บทความ

การดัดอย่างง่าย

การดัดเย็นขึ้นรูปเหล็กปลอก  บริเวณมุมของเหล็กปลอก เนื้อเหล็กวงในจะหดตัวลงภายใต้ความเค้นอัด ( Compression Stress ) และบริเวณวงนอกเนื้อเหล็กจะยืดตัวยาวขึ้นภายใต้ความเค้นดึง ( Tension Stress ) ระหว่างเนื้อเหล็กวงนอกกับเนื้อเหล็กวงในจะมีจุดจุดหนึ่งที่แรงกระทำเป็นศูนย์หรือความเค้นเป็นศูนย์ มีชื่อเรียกว่า Neutral Axis  เมื่อเทียบความยาวของเหล็กบริเวณที่หดตัวสั้นลง บริเวณเหล็กที่ยืดตัว เทียบกับ Neutral Axis  จะได้ความต่างของการยืด-หดตัวของวัสดุ  “ Elongation “ การขึ้นรูปหรือเปลี่ยนรูปเหล็กเส้นโครงสร้าง Round Bar หรือ  Deformed Bar จะต้องขึ้นรูป-เปลี่ยนรูป ได้ไม่ให้เกินกว่าค่า Elongation ที่กำหนด  จะถือว่าโครงสร้างโมเลกุลของเหล็ก ไม่เกิดการพังเสียหาย การกำหนดค่าความยืด-หด ตัวของวัสดุ  (Elongation) กำกับไว้เพื่อป้องกันการขึ้นรูปแล้วยังคงใช้ประโยชน์จากคุณสมบัติเหล็กได้คงเดิม   มาตรฐานอุตสาหกรรม TIS 24-2559 กำหนด Elongation 21% และ ตามข้อกำหนดมาตรฐานการดัดงอเหล็กเส้นโครงสร้าง ACI , UBC และ วสท. จึงกำหนดไว้ดังนี้

รูปมาตรฐานการดัดงอขอเหล็กเส้นโครงสร้าง

เมื่อพิจารณาการดัดเหล็กปลอกที่เส้นรัศมีโค้งน้อยกว่า ข้อกำหนด ACI318-99 , UBC1994 หรือ วสท. จะเห็นได้ว่า ค่า Elongation ที่ได้จาก “แกนดัดเหล็กปลอก Dia. 1.5 cm. <4db (ไม่ได้ตามข้อกำหนด ACI หรือ ว.ส.ท ) เหล็กปลอกจะมีรูปร่างเหลี่ยม และการ ”  ยืด-หด (+,- ) 28.571% มากกว่าค่า Elongation ที่ มอก TIS 24-2559 กำหนดไว้ 21%  จากการดัดอย่างง่ายจะถือได้ว่า โครงสร้างโมเลกุลพังเสียหายแล้ว หากเหล็กปลอกถูกเลือกใช้ให้ต้านทานแรงบิด(Torsion) เช่น ใช้เสริมกำลังให้กับคานที่รับพื้นยื่น คานยื่น คาน เสา ก็จะเป็นการลดทอนกำลังของวัสดุโดยไม่ตั้งใจ

ฝ่ายวิศวกรรม, Lim Steel Co.,Ltd.

การจัดรายละเอียดเหล็กเสริมในคานและเสาสำหรับองค์อาคารต้านแรงแผ่นดินไหว
(ACI 318-99 และ UBC 1994)

เหล็กเสริมในคาน
การจัดรายละเอียดเหล็กเสริมในคานมีดังนี้
ก) การหยุดเหล็กเสริมตามยาวของคานที่เสาต้นนอก จะต้องยื่นเหล็กเสริมจนถึงแกนเสาส่วนนอกสุด และงอเหล็กเสริมเผื่ออีกเป็นระยะอย่างน้อย ld เพื่อให้สามารถรับแรงดึงได้ดี
ข) จุดการต่อทาบเหล็กเสริมตามยาวจะต้องอยู่ห่างจากผิวรอยต่อของคานและเสาอย่างน้อย 2 เท่าของความลึกคาน ห้ามต่อทาบเหล็กภายในบริเวณข้อหมุนพลาสติกและบริเวณจุดต่อเสา-คาน ทั้งนี้เพราะเหล็กเสริมในบริเวณนี้อาจจะรับแรงดึงสูงเกินจุดครากได้ และมีแรงกระทำซ้ำในลักษณะกลับไป-มา ด้วย
ค) เหล็กปลอกเสริมรับแรงเฉือนมีอยู่ 2 ช่วง คือ S1 บริเวณข้อหมุนพลาสติก ซึ่งจะต้องเสริมเหล็กปลอกที่แน่นเป็นพิเศษตามข้อกำหนด เป็นระยะอย่างน้อย 2 เท่าของความลึกคาน และ S2 บริเวณนอกเขตข้อหมุนพลาสติก ซึ่งจัดเหล็กปลอกตามปกติดังแสดงรายละเอียดตามรูปที่ 1

