งานเชื่อม

การออกแบบงานเชือมโครงสร้าง เหลก็ รูปพรรณ แสวง จันทธรรม

เหล็กรปู พรรณ เปนวัสดุโครงสรา งประเภทหน่งึ ทน่ี ยิ มนํามาใชท ดแทนวสั ดโุ ครงสรางประเภทอ่นื ไมว า จะเปนโครงสราง คอนกรีตเสริมเหล็ก หรือโครงสรา งไม ดวยคณุ สมบตั บิ างประการท่โี ดดเดนขามขอจาํ กัดในหลาย ดา น โดยเฉพาะเรอ่ื งการทําโครงสรา งย่นื หรือชวงพาดไดมากกวา ขนาดโครงสรา งจะเล็กกวา เมื่อเทียบกับการรบั นํ้าหนกั ทเี่ ทากัน (เชน เสาเหล็กจะมีขนาดเลก็ กวา เสาคอนกรตี เสริมเหล็ก) ความสะดวกรวดเรว็ ในการทํางาน (เรว็ กวาโครงสรา งคอนกรีตเสรมิ เหลก็ ประมาณ 2-3 เทา) ทงั้ ทยี่ ังคงความแขง็ แรงไดเ ทียบเทา รวมถงึ การทนตอ แรงส่ันสะเทือนไดด ีกวา (เชน ทนตอ แรงสนั่ สะเทอื นจากแผน ดินไหว เพราะมคี วามยดื หยนุ ในตวั โครงสรางท่ี มากกวา ) และท่สี ําคญั ยังเปนวัสดทุ ีน่ าํ กลับมาใชใ หมหรือใชซาํ้ ได อกี ทั้งขายคนื ไดอีกดวย ในปจ จบุ ันมเี หลก็ รปู พรรณใหเลือกหลายประเภท เพ่ือใหเราสามารถเลือกใชไ ดเหมาะสมและตอบโจทยความตอ งการของเรา ซงึ่ แบง ไดเปน 3 ประเภทใหญๆ ตามกระบวนการผลติ คือ เหลก็ รปู พรรณรีดรอ น (Hot-Rolled Structural Steel) เหลก็ รปู พรรณขึ้นรูปเยน็ (Cold Formed Structural Steel) และ เหล็กรูปพรรณเชอ่ื มประกอบ (Welded Structural Steel) โดยประเภทเหลก็ ที่นยิ มใชก ับงานบานพักอาศยั ก็คอื เหลก็ รปู พรรณรีดรอน และ เหล็กรูปพรรณขนึ้ รปู เยน็ สวนเหล็กรปู พรรณเชื่อมประกอบนน้ั จะพบในงานโครงสรา งขนาดใหญ ไมคอ ยพบเจอใน งานบานพักอาศยั เทา ไรนกั เหล็กรปู พรรณรดี รอน เหลก็ ประเภทนนี้ ิยมใชเ ปนโครงสรา งหลกั ของอาคาร เปน เหลก็ ท่ถี ดู รดี ใหมหี นาตดั ตา งๆ ขณะทีเ่ หล็กยังรอน อยู (อุณหภมู สิ ูงประมาณ 1,200 องศา) ซ่ึงจะมหี นา ตัดใหเ ลอื กหลายรปู แบบ ไดแกเ อช-บมี (H-Beam), ไอ-บมี (I-Beam), เหล็กรางน้าํ (Channel), เหล็กฉาก (Angle), คัท-บีม (Cut-Beam), ชีท-ไพล (Sheet- Pile) และยังมีหลายขนาดใหเลือกใชตามความเหมาะสมของงานโครงสรา งในสวนตา งๆ เอช- บีม เปน

หน่งึ ในรปู แบบเหลก็ รปู พรรณรีดรอ นทน่ี ยิ มใชก ันมาก มวี ธิ สี งั เกตลักษณะคือ ขาตัวเอช หรือ “ปก” (Flanges) ทง้ั สองขา งจะมีความหนากวาแกนกลาง หรอื “เอว” (Web) มีความตรงเรยี บ ความหนาคงที่ เหล็กรูปแบบน้ีสามารถ รบั แรงไดดี นิยมใชเปนโครงสรางเสาและคาน และโครงถกั ขนาดใหญ ภาพ: ตัวอยา งการใชงานของเหลก็ รปู พรรณรดี รอน H-Beam ในงานโครงสรางเสาและคาน ไอ-บีม มลี ักษณะคลา ยกับเหลก็ H-Beam แตสวนท่เี ปนปก (Flanges) จะมีความลาดเอียงเขาสูแกนกลาง หรือ เอว (Web) โดยความหนาของปกใกลเ สนแกนกลางจะหนากวาสวนปลาย และปลายมีความโคง มน บางแหง อาจใชช ่ือเรยี กวา S-Section เหลก็ I-Beam น้ีนิยมนาํ มาใชทาํ รางเครนในโรงงานอตุ สาหกรรม ภาพ: ตวั อยา่ งการใช้งานของเหล็กรูปพรรณรีดร้อน I-Beam ในงานรางเครน

