เหล็กเสริมในพื้น POST TENSION

       ในการออกแบบพื้น POST TENSION ปกติจะออกแบบในลักษณะที่เป็น FULLY PRESTRESS คือให้มีปริมาณลวดเพียงพอสำหรับโมเมนต์ที่เกิดขึ้น และเพื่อให้พื้น POST TENSION มีประสิทธิภาพสมบูรณ์และมีความเหนียว (DUCTILITY) ตามที่ออกแบบไว้ จำเป็นต้องมีเหล็กเสริมประกอบตามที่ CODE กำหนด รวมทั้งเพื่อความปลอดภัยในการใช้งานในบริเวณที่ต้องออกแบบต้านแผ่นดินไหว พื้น POST TENSION จำเป็นต้องมีเหล็กเสริมเพิ่มให้ครบถ้วนตามที่กฎหมายกำหนด โดยแสดงชนิดของเหล็กเสริมและข้อกำหนดของเหล็กเสริมนั้นๆ ดังตาราง

* บังคับใช้โดยกฎกระทรวง กำหนดการรับน้ำหนัก ความต้านทาน ความคงทนของอาคาร และพื้นที่รองรับอาคารในการต้านทานแรงสั่นสะเทือนของแผ่นดินไหว พ.ศ.๒๕๕๐

1. เหล็กเสริมยึดเหนี่ยวปริมาณน้อยที่สุดบริเวณที่เกิดโมเมนต์ลบ (MINIMUM BONDED REINFORCEMENT IN NEGATIVE MOMENT AREAS AT COLUMN SUPPORTS)

      ในมาตรฐาน ACI ฉบับก่อนหน้าจนมาถึง ACI 318-2011 กำหนดให้ใส่ปริมาณน้อยที่สุดบริเวณที่เกิดโมเมนต์ลบในพื้น POST TENSION ระบบ UNBONDED ไว้เท่ากับ AS,MIN = 0.00075ACF โดยที่ ACF คือ ค่ามากที่สุดของพื้นที่หน้าตัดของแถบออกแบบ (DESIGN STRIP) ทั้งสองทิศทาง โดยเหล็กเสริมที่คำนวณได้ เป็นเหล็กเสริมบน จะกระจายอยู่ที่เสาในระยะออกไปจากขอบเสาด้านข้างไม่เกินด้านละ 1.5 เท่าของความหนาพื้น และความยาวของเหล็กที่ยื่นออกไปจะเท่ากับ 1/6 ของ CLEAR SPAN

      ในมาตรฐาน ACI ฉบับก่อนหน้าจนมาถึง ACI 318-2011 กำหนดให้ใส่ปริมาณน้อยที่สุดบริเวณที่เกิดโมเมนต์ลบในพื้น POST TENSION ระบบ UNBONDED ไว้เท่ากับ AS,MIN = 0.00075ACF โดยที่ ACF คือ ค่ามากที่สุดของพื้นที่หน้าตัดของแถบออกแบบ (DESIGN STRIP) ทั้งสองทิศทาง โดยเหล็กเสริมที่คำนวณได้ เป็นเหล็กเสริมบน จะกระจายอยู่ที่เสาในระยะออกไปจากขอบเสาด้านข้างไม่เกินด้านละ 1.5 เท่าของความหนาพื้น และความยาวของเหล็กที่ยื่นออกไปจะเท่ากับ 1/6 ของ CLEAR SPAN

      สำหรับ ACI318-2014 เริ่มมีการกำหนดให้ใส่เหล็กเสริมยึดเหนี่ยวปริมาณน้อยที่สุดบริเวณที่เกิดโมเมนต์ลบทั้งพื้น POST TENSION ระบบ BONDED และ UNBOND แสดงดังตาราง 8.6.2.3 และถ้ามีแรงด้านข้างกระทำ ทำให้เกิดโมเมนต์ลบมากขึ้นที่หัวเสา เหล็กเสริมชุดนี้จะต้องเพิ่มปริมาณและความยาวให้เพียงพอต่อ BENDING MOMENT DIAGRAM ที่เพิ่มขึ้นเนื่องจากการรวมผลของโมเมนต์จากแรงด้านข้าง

2. เหล็กเสริมล่างบริเวณหัวเสา (BOTTOM DEFORMED REINFORCEMENT IN COLUMN AREA OR PROGRESSIVE COLLAPSE PROTECTION)