รูปที่ 1.รายละเอียดเหล็กเสริมในคาน

ในช่วง S1 ระยะของเหล็กปลอกไม่เกิน d/4 หรือ 8dbl หรือ 24dbh หรือ 30 ซม. d = ความลึกประสิทธิผลของคาน dbh = ขนาดเส้นผ่าศูนย์กลางของเหล็กปลอก dbl = ขนาดเส้นผ่าศูนย์กลางของเหล็กเสริมตามยาว h = ความลึกของคาน ld = ความยาวของระยะยึดฝังของเหล็กเสริม

ในช่วง S2 ระยะห่างของเหล็กปลอกไม่เกิน d/2

ในช่วง S3 ระยะห่างของเหล็กปลอกไม่เกิน d/4 หรือ 10 ซม. S1 = บริเวณข้อหมุนพลาสติก S2 = บริเวณนอกข้อหมุนพลาสติก S3 = บริเวณนอกข้อหมุนพลาสติก

เหล็กเสริมในเสา

               การจัดรายละเอียดเหล็กเสริมในเสามีดังนี้

• การต่อทาบเหล็กยืน จะต้องต่อภายในช่วงระยะกึ่งกลางเสาเท่านั้น ห้ามต่อเหล็กภายในระยะความยาว l_o จากข้อต่อเสา-คาน ดังแสดงในรูปที่ 2  เนื่องจากที่บริเวณข้อต่อเสานี้มีค่าโมเม้นต์ดัดสูง
• เหล็กปลอกเสริมรับแรงเฉือนมีอยู่ 2 ช่วง คือ S_x บริเวณส่วนบนและส่วนล่างของข้อต่อ เสา-คาน ภายในระยะความยาว  l_o  จากผิวรอยต่อ ซึ่งจะต้องเสริมเหล็กปลอกที่แน่นเป็นพิเศษตามข้อกำหนด และ S_t บริเวณช่วงกลางเสานอกเขตระยะความยาว  l_o  ซึ่งจัดเหล็กปลอกตามปกติ
• สำหรับสาภายในข้อต่อเสา-คาน จะต้องเสริมเหล็กปลอกตามข้อกำหนด ดังนี้
  • หากความกว้างของคานมากกว่าหรือเท่ากับ ¾  เท่าของความกว้างของเสา ให้จัดระยะเหล็กปลอกเป็น 2S_x

สำหรับกรณีอื่น ใช้ระยะเหล็กปลอกเท่ากับ S_x

การจัดเหล็กปลอกเสริมในคานและเสา
การจัดเหล็กปลอกเสริมในคานและเสา มีรายละเอียดดังแสดงในรูปที่ 3, รูปที่ 4  ดังนี้

อ้างอิงที่มา :
1.งานวิจัยใหม่ ( Lukkunaprasit P. et al., 2001 ) ยังพบว่าหากใช้คลิปยึดขอเหล็กปลอก ( Hook-clip ) เพิ่มขึ้นจากการเสริมเหล็กปลอกที่เสาตามข้อกำหนดของ ACI Code จะช่วยให้กำลังแบกทานแนวแกนของเสาและความเหนียว (Ductility ) ในการต้านทานแรงกระทำทางด้านข้างของเสาเพิ่มขึ้นอีกด้วย
2.การออกแบบอาคาร Building Design การออกแบบอาคารต้านทานแผ่นดินไหว
ผศ.ดร.ไพบูลย์ ปัญญาคะโป

ฝ่ายวิศวกรรม, Lim Steel Co.,Ltd.

มิถุนายน 2563

การวางตำแหน่ง”ปลายเสาเข็ม”

เสาเข็มเป็นชิ้นส่วนโครงสร้างที่ทำหน้าที่ถ่ายน้ำหนักบรรทุกใช้งานและน้ำหนักตายตัวลงสู่ชั้นดิน เช่น บ้าน อาคาร โรงงาน โรงเรือน นอกจากจะใช้เสาเข็มทำหน้าที่ดังกล่าวแล้วเสาเข็มยังถูกเลือกให้ใช้ประโยชน์ในด้านอื่นๆ อีกด้วย เช่น ยึดสายเคเบิลสะพานแขวน สมอยึดลวดสลิงยึดรั้งเสาสื่อสารสถานีวิทยุโทรทัศน์ กำแพงกันดิน กำแพงกันดินชั่วคราวเพื่ออำนวยความสะดวกการก่อสร้างชั้นใต้ดินของอาคาร สมอยึดดินริมผาไม่ให้พังทลาย ฯลฯ การใช้เสาเข็มทำประโยชน์อย่างไรก็ต้องพิจารณาแรงต่างๆ ที่มากระทำต่อเสาเข็ม เช่น แรงดึง-แรงอัด แรงกระทำด้านข้างที่เกิดจากน้ำหนักบรรทุกของดิน แรงที่เกิดจากแผ่นดินไหว แรงต่างๆดังกล่าวข้างต้นสามารถหาได้จากการคำนวณและวิเคราะห์โครงสร้าง โดยวิศวกรผู้ทำรายการคำนวณจะเป็นผู้จำลองโครงสร้างขึ้นมาให้ใกล้เคียงความจริงมากที่สุด ที่เรียกกันในหมู่วิศวกร ว่า FBD (Free Body Diagram) ใช้วิเคราะห์โครงสร้างแสดงแรงกระทำและแรงปฏิกิริยาต่างๆ ที่มากระทำต่อเสาเข็มและชั้นดิน การเจาะสำรวจชั้นดินเป็นการเก็บตัวอย่างดินในภาคสนามไปทำการทดสอบในห้องปฏิบัติการวิศวกรรมปฐพี เพื่อที่จะได้ทราบข้อมูลของชั้นดิน ความหนาของชั้นดินของแต่ละชั้น เช่น ชั้นทราย ชั้นดินเหนียวปนทราย ชั้นดินเหนียวแข็ง หรือชั้นหิน ดินที่ต่างชนิดกันก็มีที่ไม่เหมือนกัน  ดังนั้นการเจาะสำรวจดินจึงเป็นขั้นตอนของความสำคัญที่ไม่ควรมองข้ามยกเว้นมีข้อมูลชั้นดินที่เชื่อถือได้ในบริเวณที่ใกล้เคียง  การรายงานผลข้อมูลชั้นดินที่ได้จากห้องปฏิบัติการวิศวกรรมปฐพี จะมีมาตรฐานที่กำหนดในการเจาะสำรวจดิน มีหัวข้อดังนี้

