ช่องเปิดในพื้น POST TENSION

เกร็ดความรู้ในระบบพื้น POST TENSION โดย บริษัท เอสเอ็นพี โพส เท็นชั่น จำกัด

ช่องเปิดในพื้น POST TENSION


      ในการก่อสร้างอาคารเป็นเรื่องปกติที่ต้องมีช่องเปิดสำหรับงานระบบหรือช่องเปิดเพื่อความสวยงาม ในพื้นไร้คานตำแหน่งช่องเปิดมีความสำคัญอย่างยิ่งที่จะส่งผลกับกำลังในการรับน้ำหนักของแผ่นพื้น โดยเฉพาะบริเวณหัวเสาที่แผ่นพื้นต้องการกำลังมากเพื่อรับ แรงเฉือนเจาะทะลุ (PUNCHING SHEAR) ดังนั้นการให้คำแนะนำแก่ผู้กำหนดตำแหน่งช่องเปิดจึงมีความสำคัญ และถ้าจำเป็นต้องมีช่องเปิดในตำแหน่งที่ค่อนข้างวิกฤติโดยหลีกเลี่ยงไม่ได้ เราจึงต้องทราบถึงผลกระทบที่เกิดขึ้นและออกแบบแก้ไขให้แผ่นพื้นมีความแข็งแรงเพียงพอ

ในการพิจารณาช่องเปิดในแผ่นพื้น จะขอจำแนกออกเป็นสองลักษณะคือ
      1. ช่องเปิดที่กำหนดก่อนการก่อสร้าง
      2. ช่องเปิดที่เจาะเพิ่มหลังการก่อสร้าง

1.ช่องเปิดที่กำหนดก่อนการก่อสร้าง

      เนื่องจากช่องเปิดส่งผลเสียกับกำลังในการรับน้ำหนักของแผ่นพื้น ถ้าเราทราบปัญหาก่อน เราจะสามารถหาแนวทางแก้ไขหรือให้คำแนะนำ เพื่อกำหนดให้ไปอยู่ในตำแหน่งที่ส่งผลกระทบน้อยที่สุดกับกำลังของแผ่นพื้นได้ ใน NOTE ON ACI318-05 ได้แนะนำตำแหน่งและขนาดของช่องเปิด ดังรูป

ภาพแสดงตำแหน่งและขนาดของช่องเปิด ที่ไม่ส่งผลกระทบต่อกำลังของพื้น

จากรูป กำหนดให้ L2 > L1
      - บริเวณ MIDDLE STRIP ตัดกับ MIDDLE STRIP สามารถมีช่องเปิดขนาดเท่าไหร่ก็ได้ที่ไม่กระทบการจัดระยะลวดอัดแรง (ACI 13.4.2.1)
      - บริเวณ COLUMN STRIP ตัดกับ COLUMN STRIP แนะนำให้ช่องเปิดมีขนาดไม่เกิน L1/16 (ACI 13.4.2.2)
      - สำหรับบริเวณ COLUMN STRIP ตัดกับ MIDDLE STRIP ใน ACI318 หัวข้อ 13.4.2.3 กำหนดไว้ว่า เหล็กเสริมที่โดนช่องเปิดขวางจะต้องไม่เกิน ¼ ของปริมาณเหล็กเสริมทั้งหมดในแถบเสาหรือแถบกลางนั้นๆ (ACI 13.4.2.3) สำหรับพื้น POST TENSION ในบริเวณนี้ การจัดระยะลวดอัดแรงในแนว BAND DIRECTION จะเป็นตัวกำหนดขนาดของช่องเปิด แสดงดังรูปด้านล่าง ดังนั้นในบริเวณนี้ การออกแบบพื้น POST TENSION จึงควรวิเคราะห์โดยคำนึงถึงผลของช่องเปิดด้วย


นอกจากนี้ ACI 13.4.2.4 ยังกำหนดให้ตรวจสอบกำลังรับแรงเฉือนในบริเวณที่มีช่องเปิดด้วย โดยช่องเปิดที่อยู่ในระยะน้อยกว่า 10 เท่าของความหนาพื้น (ACI 11.11.6) จะมีผลต่อการคิดระยะเส้นรอบรูปของหน้าตัดวิกฤติ,BO แสดงดังรูป