      ใน ACI318-2005 ข้อ 18.12.4 ได้กำหนดให้พื้น POST TENSION ระบบ UNBOND มีลวดอัดแรงผ่านเสาอย่างน้อยสองเส้น จนมาถึง ACI318-2008 ได้มีการขยายความให้รายละเอียดเรื่องลวดอัดแรงมากขึ้น โดยกล่าวไว้ในข้อ 18.12.6 และได้เพิ่มเติมในกรณีที่ไม่สามารถเอาลวดอัดแรงเข้าเสาได้ ซึ่งจะตรงกับกรณีของพื้น POST TENSION ระบบ BOND ให้เสริมเหล็กล่างบริเวณหัวเสา ในปริมาณเท่ากับ

โดยมีระยะยื่นเข้าไปในพื้นเท่ากับระยะฝัง ดังรูป

“ดังนั้นตามความหมายของ ACI318 พื้น POST TENSION ที่ไม่มีลวดเข้าเสาจะต้องเสริมเหล็กล่างหัวเสาทุกต้น”

      กฎกระทรวง กำหนดการรับน้ำหนัก ความต้านทาน ความคงทนของอาคาร และพื้นดินที่รองรับอาคารในการต้านทานแรงสั่นสะเทือนของแผ่นดินไหว พ.ศ. 2550 กำหนดให้อาคารต้องจัดให้โครงสร้างทั้งระบบอย่างน้อยให้มีความเหนียวเทียบเท่าความเหนียวจำกัด (LIMITED DUCTILE) ตาม มยผ.1301-54 โดยในกฎกระทรวงได้กำหนดประเภทของอาคารโดยอ้างอิงบริเวณที่ตั้ง กำหนดให้ต้องมีรายละเอียดตามที่กล่าวไว้ สรุปได้ดังนี้

*บริเวณเฝ้าระวัง = พื้นที่หรือบริเวณที่อาจได้รับผลกระทบจากแผ่นดินไหวได้แก่จังหวัด กระบี่ ชุมพร พังงา ภูเก็ต ระนอง สงขลา สุราษร์ธานี

บริเวณที่ 1 = พื้นที่หรือบริเวณที่เป็นดินอ่อนที่อาจได้รับผลกระทบจากแผ่นดินไหวระยะไกล ได้แก่จังหวัด กรุงเทพ นนทบุรี ปทุมธานี สมุทรปราการ สมุทรสาคร
บริเวณที่ 2 = พื้นที่หรือบริเวณที่อยู่ใกล้รอยเลื่อนที่อาจได้รับผลกระทบจากแผ่นดินไหว ได้แก่จังหวัด กาญจนบุรี เชียงราย เชียงใหม่ ตาก น่าน พะเยา แพร่ แม่ฮ่องสอน ลำปาง ลำพูน

รูปภาพ เหล็กเสริมล่างบริเวณหัวเสา

การทำให้พื้น POST TENSION ตรงตามข้อกำหนด LIMITED DUCTILE คือจะต้องใส่เหล็กเสริมล่างบริเวณหัวเสาไม่น้อยกว่าที่ มยผ.1301-54 กำหนดไว้ในข้อที่ 4.8 คือ

      มยผ.1301-54 ได้ระบุไว้ว่าเหล็กเสริมต้องมีระยะฝังพอเพียงที่จะพัฒนากำลังได้ถึงจุดคราก ในที่นี้จึงขออ้างอิงไปที่ FIP RECOMMENDATIONS “RECOMMENDATIONS FOR THE DESIGN OF POST-TENSIONED SLABS AND FOUNDATION RAFTS” โดยกำหนดให้เหล็กเสริมที่คำนวณได้จะต้องฝังอยู่ภายในแกนเหล็กเสา “ยื่นเหล็กไปในพื้น POST TENSION ไม่น้อยกว่าระยะฝังประสิทธิผล” สำหรับขอบที่ไม่ต่อเนื่องเหล็กเสริมล่างที่จุดรองรับจะต้องสามารถพัฒนากำลังครากที่ขอบของจุดรองรับได้

3. เหล็กเสริมรับแรงเฉือนเจาะทะลุ(SHEAR REINFORCEMENT IN SLAB)

รูปภาพ เหล็ก SHEAR STIRRUP

เป็นเหล็กเสริมที่จำเป็นต้องใส่ในกรณีที่แรงเฉือนเจาะทะลุที่เกิดขึ้นมากกว่ากำลังรับแรงเฉือนเจาะทะลุที่คอนกรีตรับได้ โดยรายละเอียดสามารถดูได้จากบทความก่อนหน้า