การเก็บตัวอย่างดิงคงสภาพด้วยกระบอกบาง

Standard Penetration Test

Sieve Analysis

Natural Water Content

Unit Weight

Unconfined Compression

Atterberg Limit

เมื่อแปลผลของรายงานข้อมูลชั้นดินแล้ว ก็จะสามารถคำนวณได้ว่าที่ความลึกลงไปจากผิวดินถ้าต้องการใช้เสาเข็มเพื่อถ่ายน้ำหนักบรรทุกใช้งานลงสู่ชั้นดิน ชั้นดินแต่ละชั้นนั้นๆจะรับน้ำหนักได้มากน้อยเท่าใดจะแปรผันตามปริมาณพื้นผิวของเสาเข็มและพื้นที่หน้าตัดของเสาเข็ม ประเภทของเสาเข็มและการวางตำแหน่งปลายเสาเข็ม แต่เนื่องจาก เสาเข็มตอกกับเสาเข็มเจาะ ( Dry Process ) มีวิธีการวางตำแหน่งปลายเสาเข็มไม่เหมือนกัน เพราะเสาเข็มตอก และเสาเข็มเจาะ ( Dry Process ) มีการบวนการติดตั้งเสาเข็มที่แตกต่างกัน การนำเสาเข็มคอนกรีตที่หล่อเสร็จแล้วมาตอกด้วยตุ้มน้ำหนักเรียกว่าเสาเข็มตอก การเจาะดินให้เป็นหลุมตามขนาดที่ต้องการใส่เหล็กเสริม แล้วเทคอนกรีตลงหลุมเจาะเรียกว่าเสาเข็มเจาะ( Dry Process ) การวางตำแหน่งปลายเสาเข็มเจาะ( Dry Process ) จะวางปลายเสาเข็มที่ชั้นดินเหนียวแข็ง เพราะชั้นดินเหนียวแข็งมีคุณสมบัติทึบน้ำแต่ชั้นทรายแน่นถึงแม้ว่าจะรับน้ำหนักได้ดีแต่มีน้ำใต้ดินไหลผ่านได้ หากเทคอนกรีตเพื่อหล่อเสาเข็มคอนกรีตที่เทลงไปก็จะมีน้ำอยู่มากที่ก้นหลุมซึ่งปริมาณน้ำที่มากการทำเช่นนั้นจะเป็นปฏิปักษ์ต่อคุณสมบัติของคอนกรีต การวางตำแหน่งสำหรับปลายเสาเข็มตอก( Blow Pile ) จะวางปลายของเสาเข็มที่ชั้นทรายแน่น เพราะชั้นทรายแน่นรับน้ำหนักได้ดีกว่าชั้นดินเหนียวแข็ง และเสาเข็มตอก( Blow Pile )มีราคาถูกกว่าเสาเข็มเจาะ( Dry Process ) แต่ทั้งนี้ก็ต้องพิจารณาด้วยว่าการเข้าไปทำงานเสาเข็มสามารถทำงานได้หรือไม่ พิจารณาทั้งข้อกฎหมายและสภาพพื้นที่ที่เข้าสู่หน้างานจริง

สรุปได้ว่า เสาเข็มตอกจะวางตำแหน่ง”ปลายเสาเข็ม”ไว้ที่ชั้นทรายแน่น เสาเข็มเจาะ ( Dry Process )จะวางตำแหน่ง”ปลายเสาเข็ม”ไว้ที่ชั้นดินเหนียวแข็ง พิจารณากำลังของดินตามข้อมูลหลุมเจาะเป็นสำคัญ แต่ยังมีเสาเข็มเจาะ (Wet Process ) ที่สามารถวางปลายเสาเข็มที่ชั้นทรายได้โอกาสหน้าจะมาเล่าสู่กันฟังนะครับ

ฝ่ายวิศวกรรม, Lim Steel Co.,Ltd.

มกราคม 2563