ธรรมเนียมเขียนแบบโครงเหล็กไทย ให้ช่างหยิบไปสร้างได้จริง

พอดีช่วงนี้ผมปั้นโมเดลโครงเหล็กในคอมพิวเตอร์บ่อย ทั้งขึ้นเองและสั่งให้ AI ขึ้นให้ แล้วเจอปัญหาเดิมซ้ำๆ คือโมเดลออกมาสวย ขนาดตรงตามที่สั่งทุกเส้น แต่พอเอาไปให้ช่างดู ช่างชี้ได้ภายในสิบวินาทีว่าตรงไหนสร้างไม่ได้ ผมเลยนั่งไล่เก็บว่ามันผิดที่อะไรบ้าง แล้วพบว่ามันไม่ใช่เรื่องการคำนวณเลยสักข้อ มันคือธรรมเนียมของหน้างานล้วนๆ ที่ช่างรู้กันโดยไม่ต้องบอก แต่คนเขียนแบบด้วยคอมพิวเตอร์ไม่รู้ เลยเก็บมาเขียนไว้เป็นชุดกฎ

บทความนี้เป็นเรื่องธรรมเนียมช่างล้วน ไม่ใช่การคำนวณกำลัง ส่วนการวิเคราะห์แรงกับการลงสี heatmap ผมเขียนแยกไว้แล้วใน ตอนที่ว่าด้วย FEA

ทางเดินของน้ำหนัก อ่านจากบนลงล่างเสมอ

ก่อนจะลากเส้นแรก ต้องตอบให้ได้ก่อนว่าน้ำหนักมันไหลลงดินทางไหน เพราะลำดับนี้เป็นตัวกำหนดว่าอะไรวางอยู่บนอะไร ซึ่งเป็นตัวกำหนดระดับความสูงของสมาชิกทุกตัวต่อไปทั้งโครง

กฎมีข้อเดียวสั้นๆ คือ ทุกชั้นวางเต็มหน้าตัดบนชั้นล่าง เขียนเป็นสมการก็คือ ผิวล่างของสมาชิกบน เท่ากับ ผิวบนของสมาชิกล่าง ไม่มีการเสียบผ่านกัน ไม่มีการลอย ไม่มีการฝังกินเนื้อกัน ถ้าใครสร้างโมเดลด้วยการวางทุกอย่างที่ระดับความสูงเดียวกันแล้วให้มันตัดผ่านกัน อันนั้นคือโครงรถเข็น ไม่ใช่โครงหลังคา ช่างจะทักทันที

คำว่า "ตง" กับ "จันทัน" คนละที่เรียกไม่เหมือนกันครับ ผมยึดตามคำที่เจ้าของงานเรียกเสมอ ถ้าเขาเรียกตง ผมก็เรียกตง ไม่ต้องไปแก้ให้เขา เพราะสุดท้ายคนที่ต้องอ่านแบบคือช่างของเขา

หน้าตัดมาตรฐานที่ช่างหยิบจากกองได้

จุดที่คนเขียนแบบด้วยคอมพิวเตอร์พลาดบ่อยที่สุดคือตั้งขนาดหน้าตัดตามใจ เช่นให้คานเป็น 140 x 80 เพราะคำนวณแล้วพอดี ปัญหาคือร้านเหล็กไม่มีขายครับ ของที่มีในกองคือขนาดที่เรียกตามนิ้วแล้วแปลงเป็นมิลลิเมตร ผมเลยล็อกชุดหน้าตัดไว้ตั้งแต่ต้นแล้วออกแบบให้ลงตัวกับของที่มีขาย

ตัวเลขพวกนี้มาจากการเรียกเป็นนิ้วแล้วปัดเป็นมิลลิเมตรตรงๆ 6 นิ้วคือ 150, 3 นิ้วคือ 75, 4 นิ้วคือ 100, 2 นิ้วคือ 50 ผมใช้ค่ามิลลิเมตรพวกนี้เป๊ะๆ ไม่แปลงจาก 25.4 เพราะช่างกับร้านเหล็กก็เรียกกันแบบนี้ ส่วนเกรดเหล็กที่เจอในบ้านเราคือเหล็กกล่องขึ้นรูป มอก.107 (STKR400) เหล็กรีดร้อน มอก.1227 (SS400) และเหล็กรูปตัว C ขึ้นรูปเย็น มอก.1228 (SSC400) เวลาสั่งของให้ระบุ มอก. ไปด้วย ไม่งั้นได้ของบางกว่าที่คิด ความหนาที่เขียนว่า t2.3 กับของจริงที่วัดได้ 2.0 คือคนละราคาและคนละกำลัง