1. แรงเฉือนเจาะทะลุ ตอนที่ 1

2. แรงเฉือนเจาะทะลุ ตอนที่ 2

       และข้อที่สำคัญในการออกแบบแรงเฉือนเจาะทะลุในพื้นสองทางแบบไร้คาน สำหรับโครงต้านแรงดัดที่มีความเหนียวจำกัด ใน มยผ.1301-54 และ ACI 21.13.6 เพื่อให้จุดต่อระหว่างพื้นและเสามีความเหนียวจำกัด ค่า VU/ΦVC ต้องมีค่าไม่เกิน 0.40 โดย VU เป็นค่าแรงเฉือนปรับค่าบนหน้าตัดวิกฤติรอบเสาที่เกิดจากน้ำหนักบรรทุกแนวดิ่ง และให้ใช้ตัวคูณหรือ LOAD FACTOR เป็น 1.2D+1.0L ซึ่งตัวคูณสำหรับน้ำหนักบรรทุกจร สามารถลดจาก 1.0 เป็น 0.5 ได้ เมื่อน้ำหนักบรรทุกจรมีค่าน้อยกว่า 500 KG/M2 เว้นแต่ อาคารนั้นเป็นอาคารจอดรถ หรือพื้นที่ที่ใช้เป็นส่วนของการชุมนุมคน ตัวคูณลดกำลัง Φ ให้ใช้ 0.75 ส่วน VC คำนวณตามวิธีที่แสดงไว้ในหัวข้อก่อนหน้านี้

      สำหรับข้อต่อของพื้นและเสาในระบบแผ่นพื้นสองทางแบบไร้คาน ที่ไม่ได้เป็นส่วนหนึ่งของระบบรับแรงด้านข้าง จะต้องจัดให้มีเหล็กเสริมต้านแรงเฉือนในพื้น โดยที่กำลังต้านทานแรงเฉือนของเหล็กเสริมจะต้องมีค่าไม่น้อยกว่า 0.93√FC'BO.D และต้องวางเหล็กเสริมดังกล่าวออกไปจากขอบของที่รองรับไม่น้อยกว่า 4 เท่าของความหนาพื้น แต่ข้อกำหนดข้างต้นอาจยกเว้นได้ หากการออกแบบเป็นไปตามข้อ (1) หรือข้อ (2) เพียงข้อหนึ่งข้อใด

(1). หน่วยแรงเฉือนเจาะทะลุบนหน้าตัดวิกฤติรอบเสาที่เกิดจากแรงเฉือนปรับค่า VU ร่วมกับหน่วยแรงเฉือนที่เกิดจากโมเมนต์ไม่สมดุล ที่ส่งถ่ายระหว่างเสาและพื้นภายใต้การเคลื่อนตัวด้านข้างออกแบบ (DESIGN DISPLACEMENT) จะต้องไม่เกินกำลังต้านแรงเฉือนที่กำหนดไว้ในมาตรฐานสำหรับอาคารคอนกรีตเสริมเหล็ก โดยวิธีกำลังของสมาคมวิศวกรรมสถานแห่งประเทศไทย

(2). ค่าการเคลื่อนตัวสัมพัทธ์ด้านข้างระหว่างชั้นออกแบบ (DESIGN STORY DRIFT) จะต้องไม่เกินกว่า ค่าที่มากกว่าระหว่าง 0.005 และ [0.035 – 0.05(VU/ΦVC)]

กราฟแสดงข้อกำหนดตามข้อ (2)

      ค่าการเคลื่อนตัวสัมพัทธ์ด้านข้างระหว่างชั้นออกแบบ (DESIGN STORY DRIFT) คำนวณจากค่ามากของค่าการเคลื่อนตัวสัมพัทธ์ด้านข้างของจุดต่อเสาด้านบนและจุดต่อเสาด้านล่าง และ VC คำนวณตามวิธีที่กล่าวมา VU เป็นแรงเฉือนที่หน้าตัดวิกฤติข้างเสาจากการใช้ตัวคูณ 1.2D+1.0L

4. เหล็กเสริมยึดเหนี่ยวปริมาณน้อยที่สุดบริเวณที่เกิดโมเมนต์บวก(เหล็กเสริมล่าง) (MINIMUM BONDED REINFORCEMENT IN POSITIVE MOMENT AREAS)

