นที่และการเจาะทะลุของคานหลัก

นอกจากนี้ ใน ศูนย์สนับสนุน ของเรา ในรายการบทความการตรวจสอบและการวิจัย มีบทความที่กล่าวถึงค้ำยันโดยเฉพาะด้วย

หนึ่งในนั้น หน้าตัดกลวงสี่เหลี่ยม ยังรวมถึงตัวอย่างของจุดต่อ K แบบเชื่อมที่ออกแบบภายใต้ Eurocode ด้วย งานนี้แสดงผลลัพธ์การวิจัยของการเปรียบเทียบผลลัพธ์ Connection app กับวิธีดั้งเดิม กล่าวคือ ความต้านทานที่กำหนดโดย CBFEM เทียบกับ FMM สำหรับจุดต่อ K แบบ SHS ในระนาบเดียว

สำหรับมาตรฐาน AISC ของสหรัฐอเมริกา มีตัวอย่างการตรวจสอบสองสามตัวอย่างที่จัดทำโดย Mahamid Mustafa ในโครงการร่วมระหว่าง มหาวิทยาลัยอิลลินอยส์ในชิคาโก และ IDEA StatiCa บทความ การเชื่อมต่อค้ำยัน Chevron ในโครงแบบค้ำยัน (AISC) รวมถึงบทความอื่นๆ เผยให้เห็นแนวคิดที่ปลอดภัยแต่มีประสิทธิภาพของวิธี CBFEM ได้เป็นอย่างดี

จบแล้วหรือ?

ขอบคุณที่สละเวลาอ่านบทความนี้ และเรา หวังว่าจะได้พบคุณอีกครั้งในเร็วๆ นี้ ในบล็อก IDEA StatiCa ของเรา!

PS: แบบทดสอบโบนัส 😊 ลองนับดูว่าคุณสามารถหาค้ำยันเหล็กได้กี่ชิ้นใน แกลเลอรีโครงการตัวอย่างของเรา!

3,2,1,...

... เอาล่ะ นี่คือ รายการที่กรองแล้วทั้งหมด สำหรับดาวน์โหลด ตรวจสอบ และใช้งานฟรี