อีกข้อที่กระทบการออกแบบตรงๆ คือ เหล็กหนึ่งเส้นยาว 6 เมตร ถ้าสมาชิกตัวไหนยาวเกิน 6 เมตร แปลว่าต้องต่อ ซึ่งต่อได้แต่ต้องต่อให้ถูกที่คือต่อเหนือคานรับ ไม่ใช่ต่อกลางช่วง ผมเลยชอบออกแบบให้ตัวที่ยาวที่สุดในโครง จบที่ 6.00 เมตรพอดี เศษเหล็กน้อย รอยต่อไม่มี ช่างก็ทำงานง่าย

ซ้อน ไม่ใช่สาน

ข้อนี้คือข้อที่ผมโดนช่างทักบ่อยที่สุด เวลาคานสองเส้นมาเจอกันที่มุมอาคาร คนเขียนแบบด้วยคอมพิวเตอร์มักจะวางทั้งสองเส้นที่ระดับเดียวกันแล้วปล่อยให้มันตัดผ่านกันตรงมุม บนจอมันดูเนียนดี แต่ของจริงเหล็กสองเส้นมันซ้อนกันไม่ได้ที่ระดับเดียวกัน ต้องมีเส้นหนึ่งอยู่บน เส้นหนึ่งอยู่ล่าง และตัวที่อยู่บนต้องทับ เต็มหน้าตัด ไม่ใช่ทับครึ่งเดียว

เรื่องการอ้างตำแหน่งนี่ก็สำคัญพอกัน ธรรมเนียมช่างคืออ้าง มุมนอก หรือผิวนอกของอาคาร ไม่ใช่อ้างเส้นกึ่งกลางสมาชิก เพราะเวลาสร้างจริงเขาขึงเอ็นตามแนวผิวนอก ถ้าเราไปอ้างเส้นกึ่งกลางในโมเดล พอซ้อนกันหลายชั้น ความคลาดจะสะสมทีละครึ่งความหนา ห้าหกชั้นก็เพี้ยนเป็นเซนติเมตร

อีกข้อคืองานเหล็กใช้การเชื่อม ไม่ใช่งานไม้ที่ต้องบากเข้าเดือย ตงที่พาดบนคานก็แค่ วางแตะสัมผัส แล้วเชื่อมยึด ไม่ต้องบากปากตงให้เข้ารูปคาน ใครเผลอโมเดลแบบบากปากไว้ ช่างจะถามกลับว่าจะให้บากทำไม เสียเวลาเปล่า

แป คือเหล็กตัว C เปิดปาก ไม่ใช่กล่องตัน

แปเป็นสมาชิกที่โดนโมเดลผิดมากที่สุด เพราะคนวาดมักลากเป็นสี่เหลี่ยมตันไปก่อน ซึ่งผิดสองชั้น ชั้นแรกคือหน้าตัด แปคือเหล็กรูปตัว C ที่มีปีกพับกลับเข้ามาเป็นลิป หน้าตัดเปิดปาก ไม่ใช่กล่องปิด ชั้นที่สองคือทิศทาง แปต้องเอียง ตั้งฉากกับผิวหลังคา ไม่ใช่ตั้งดิ่ง ไม่งั้นกระเบื้องจะนั่งบนขอบแปแค่เส้นเดียว