      เหล็กเสริมตามข้อนี้คือเหล็กเสริมล่างในพื้น POST TENSION โดยในข้อกำหนดของพื้น POST TENSION ทั้งระบบมีแรงยึดเหนี่ยวและไม่มีแรงยึดเหนี่ยวกำหนดว่าถ้าบริเวณที่เป็นโมเมนต์บวกเกิดความเค้นดึงเกิน 0.53√(FC') จะต้องใส่เหล็กเสริมยึดเหนี่ยวปริมาณน้อยที่สุดบริเวณที่เกิดโมเมนต์บวกเท่ากับ AS = NC/(0.5FY) โดยที่ NC เป็นแรงดึงทั้งหมดที่เกิดขึ้นในหน้าตัดของคอนกรีตในบริเวณที่เกิดหน่วยแรงดึง ทั้งนี้ให้คำนวณจากหน้าตัดไม่แตกร้าว (ใช้ IGROSS)

รูปภาพ การวางเหล็กเสริมล่าง

      ถ้าความเค้นดึงที่เกิดขึ้นไม่เกิน 0.53√(FC') ใน ACI318 ไม่ได้กำหนดให้ใส่เหล็กเสริมล่าง แต่ในทางปฏิบัติที่ผ่านมา ได้มีการนำข้อกำหนดของพื้นไร้คานระบบไร้แรงยึดเหนี่ยวตาม วสท1009-34 ข้อที่ 3.4.2.1(ก) มาใช้โดยกำหนดให้ใส่เหล็กเสริมยึดเหนี่ยวไม่น้อยกว่า 0.001 ของหน้าตัดคอนกรีต ไว้ที่บริเวณใกล้ผิวด้านรับแรงดึง

AS = 0.001 BT

ตัวอย่างเช่น พื้น POST TENSION หนา 0.23M AS = 0.001(100)(23) = 2.3 CM2 ใช้เหล็กเสริมตะแกรงล่าง SD40 ได้ประมาณ DB12MM@0.50M

      ในบางหน่วยงานก่อสร้างได้นำ WIRE MESH ที่มี FY 5,500 KSC มาใช้แทน ในตัวอย่างเดียวกัน สามารถคำนวณเป็น WIRE MESH ได้ดังนี้

ใช้ WIRE MESH เป็นตะแกรงล่างได้ประมาณ Φ8MM@0.30M

รูปภาพ WIRE MESH

5. เหล็กเสริมขั้นต่ำสำหรับหมวกหัวเสา, แป้นหัวเสา และคานกว้าง (MINIMUM REINFORCEMENT FOR COLUMN CAPITAL, DROP PANEL AND BAND BEAM)

      เนื่องจากการออกแบบพื้น POST TENSION ปกติ จะออกแบบเป็นระบบ FULLY PRESTRESS คือใช้ลวดอัดแรงในการรับแรงดึงที่เกิดจากโมเมนต์ดัด ดังนั้นบริเวณ COLUMN CAPITAL, DROP PANEL และ BAND BEAM จึงเป็นเหล็กเสริมขั้นต่ำเพื่อป้องกันการยืดหดเนื่องจากอุณหภูมิและ SHRINKAGE เท่านั้น โดยปริมาณที่ใส่จะใช้ตาม วสท. หรือ ACI318 ในหัวข้อเหล็กเสริมต้านการยืดหด สำหรับเหล็ก SD40 AS=0.0018BT

รูปภาพ COLUMN CAPITAL, DROP PANEL

6. เหล็กเสริมใน (POUR STRIP)

      เหล็กเสริมใน POUR STRIP เราจะได้จากการออกแบบ โดยจะต้องสอดคล้องกับขั้นตอนการทำงานที่กำหนดไว้ เช่น กำหนดให้ออกแบบ POUR STRIP เป็นพื้น ONE WAY SLAB และออกแบบพื้น POST TENSION ทั้งสองฝั่งเป็นพื้นยื่นมารับ POINT LOAD ที่มาจาก POUR STRIP

      หรือออกแบบ POUR STRIP และพื้น POST TENSION ต่อเนื่องกัน โดยการออกแบบลักษณะนี้จะต้องพิจารณาถึง บริเวณ POUR STRIP ที่ไม่มีลวดอัดแรงอยู่ จึงไม่มีแรงพยุงและแรงอัดขั้นต้นเหมือนบริเวณที่เป็นพื้น POST TENSION

      ทั้งนี้ ทั้งสองวิธีที่กล่าวถึง จะต้องคำนึงถึงผลของการหดตัวของพื้นที่ขอบของ POUR STRIP ทั้งสองฝั่ง เนื่องจากการอัดแรงที่มีอยู่ โดยในหัวข้อนี้จะได้กล่าวถึงโดยละเอียดในบทความถัดไป