2.ช่องเปิดที่เจาะเพิ่มหลังการก่อสร้าง
      ในการเจาะช่องเปิดหลังการก่อสร้าง จำเป็นจะต้องวิเคราะห์โครงสร้างใหม่ทุกครั้งเพื่อตรวจสอบผลของช่องเปิดที่ทำให้กำลังรับน้ำหนักของแผ่นพื้นลดลง โดยบริเวณช่องเปิดต้องใช้ค่าความกว้างของ DESIGN STRIP ลดลง และถ้าช่องเปิดใหม่มีตำแหน่งใกล้เสา จะต้องคำนึงถึงกำลังรับแรงเฉือนเจาะทะลุที่ลดลงด้วย โดยทั่วไปจะเลือกเจาะช่องเปิดในตำแหน่งที่ส่งผลกระทบกับพื้นน้อยที่สุด และที่สำคัญจะพยายามไม่ให้ตัดลวดอัดแรงขาด


      ในทำนองเดียวกับกรณีแรก ตำแหน่งที่พยายามหลีกเลี่ยงในการเจาะช่องเปิด จะเป็นพื้นที่หมายเลข 3 เพราะนอกจากทำให้กำลังรับน้ำหนักลดลงแล้ว จะส่งผลกระทบกับกำลังรับแรงเฉือนเจาะทะลุตำแหน่งที่ส่งผลน้อยที่สุดคือพื้นที่หมายเลข 1 เมื่อเจาะช่องเปิดใหม่แล้วตรวจสอบกำลังรับน้ำหนัก โอกาสผ่านมีค่อนข้างสูง

      ในพื้นที่หมายเลข 2 จะเป็นบริเวณที่มีลวดอัดแรงแนว BAND DIRECTION ทิศทางหนึ่งและลวดอัดแรงแนว DISTRIBUTED DIRECTION อีกทิศทางหนึ่ง ขนาดของช่องเปิด โดยทั่วไปในพื้นที่หมายเลข 2 ที่มีลวดแนว DISTRIBUTED DIRECTION จะสามารถเจาะช่องเปิดที่มีขนาดใหญ่กว่า แต่ช่องเปิดที่มีขนาดใหญ่ก็จะส่งผลให้ความกว้างของ DESIGN STRIP ลดลง การตัดพื้นเพื่อทำช่องเปิดต้องใช้เครื่องมือการตัดที่สามารถควบคุมแนวตัดให้ได้ตรงตามที่กำหนดไว้ และไม่ทำให้คอนกรีตในบริเวณอื่นเสียหายทั้งช่องเปิดรูปสี่เหลี่ยมและการ CORING

ภาพแสดงการตัดพื้น

ภาพแสดงการตัดพื้น

ภาพแสดงการตัดพื้น

      ก่อนตัดพื้นถ้าไม่ต้องการให้ตัดถูกลวดอัดแรง ควรทำการ SCAN หาตำแหน่งของลวดอัดแรงในบริเวณที่ต้องการตัดพื้น เพื่อเป็นการตรวจสอบก่อนตัดพื้น

      สำหรับในกรณีที่ช่องเปิดที่เจาะใหม่จำเป็นต้องตัดลวดอัดแรงบางเส้น พื้นไร้คานคอนกรีตอัดแรงระบบมีแรงยึดเหนี่ยว (BONDED SYSTEM) สามารถทำได้โดยจะไม่มีการหดกลับของลวดอัดแรง เนื่องจากมีปูน GROUT ที่อยู่ภายในท่อ CORRUGATED SHEATH เป็นตัวจับลวดไว้ การคิดกำลังของพื้นที่มีช่องเปิดใหม่จะต้องคำนึงถึงผลของลวดอัดแรงที่โดนตัดขาดด้วย

      เมื่อลวดอัดแรงโดนตัดขาด การถ่ายแรงของลวดที่เหลืออยู่จะเปลี่ยนไป โดยที่ขอบช่องเปิดลวดตำแหน่งนั้นจะมีค่าแรงอัดเป็นศูนย์ และจะมีค่าสูงขึ้นจนถึงค่าเดิมก่อนลวดขาดที่ระยะเท่ากับระยะ TRANSFER LENGTH,LT