# หน้าตัด C มีลิป 100x50x20 หนา 2.3 — 12 จุด วนตามเข็ม แล้วค่อย pushpull เป็นความยาว
mm = 1.0 / 25.4                       # SketchUp คิดเป็นนิ้วภายในเสมอ
cw = 100 * mm                         # ความลึกเอว (web)
cf = 50  * mm                         # ความกว้างปีก (flange)
cl = 20  * mm                         # ลิปพับกลับ
ct = 2.3 * mm                         # ความหนา

cprofile = [[0,0],  [cf,0],     [cf,cl],       [cf-ct,cl],
            [cf-ct,ct],         [ct,ct],       [ct,cw-ct],
            [cf-ct,cw-ct],      [cf-ct,cw-cl], [cf,cw-cl],
            [cf,cw],            [0,cw]]

grp  = Sketchup.active_model.entities.add_group
face = grp.entities.add_face(cprofile.map { |u, w| Geom::Point3d.new(u, 0, w) })
face.pushpull(-purlin_len)            # ยืดไปตามแนวความยาวแป

# เอียงแปให้ตั้งฉากผิวหลังคา หมุนรอบแกนความยาวของตัวมันเอง
theta = Math.atan2(roof_rise, roof_run)
grp.transform!(Geom::Transformation.rotation(grp.bounds.center, axis_along_purlin, -theta))

ทำไมต้องเป็น C เปิดปาก ไม่ใช่แค่เรื่องความสวยครับ มันกระทบสามอย่างจริงๆ หนึ่งคือน้ำหนัก C กินเหล็กน้อยกว่ากล่องตันที่ให้ความลึกเท่ากันมาก สองคือการยิงสกรูจากกระเบื้องลงมา มันต้องมีปีกบนให้จับ และสามคือถ้าโมเดลเป็นกล่องตัน คนคำนวณปริมาณเหล็กจะได้น้ำหนักเกินความจริงไปเยอะ ใบเสนอราคาก็เพี้ยนตาม

สมาชิกที่วางบนคานเอียง ต้องเลือกหน้ารับให้ถูกด้าน

ข้อนี้คือกับดักที่ผมเสียเวลาไปมากที่สุด สมมติว่ามีตงเส้นตรงหนึ่งเส้นพาดจากคานฝั่งต่ำขึ้นไปคานฝั่งสูง ตงเป็นเส้นตรง คานอยู่ในแนวผิวนอกทั้งคู่ คำถามคือตงมันแตะคานตรงขอบไหน คำตอบคือ ไม่ใช่ขอบเดียวกันทั้งสองฝั่ง

เพราะตงเส้นตรงที่ลาดขึ้นไป มันจะแตะคานที่ "มุมบนด้านต่ำ" ของคานเสมอ ฝั่งต่ำมุมนั้นคือขอบนอก แต่ฝั่งสูงมุมนั้นกลับเป็นขอบใน ถ้าเราไปยึดขอบนอกทั้งสองฝั่งเหมือนกัน ตงจะแทงกินเนื้อคานฝั่งสูงเข้าไปราวสิบถึงสิบห้ามิลลิเมตร ช่างเรียกอาการนี้ว่ากินกันหรือแทงทะลุ แล้วตีกลับทันที ส่วนถ้าแก้ผิดทางอีกด้าน ตงจะลอยไม่แตะคาน

# เส้นใต้ตง = เส้นที่ลากผ่าน "มุมบนด้านต่ำ" ของคานทุกตัวที่มันพาด
# ฝั่งต่ำ  ใช้ขอบนอก  x = 0
# ฝั่งสูง  ใช้ขอบใน   x = span - beam_width      <- จุดที่คนพลาด
run = span - beam_width                      # ระยะจริงของเส้นใต้ตง ไม่ใช่ span เต็ม

joist_bottom = lambda { |x| z_low + (z_high - z_low) * x / run }
center_z     = joist_bottom.call(x) + joist_depth / 2.0

สังเกตว่าตัวหารเป็น span - beam_width ไม่ใช่ span ครับ จุดนี้เล็กมากแต่ทำให้ความชันจริงเพี้ยนไปทั้งเส้น ถ้าใช้ span เต็มแล้วไปวัดที่ปลายอีกด้าน จะพบว่าเหลื่อมไปเป็นมิลลิเมตร

สองกับดักของการวางของบนสมาชิกที่เอียงแล้ว

พอตงเอียงตามลาดหลังคา การวางแปทับลงไปบนตงจะมีเลขที่คนมักคิดผิดอยู่สองจุด ทั้งสองจุดพลาดแล้วผิดระดับ 1 ถึง 15 มิลลิเมตร ซึ่งเป็นระยะที่ช่างมองเห็นด้วยตาเปล่า