รูปภาพ POUR STRIP

7. เหล็กเสริมรอบผนังลิฟท์หรือ SHEAR WALL

รูปภาพ เหล็กเสริมรอบผนังลิฟท์

      โดยปกติรอบผนังลิฟท์หรือ SHEAR WALL จะเป็นบริเวณที่แรงอัดในพื้น POST TENSION มีค่าน้อยเมื่อเทียบกับบริเวณอื่นๆ ของพื้น ซึ่งจะสามารถเห็นได้ชัดเมื่อวิเคราะห์โครงสร้างด้วยวิธี FINITE ELEMENT METHOD (FEM) เมื่อแรงอัดในพื้นมีค่าน้อยจึงจำเป็นต้องใส่เหล็กเสริมเพื่อป้องกันการหดตัวเนื่องจากอุณหภูมิและ SHRINKAGE นอกจากนี้ ถ้าต้องการให้พื้น POST TENSION เข้าไปฝากกับผนังลิฟท์หรือ SHEAR WALL ในลักษณะของ PINNED JOINT (M=0) จำเป็นต้องถ่ายน้ำหนักในลักษณะของแรงเฉือนผ่านเหล็กเสริมที่เพียงพอเพื่อเข้าไปฝากกับจุดรองรับได้ หรือถ้าต้องการให้พื้น POST TENSION กับผนังลิฟท์หรือ SHEAR WALL ต่อกันในลักษณะของ RIGID JOINT คือสามารถถ่ายโมเมนต์ได้ ต้องทำแบบจำลองในการวิเคราะห์โครงสร้างให้สอดคล้องกับโครงสร้างจริงแล้วใส่เหล็กเสริมให้เพียงพอกับโมเมนต์ที่เกิดขึ้น

8. เหล็กเสริมพิเศษบริเวณรอบช่องเปิดหรือมุมของพื้น

      บริเวณรอบช่องเปิดหรือมุมของพื้นจะมีการเตรียมเหล็กเสริมเพื่อป้องกันการแตกร้าวเนื่องจากการเกิด STRESS CONCENTRATION ในบริเวณนั้นๆ โดยทั่วไปจะทำไว้เป็น TYPICAL DETAIL ดังรูป

รูปภาพ เหล็กเสริมพิเศษบริเวณรอบช่องเปิดหรือมุมของพื้น

9. เหล็กกันระเบิด (ANTI-BURSTING REINFORCEMENT)

      การคำนวณเหล็กเสริมกันระเบิดจะคล้ายกับการออกแบบสำหรับงานคาน โดยทั่วไปจะทำเป็น TYPICAL DETAIL โดยออกแบบจากหัว ANCHORAGE ที่มีจำนวน STRAND เยอะสุด กับความหนาพื้นต่ำที่สุด แล้วนำปริมาณเหล็กเสริมที่ได้มาทำเป็น TYPICAL DETAIL ในการใช้งาน

รูปภาพ เหล็กกันระเบิด

10. เหล็กเสริมพิเศษอื่นๆ

      เหล็กเสริมดังกล่าวจะเตรียมไว้สำหรับพื้น POST TENSION ที่มีลักษณะไม่ปกติ เช่น พื้น POST TENSION ฝากคานหรือผนัง คสล. หรือมีการลดระดับหลังพื้นหรือท้องพื้น เป็นต้น

ตัวอย่างข้อมูลปริมาณเหล็กเสริมในพื้น POST TENSION

      พื้นหนา 0.20M, เสามีขนาด 0.30X0.80M SDL 250 KG/M2 , LL 200 KG/M2 ไม่มีเหล็กเสริมรับแรงเฉือนทะลุบริเวณเสา และช่วงเสาไม่เกิน 5.20M

PROGRESSIVE STELL (เหล็กเสริมล่าง เสริมผ่านเสาเท่านั้น)

TOP REINFORCEMENT INSERT DB12 @ 0.50 # M. ALL AREA FOR DECK OR ROOF

POUR STRIP DETAIL

* ในบทความถัดไปเราจะนำตัวอย่างปริมาณเหล็กเสริมของช่วงเสาขนาดต่าง ๆ มาเปรียบเทียบให้ชมกันครับ

เรียบเรียงโดย

ภาคภูมิ วานิชกมลนันท์ [วย. 1924]

ดาวน์โหลดรายการคำนวณ

DownloadPDF

ดาวน์โหลดบทความ

DownloadPDF DownloadPDF