เหล็กรางน้ํา มีหนาตัดเปนรูปตวั ยู (U) มจี ุดรบั แรงที่ไมไ ดอยตู รงกลางเหมือนเหล็กท่ีมีหนา ตดั สมมาตร จงึ นยิ มนาํ มาใชงานเฉพาะจุดเพ่ือเสริมในสว นโครงสรา งรองท่ีมขี นาดยอมลงมาหนอย เชน ทําแปหลังคา คาน บันได หรอื ใชเปนเชิงชายหลังคาบานในสไตลโมเดริ นทมี่ ีความลาดเอียงนอย ภาพ: ตวั อยา่ งการใช้งานของเหล็กรูปพรรณรีดร้อน “เหลก็ รางนํา” ในงานบนั ได เหลก็ ฉาก มหี นา ตดั เปนรูปฉากหรือตวั แอล (L) ท่ีมขี ายาวเทา กนั นยิ มใชเ ปนโครงสรางอาคารในงานเชงิ วิศวกรรมเชน เสาสงสัญญาณตา งๆ ทางสถาปตยกรรมอาจเลือกใชเ ปนตวั จบในโครงสรา งอาคารหรือคานตัวริม เพือ่ ความสวยงาม ภาพ: ตวั อยา่ งการใช้งานของเหล็กรูปพรรณรีดร้อน “เหลก็ ฉาก” ในงานเสาสง่ ไฟฟ้าและวทิ ยุ

คัท-บีม มีหนา ตดั เปนรูปตวั ที (T) บางกเ็ รียกวา T-Beam คทั -บีม มีทมี่ าจากกระบวนการผลิตโดยนาํ เอช- บมี มาตัดครึง่ ตรงสว นเอว ใหไดเ หลก็ หนา ตัดตัวที ทางวศิ วกรรมนิยมใชทําโครงถักของสวนตา งๆ เชน หลังคา หรอื ชวงพาดยาว สวนงานสถาปตยกรรมนิยมใชเ ปนคานโครงสรางรองรับพนื้ อาคาร หรือใชเ ปนคานสวนยื่นท่ี ไมไดรับน้ําหนักมากกไ็ ด เชน กันสาด ภาพ: ตวั อยา่ งการใช้งานของเหล็กรูปพรรณรีดร้อน “คทั -บมี ” ในงานโครงถกั หลงั คา ชที -ไพล หรอื เหล็กเข็มพดื เปน ลักษณะเหล็กรปู ตัวยูท่มี ีเขยี้ วสองขา งใหสามารถตอกสลับเพื่อเขาล็อคตอ กัน ไป ชีทไพลน ้มี ีความแข็งแรงและกอสรา งไดร วดเรว็ จงึ นยิ มนํามาทําโครงสรางแนวกําแพงที่ตองรบั แรงมาก เชน กําแพงกันดินและแนวปองกันน้ําทว มท้ังแบบช่วั คราวและแบบถาวร เพราะสามารถติดต้ังและถอดประกอบได รวดเร็วกวาวธิ ีอ่ืน ภาพ: ตวั อยา่ งการใช้งานของเหล็กรูปพรรณรีดร้อน “ชีทไพล์” ในงานกําแพงกนั ดนิ และแนวปอ้ งกนั นํา

เหล็กรูปพรรณขนึ้ รปู เยน็ เหล็กรูปพรรณประเภทนี้ คอื เหลก็ โครงสรา งที่ขนึ้ รปู เปน หนา ตัดตางๆ จากการพบั หรอื มว นงอแผนเหลก็ มวน (Coil Steel) ในอณุ หภูมิปกติ และเชอ่ื มปดรอยตอแผนยาวตลอดแนว ซ่งึ สว นมากจะมีความหนาของแผน ท่ี นาํ มาขึน้ รูปน้ีไมเกิน 3 มม. รปู แบบหนาตดั ของเหล็กรูปพรรณขนึ้ รูปเย็น ไดแก เหลก็ กลอง เหล็กทอกลม เหล็ก ตัวซี (C) เปน ตน เหล็กกลอง เปน ลกั ษณะการพับใหม หี นา ตดั เปน รปู สี่เหล่ียม มีคุณสมบตั ิท่แี ข็งแรง ทนทาน นํ้าหนักเบา ซึ่งมี ทั้งเหล็กกลองสเี่ หลี่ยมผืนผา (Square Tube) และเหลก็ กลอ งสี่เหลย่ี มจัตรุ ัส(Rectangular Tube) ซงึ่ เหล็ก กลอ งทั้งส่ีเหล่ียมผืนผาและสเี่ หลย่ี มจตั ุรสั จะนิยมนาํ ไปใชในงานทดแทนไม เชน โครงหลงั คา โครงพน้ื เสาสวนตอ เติม งานโครงสรา งท่ัวไป เหลก็ ทอกลม เปน เหลก็ ท่ีพบั แลว มีหนาตัดเปนรปู วงกลม เหมาะสําหรบั งานโครงสรางท่ัวไป เชน ทําเปน โครงถกั หลังคา งานราวบันได โครงชั้นวางของ เปนตน ภาพ: ตวั อยา่ งการเลือกใช้เหล็กทอ่ กลมในงานราวบนั ได