กับดักที่สองคือการอ้างตำแหน่ง เวลาวางแปให้ปลายพอดีกับปลายตง คนมักเอา แกนกลาง ของแปไปจ่อที่ปลายตง ผลคือครึ่งหนึ่งของแปยื่นเลยปลายตงออกไปลอยๆ ที่ถูกคือต้องอ้าง ขอบสำเร็จ คือขอบนอกด้านต่ำของแป แล้วระยะจากแกนกลางไปถึงขอบนั้นหลังเอียงแล้วคือ

# ระยะจากแกนกลางแป ไปถึงขอบนอกด้านต่ำ หลังเอียงไปแล้ว theta
edge_off = (cf / 2.0) * Math.cos(theta) + (cw / 2.0) * Math.sin(theta)

# ตำแหน่งสัมผัสจริงบนตง ก็ขยับไปจากที่คิดไว้ด้วย
contact_x = nominal_x + (cw / 2.0) * Math.sin(theta)

# ผิวบนของตงที่จุดสัมผัสจริง (กับดักข้อแรก)
seat_z = joist_bottom.call(contact_x) + (rd / 2.0) / Math.cos(theta)

หลักคิดสั้นๆ ที่ผมใช้เตือนตัวเองคือ ทุกชั้นที่ซ้อนบนของที่เอียงแล้ว ความหนามันไม่ได้เพิ่มความสูงในแนวดิ่งเท่ากับความหนาของมัน แต่เพิ่มเท่ากับ ความหนาหารด้วย cos ของมุมลาด เสมอ

ระยะแปมาจากกระเบื้อง ไม่ได้มาจากคนเขียนแบบ

ข้อนี้ผมเคยทำผิดมาแล้วครับ ตอนแรกผมคำนวณระยะแปจากความยาวลาดหารด้วยจำนวนแปที่อยากได้ ได้ออกมาเป็น 962 มิลลิเมตร ดูเรียบร้อยดี ปรากฏว่าใช้ไม่ได้ เพราะกระเบื้องเป็นสินค้าสำเร็จรูปที่ย่อขยายไม่ได้ ระยะแปมันถูกกำหนดมาแล้วโดยตัวกระเบื้องเอง

กระเบื้องลอนคู่แผ่นมาตรฐานยาว 120 เซนติเมตร ต้องซ้อนหัวท้ายกัน 20 เซนติเมตรกันน้ำย้อน เหลือระยะที่ใช้งานได้จริงต่อแถวคือ 100 เซนติเมตรพอดี นั่นแหละคือ ระยะแป 1.00 เมตร ตายตัว วางแถวแรกที่ชายคาแล้วไล่ขึ้นทีละ 1.00 เมตร มีแค่แถวบนสุดที่ขยับได้เพื่อรับครอบสัน

1. ตั้งระยะแปที่ 1.00 เมตรตามโมดูลของกระเบื้อง อย่าไปคำนวณระยะเองให้พอดีจำนวนแป
2. ปรับ ขนาดอาคาร ให้ความยาวลาดลงตัวเป็นจำนวนเต็มของ 1.00 เมตร ไม่ใช่ปรับกระเบื้อง
3. เผื่อชายคายื่นพ้นแปตัวริม 10 ถึง 15 เซนติเมตร มากกว่านี้ปลายแผ่นจะอ่อนแล้วร้าว
4. ปูจากล่างขึ้นบน ไล่ไปตามแถวก่อนแล้วค่อยขึ้นแถวถัดไป เริ่มจากด้านใต้ลมเสมอ
5. ซ้อนข้าง 1 ลอน หน้ากว้างใช้งานจริงเหลือ 45 จาก 50 เซนติเมตร คิดจำนวนแผ่นจากค่านี้
6. ยิงสกรูบน สันลอน ที่ตรงกับแนวแปเท่านั้น ห้ามยิงร่องน้ำ และห้ามเหยียบกลางแผ่น