      จะเห็นว่าลักษณะการเปลี่ยนแปลงของแรงในลวดอัดแรงมีลักษณะไม่เป็นเส้นตรง แต่สามารถทำเป็นสูตรอย่างง่ายเพื่อใช้ในการคำนวณได้ดังนี้ LT =1.5F_SI/(F_CI^' )DB – 11.7 หน่วยเป็น CM โดยที่ FSI คือแรงดึงในลวดเริ่มต้น และ F’CI คือกำลังของคอนกรีตขณะดึงลวด ขณะที่ ACI แนะนำให้ใช้ค่าโดยประมาณเท่ากับ LT = 50DB ซึ่งจะได้ค่าน้อยกว่าสูตรแรกเมื่อ FC’ มีค่าต่ำ


      ดังนั้น ในการทำช่องเปิดที่มีการตัดลวดอัดแรงขาดจะต้องติดตั้งอุปกรณ์เพื่อยึดปลายลวดอัดแรงไม่ให้หดตัวกลับในอนาคต และคำนึงถึงแรงอัดที่ลดลงในบริเวณรอบๆ ช่องเปิดที่ตัดลวดขาด อาจจะต้องเสริมความแข็งแรงรอบช่องเปิดด้วยวิธีเสริมเหล็กกันแตกรอบช่องเปิด โดยเปิดช่องเปิดให้กว้างกว่าที่ต้องการ ติดตั้งเหล็กเสริมรอบช่องเปิดแล้วเทกลับตามขนาดช่องเปิดที่ต้องการ

อีกวิธีหนึ่งในการเสริมกำลังที่ขอบช่องเปิดคือใช้แผ่นเหล็กหรือ CFRP ในการเสริมกำลังรอบช่องเปิดทั้งผิวบนและผิวล่าง ดังรูป


รูปภาพ การเสริมกำลังที่ขอบช่องเปิดคือใช้แผ่น CFRP

สำหรับกรณีช่องเปิดที่จำเป็นต้องเจาะใหม่อยู่ใกล้เสา ทำให้กำลังรับแรงเฉือนเจาะทะลุลดลง สามารถเสริมกำลังรับแรงเฉือนเจาะทะลุเพิ่มโดยใช้หูช้างเหล็ก ดังรูป


รูปภาพ การเสริมกำลังรับแรงเฉือนเจาะทะลุเพิ่มโดยใช้หูช้างเหล็ก

      จะเห็นว่าการออกแบบพื้นที่มีช่องเปิดทั้งสองลักษณะ จำเป็นจะต้องมีขั้นตอนการตรวจสอบผลกระทบของช่องเปิดต่อกำลังการรับแรงของพื้น ถ้าช่องเปิดมีขนาดเล็ก หรือไม่ได้อยู่ในแนว COLUMN STRIP ตัด COLUMN STRIP โดยทั่วไปสามารถใช้วิธี EQUIVALENT FRAME METHOD โดยใช้ค่าความกว้างของ DESIGN STRIP ที่ถูกต้องได้ และถ้าช่องเปิดมีขนาดใหญ่และอยู่ในบริเวณที่วิกฤติ ควรใช้วิธี FINITE ELEMENT METHOD ในการตรวจสอบ เพื่อให้ได้ผลที่ใกล้เคียงพฤติกรรมจริงของโครงสร้างมากที่สุด

เรียบเรียงโดย

ภาคภูมิ วานิชกมลนันท์ [วย. 1924]

เอกสารอ้างอิง

1. ACI COMMITTEE 318; “BUILDING CODE REQUIREMENTS FOR STRUCTURAL CONCRETE (ACI 318-11) AND COMMENTARY”

2. M.E. KAMARA, L.C. NOVAK; “NOTES ON ACI 318-11 BUILDING CODE REQUIREMENTS FOR STRUCTURAL CONCRETE WITH DESIGN APPLICATION”

3. M.C.MOTA, M.E.KAMARA ; ”AN ENGINEER’S GUIDE TO OPENINGS IN CONCRETE FLOOR”

4. T.Y. LIN, N.H. BURNS ; “DESIGN OF PRESTRESSED CONCRETE STRUCTURES”3RD EDITION

ดาวน์โหลดบทความ

DownloadPDF

แชร์เกร็ดความรู้ : Share knowledge

Copyright©2016 SNP-POST.COM All Rights Reserved.