เหล็กตัวซี หรือท่เี รียกวา Light Lip Channel มีหนา ตดั เปน รปู ตวั C เหมาะสาํ หรบั งานโครงสรางท่วั ไป นยิ มใช เปนชิ้นสวนโครงหลังคาตางๆ เชน จนั ทนั แป เหล็กรปู พรรณเชือ่ มประกอบ เปนเหลก็ โครงสรางทเ่ี กิดจากการนาํ แผนเหลก็ ที่มีความหนามากกวา 3 มม. มาเชือ่ มเปนหนา ตดั ตางๆ ตาม ขนาดทตี่ องการ มกั ใชใ นงานชิ้นสวนโครงสรางขนาดใหญท ่ีมขี นาดและรายละเอยี ดเฉพาะเจาะจง เชน เสาที่มหี นา ตัดรปู สเี่ หลย่ี มคางหมู คานรปู ตวั เอช (H) ทมี่ ขี นาดใหญเ กินกวาโรงงานผลิตเหล็กรปู พรรณรดี รอนสามารถผลิตได สิ่งสําคญั คือ รอยเชื่อมเหล็กรูปพรรณประเภทนค้ี วรเปน ไปตามทว่ี ศิ วกรกําหนดเพื่อความปลอดภัยในการรับ น้าํ หนกั ภาพ: ตวั อยา งเหล็กรูปพรรณเชอื่ มประกอบในงานโครงสรา งสะพาน

การเลือกใชเหลก็ รูปพรรณ ควรเลอื กประเภทเหลก็ ขนาด ความหนา และรปู แบบ รวมถงึ การออกแบบขึน้ รปู ใหมเ พ่ือใหเ หมาะกบั การใชงานแตล ะประเภท ซึ่งจะตองไดมาตรฐานการรบั แรงตางๆ เพื่อใหม ่นั ใจวา จะสามารถ รองรบั นาํ้ หนกั ไดอยา งแขง็ แรงและปลอดภยั ที่สําคัญควรใชชางกอสรางทีเ่ ชี่ยวชาญและชํานาญงานเหล็ก โดยเฉพาะ และมีผูเชย่ี วชาญตรวจเชค็ คุณภาพเหล็กรวมถงึ งานกอ สรา งวาตรงตามที่กาํ หนดและตรงตามแบบ หรือไม นอกจากนี้ ควรใหวศิ วกรตรวจสอบสภาพโครงสรา งเหล็กเปนประจําโดยเฉพาะบริเวณรอยเชอื่ มซ่ึงเปน จุด เส่ยี งขึ้นสนิมไดงาย สูตรการคํานวณนา้ํ หนกั เหล็กโดยประมาณ 1. เหลก็ กลม เสน ผาศนู ยก ลาง (ซม.) x ความยาว (ซม.) x 0.0062 = นา้ํ หนกั (กก.) 2. เหลก็ สี่เหลี่ยม ขนาด (ซม.) x ขนาด (ซม.) x ความยาว (ซม.) x 0.0079 = นํา้ หนัก (กก.) 3. เหล็กหกเหล่ียม ขนาด (ซม.) x ขนาด (ซม.) x ความยาว (ซม.) x 0.0068 = นาํ้ หนัก (กก.) 4. เหลก็ แปดเหลี่ยม ขนาด (ซม.) x ขนาด (ซม.) x ความยาว (ซม.) x 0.0065 = น้าํ หนกั (กก.) 5. เหลก็ แบน ความหนา (ซม.) x ความกวา ง (ซม.) x ความยาว (ซม.) x 0.0079 = น้าํ หนกั (กก.) 6. เหลก็ แผน ความหนา (มม.) x ความกวาง (ฟตุ ) x ความยาว (ฟุต) x 0.7293 = นา้ํ หนกั (กก.)



สูตรคาํ นวณนํ้าหนกั ทอ เหลก็ กลา มาตรฐาน JIS G 3452-2004 W = 0.02466t (OD-t) เม่ือ W คือ นํา้ หนกั ทอตอหนวยความยาว (km/m) T คอื ความหนาของทอ (mm) OD คอื เสน ผานศูนยกลางภายนอกของทอ (mm) มาตรฐาน ISO W = 2.466t (D-t) เม่อื W คอื นํา้ หนักทอตอหนวยความยาว (km/m) t คอื ความหนาของทอ (cm) D คอื เสนผา นศูนยกลางภายนอกของทอ (cm)