ส่วนความลาดขั้นต่ำของกระเบื้องซีเมนต์ลอนคู่ ตามคำแนะนำผู้ผลิตคือไม่ควรต่ำกว่า 15 องศา ต่ำกว่านั้นลมจะพัดน้ำย้อนเข้าใต้แผ่นได้แม้จะเพิ่มระยะซ้อนแล้วก็ตาม ถ้าเจ้าของงานยืนยันความลาดต่ำกว่านั้นเพราะข้อจำกัดความสูง ผมก็ทำให้ตามแบบเขา แต่บอกไว้ในแบบด้วยว่าต่ำกว่าที่ผู้ผลิตแนะนำ ให้เขาตัดสินใจเอง

วัดระยะห่างเป็นตัวเลข ก่อนบอกว่างานเสร็จ

ก่อนจะส่งแบบ ผมไล่ตรวจรอยต่อทุกจุดแบบเดียวกับที่ช่างจะไล่ดู วิธีที่เร็วที่สุดคืออย่าใช้ตามอง ให้ดึงตัวเลขออกมาตรงๆ สำหรับรอยต่อที่อยู่ในแนวแกน ค่าที่ต้องได้คือศูนย์เป๊ะ บวกคือลอย ลบคือกินกัน

# ตรวจระยะห่างของทุกคู่ที่ควรวางซ้อนกัน ค่าที่ยอมรับคือ 0 เท่านั้น
pairs = [["col_",   "beam_"],      # เสา -> คาน
         ["beam_",  "post_"],      # คาน -> เสาค้ำ
         ["post_",  "topbeam_"]]   # เสาค้ำ -> คานรับตง

pairs.each do |below_p, above_p|
  b = groups_with_prefix(below_p).first
  a = groups_with_prefix(above_p).first
  gap = a.bounds.min.z - b.bounds.max.z
  mmgap = (gap * 25.4).round(2)
  status = mmgap.abs < 0.01 ? "pass" : (mmgap > 0 ? "FAIL ลอย" : "FAIL กินกัน")
  puts "#{below_p} -> #{above_p} : gap=#{mmgap} mm  #{status}"
end

# ตรวจหน้าตัดกับความยาวไปในรอบเดียวกันเลย จับขนาดผิดได้ทันที
groups_with_prefix("beam_").each do |g|
  dx = ((g.bounds.width)  * 25.4).round(1)
  dz = ((g.bounds.height) * 25.4).round(1)
  puts "#{g.name}: #{dx} x #{dz} mm"     # คาน 6x3 ต้องได้ 75.0 x 150.0 ทุกเส้น
end

รอยต่อที่เอียงตรวจด้วยตัวเลข bounds ไม่ได้ครับ เพราะมันสัมผัสกันแค่เส้นเดียวหรือมุมเดียว กล่องครอบมันไม่บอกอะไร ต้องเรนเดอร์ภาพระยะใกล้แบบ orthographic มองไปตามแนวสมาชิก แล้วดูทีละจุดรับ ฝั่งต่ำ กลาง และฝั่งสูง แยกกันสามรูป ยืนยันด้วยตาว่าตงแตะขอบที่ถูกด้าน แปนั่งบนผิวตงจริง ไม่ลอย ไม่จม

ส่วนตัวผมคิดว่าธรรมเนียมพวกนี้มีค่ามากกว่าที่คนทำโมเดลคิดกันเยอะ เพราะมันคือภาษาที่ใช้คุยกับช่างครับ แบบที่ถูกตามธรรมเนียม ช่างเปิดดูแล้วสั่งตัดเหล็กได้เลยโดยไม่ต้องโทรถาม ส่วนแบบที่สวยแต่ผิดธรรมเนียม สุดท้ายช่างก็แก้เองหน้างานตามที่เขาถนัดอยู่ดี แล้วสิ่งที่สร้างขึ้นมาจริงก็ไม่ใช่สิ่งที่เราเขียนไว้ ใครจะเอาชุดกฎนี้ไปปรับตามหน้างานของตัวเองได้ตามสะดวกครับ ตรงไหนผมอธิบายตกหล่นหรือพิมพ์ผิด เดี๋ยวกลับมาแก้เพิ่มให้ภายหลังครับ