คานรับน้ำหนัก | Beam
คานรับน้ำหนักคือองค์ประกอบในทางโครงสร้างอันหนึ่งที่มีสมรรถภาพในการรองรับแรงกดหรือแรงถ่วงด้วยการไม่เอนอ่อนเป็นหลัก แรงกดและแรงบิดจะถูกถ่ายทอดเข้าสู่ตัววัสดุที่ทำหน้าที่เป็นคานรับน้ำหนักเพราะเป็นผลมาจากการถ่วงจากภายนอกหรือน้ำหนักส่วนเกินของตัววัสดุเอง ช่วงห่างหรือ span และปฏิกิริยาภายนอกที่มีต่อการถ่วงเหล่านี้ถูกเรียกว่าชั่วโน้มเอียง (bending moment) คานรับน้ำหนักนั้นมีลักษณะเฉพาะตัวอยู่ที่รูปร่างโดยทั่วไปของมันอันได้แก่ความยาวและวัสดุที่ประกอบขึ้นอันเป็นที่มาของมัน
ลักษณะทั่วไปของคานรับน้ำหนัก
โดยทั่วไปแล้ว คานรับน้ำหนักถูกใช้เป็นชื่อเรียกหรือคำอธิบายในสาขาของการก่อสร้างหรือการวิศวกรรมโยธาองค์ประกอบทางโครงสร้าง แต่ในระบบโครงสร้างขนาดเล็กอย่างเช่นรถบรรทุกหรือยานพาหนกรอบเครื่องยนต์, กรอบจักรกล รวมไปถึงระบบเครื่องยนต์และและโครงสร้างแบบอื่นๆ นั้นก็มีคานรับน้ำหนักเป็นส่วนประกอบ ซึ่งตัวคานรับน้ำหนักของโครงสร้างพวกนี้นั้นก็ได้รับการวิเคราะห์และออกแบบด้วยกรรมวิธีการที่ใกล้เคียงกัน
ประวัติความเป็นมา
พูดในทางประวัติศาสตร์แล้ว คานรับน้ำหนักนั้นทำจากวัสดุอย่างท่อนไม้สี่เหลี่ยมและยังทำจากเหล็ก หิน และวัสดุผสมระหว่างเหล็กและไม้อย่างเช่น flitch beam คานรับน้ำหนักโดยทั่วไปรองรับแรงโน้มถ่วงในแนวดิ่งแต่ในบางกรณีก็ยังสามารถใช้เพื่อแบกรับแรงถ่วงในแนวขวางได้ด้วย (เช่นแรงผลักที่เกิดจากแผ่นดินไหวหรือลมพายุหรือการใช้คานรับน้ำหนักรั้งวัตถุในกระแสน้ำ แรงถ่วงที่กระทำกับคานรับน้ำหนักจะถูกส่งทอดต่อไปยังเสา กำแพง และนั่งร้าน ที่ต่อมาแรงที่เหลือจะถูกส่งต่อไปยังองค์ประกอบในโครงสร้างชิ้นอื่นๆ ที่อยู่ในละแวกใกล้เคียง
ประเภทของคานรับน้ำหนัก
ในทางวิศวกรรมนั้น คานรับน้ำหนักสามารถแบ่งออกได้เป็นหลายประเภท การจัดแบ่งประเภทของคานรับน้ำหนักนั้นสามารถทำได้โดยใช้วิธีรองคานเป็นเกณฑ์ดังนี้คือ
1. การรองคานแบบเรียบง่าย-คานรับน้ำหนักจะถูกใช้รองรับที่ปลายทั้งสองด้านที่ต่างสามรถหมุนไปมาได้อย่างอิสระไม่มีสิ่งใดกั้นขวาง
2. การรองคานแบบหยุดนิ่งกับที่-คานรับน้ำหนักจะขยายการรองรับจากฝั่งหนึ่งไปยังอีกฝั่งหนึ่ง
3. การวางคานแบบแขวนโหน-คานรับน้ำหนักรูปทรงปกติจะถูกวางให้ยืดยาวออกจากฝั่งที่มันตั้งอยู่ออกไป
4. การวางคานแบบแขวนโหนสองด้าน-คานรับน้ำหนักรูปทรงปกติที่ปลายทั้งสองด้านยื่นออกเกินกว่าโครงสร้างบนที่มันรองรับ
5. การวางคานต่อเนื่อง-คานรับน้ำหนักแต่ละอันจะถูกวางให้ยืดออกรับเกินกว่าโครงสร้างบนสองส่วน
6. การวางแบบคานยื่น-คานรับน้ำหนักแบบยื่นจะถูกติดตั้งไว้ที่ปลายด้านหนึ่ง
7. การวางแบบคานค้ำ-คานรับน้ำหนักถูกยึดตรึงด้วยการติดสายหรือท่อนโลหะจากคาน
คานรับน้ำหนักโดยส่วนใหญ่ที่ถูกติดตั้งในตึกอาคารแบบคอนกรีตเสริมเหล็กจะมีรูปร่างวัดด้านตัดเป็นรูปทรงสี่เหลี่ยมผืนผ้า แต่รูปทรงแนวตัดที่มีประสิทธิภาพมากกว่าทรงสี่เหลี่ยมผืนผ้าคือทรงตัว H ทั้งแนวตั้งและแบบแนวนอน I ซึ่งต่างมักจะถูกใช้ในโครงสร้างอาคารที่เป็นเหล็กกล้า เนื่องมาจากสัจพจน์ว่าด้วยแกนขนานและข้อเท็จจริงที่ว่าวัสดุที่ถูกนำมาใช้โดยส่วนใหญ่นั้นห้างไกลจากคุณสมบัติเป็นแกนกลาง การเคลื่อนไหวในระลอกที่สองของคานรับน้ำหนักจึงเพิ่มขึ้นและนำไปสู่การเพิ่มขึ้นของความตึงในตัวของคานรับน้ำหนักโดยรวม
คานรองรับน้ำหนักรูปตัว I นั้นเป็นรูปทรงที่มีประสิทธิภาพในการรองรับแรงถ่วงในทิศทางเดียวนั่นคือขึ้นและลง หากตัวคานรองรับน้ำหนักนั้นเบนเอียนลงจากด้านหนึ่งสู่ด้านอีกหนึ่ง มันก็จะกลายเป็นคานรองรับน้ำหนักที่มีรูปทรงเป็นตัว H ไปแทนซึ่งมีประสิทธิภาพในการรองรับแรงถ่วงน้อยกว่าอย่างยิ่ง ทั้งนี้ รูปทรงที่มีประสิทธิภาพมากที่สุดสำหรับการรองรับแรงถ่วงจากทั้งสองฟากในสองมิติพร้อมๆ กันนั้นคือรูปทรงกล่องหรือจัตุรัส แต่อย่างไรก็ดี รูปทรงที่เหมาะสมสำหรับรองรับการบิดเอนไม่ว่าไปในทิศทางใดก็ตามคือทรงกระบอกนั่นเอง
