พื้น
Post tension เป็นพื้นไร้คานคอนกรีตชนิดหนึ่ง ซึ่งอาศัยพื้นคอนกรีตรับน้ำหนักบรรทุกแล้วถ่ายน้ำหนักลงเสาโดยตรง ดังนั้นจึงจำเป็นต้องป้องกันการวิบัติในรูปแบบของแรงเฉือนเจาะทะลุ
(Punching shear failure) ซึ่งส่วนใหญ่จะเป็นตัวควบคุมความหนาของพื้น หรือกำหนดความจำเป็นที่จะต้องเพิ่มหมวกหัวเสา
(Column capital) หรือแป้นหัวเสา
(Drop panel) การหาค่าแรงเฉือนเจาะทะลุที่เกิดขึ้นและกำลังการรับแรงเฉือนเจาะทะลุของพื้น จึงมีความจำเป็นที่จะต้องคำนวณอย่างถูกต้อง รายละเอียดที่เกี่ยวข้องกับแรงเฉือนเจาะทะลุในพื้น
Post tension มีมาก ดังนั้นจึงได้แบ่งออกเป็นส่วนๆ โดยจะทยอยลงอย่างต่อเนื่องจนครบ
รูปแบบการวิบัติโดยทั่วไปของแรงเฉือนเจาะทะลุ จะมีลักษณะเป็นรอยร้าวรอบๆ เสา ดังรูป
(Punching shear failure in a test specimen at University of Waterloo, Ontario)
โดยเมื่อเกิดการวิบัติ แรงเฉือนทะลุทำให้พื้นหลุดออกจากเสา โดยที่จะเหลือคอนกรีตเป็นกรวยที่หัวเสา
การวิบัติในลักษณะนี้ จะเกิดขึ้นโดยไม่มีการโก่งตัวเป็นสัญญาณเตือนเหมือนการวิบัติเนื่องจากแรงดัด ดังนั้นการออกแบบรับแรงเฉือนเจาะทะลุจึงมีความสำคัญเป็นอย่างมากในการออกแบบพื้นไร้คาน
โดยทั่วไปในการออกแบบพื้น
Post tension จะกำหนดความหนาพื้นเริ่มต้นก่อน แล้วมาตรวจสอบแรงเฉือนเจาะทะลุว่าความหนาของพื้นที่กำหนดไว้สามารถรับแรงเฉือนเจาะทะลุได้หรือไม่ การหาแรงเฉือนเจาะทะลุที่เกิดขึ้นจริงจึงมีความสำคัญ นอกจากเกิดจากน้ำหนักบรรทุกในแนวดิ่งแล้ว ผลจาก Unbalanced moment และ ผลจากแรงกระทำด้านข้างของอาคาร (แรงลม, แผ่นดินไหว เป็นต้น) ทำให้ค่าแรงเฉือนเจาะทะลุสูงขึ้น เนื้อหาในส่วนนี้มีวิธีการคำนวณอยู่หลายขั้นตอน
ในตอนที่ 1 จึงขอนำเสนอบทความการคำนวณหาค่าแรงเฉือนเจาะทะลุซึ่งอยู่ในไฟล์ที่ให้ Download ในช่วงท้าย
ในกรณีที่ความหนาพื้นที่กำหนดไว้สามารถออกแบบลวดอัดแรงรับแรงดัดได้ แต่ไม่สามารถรับแรงเฉือนเจาะทะลุได้ และการเพิ่มความหนาพื้นเฉพาะหัวเสาไม่ส่งผลอะไรกับงานสถาปัตยกรรมและงานระบบต่างๆ จะนิยมใช้
Column Capital ในการเพิ่มกำลังรับแรงเฉือนเจาะทะลุ โดย
Column capital ที่ใช้โดยทั่วไป จะมีรูปร่างดังนี้
จากรูปจะเห็นว่าสามารถทำรูปแบบของ
Column capital ได้หลายรูปแบบทั้ง การเพิ่มความหนาเป็นรูปแบบสี่เหลี่ยมตรงๆ
ดังรูปที่ 1 การทำเป็นกรวยกลม
ดังรูปที่ 2 และ การทำเป็นกรวยรูปปีรามิด
ดังรูปที่ 3
ใน ACI318 มีข้อกำหนดลักษณะของ Column capital ไว้ในหัวข้อ 13.2.6 ดังนี้
โดยสามารถอธิบายเป็นรูปได้ดังรูปด้านล่าง
เมื่อต้องการเพิ่มเส้นรอบรูปรอบหน้าตัดวิกฤต,
bo ที่ระยะ
d/2 จากขอบเสา สามารถทำได้โดยเพิ่มความลึกเฉพาะบริเวณใกล้เสา โดยกำหนดให้มีระยะยื่นจากขอบเสาจะต้องมากกว่าระยะที่เพิ่มความหนาลงมา ดังรูป
(a) หรือถ้าเพิ่มความหนาในลักษณะเป็นกรวย มุมจะต้องมากกว่า
45 องศา ตามรูป
(b)
ส่วนในกรณีที่ความหนาของพื้นที่กำหนดมา ไม่สามารถรับแรงเฉือนเจาะทะลุและโมเมนต์ลบได้ สามารถทำลักษณะเดียวกับ
Column capital ได้ แต่ต้องขยายระยะยื่นให้มากขึ้น เรียกว่าแป้นหัวเสา
(Drop panel) โดยมีลักษณะดังรูป
โดยระยะยื่นจะต้องเป็นไปตามข้อกำหนดของ ACI318 ข้อที่ 13.2.5
สามารถอธิบายเป็นรูปได้ดังนี้
เมื่อต้องการเพิ่มกำลังรับโมเมนต์ลบบริเวณหัวเสาและกำลังรับแรงเฉือนเจาะทะลุ สามารถใช้
drop panel ในการเพิ่มกำลังได้ โดยกำหนดให้ความยาวในแต่ละด้านของ
drop panel ต้องไม่น้อยกว่า 1/6 ของความยาวของช่วงเสาด้านนั้นๆ
(L/6) และจะต้องเพิ่มความหนาขึ้นไม่น้อยกว่า
0.25 เท่าของความหนาพื้นเดิม
ในกรณีที่แรงเฉือนเจาะทะลุที่เกิดขึ้นความหนาพื้นที่กำหนดมาไม่สามารถรับได้ แต่เราไม่ต้องการให้มี
Drop panel หรือ
Column capital เรายังสามารถทำได้โดยการเพิ่มกำลังรับแรงเฉือนเจาะทะลุให้กับพื้นโดยการเสริมเหล็ก ซึ่งมีรูปแบบการเสริมเหล็กตามที่
ACI318 กำหนดอยู่ 3 วิธีดังนี้
1. การเสริมเหล็กรับแรงเฉือนเจาะทะลุด้วยเหล็กเสริม (Shear reinforcement consisting of bars)
2. การเสริมเหล็กรับแรงเฉือนเจาะทะลุด้วยเหล็กรูปพรรณ (Shear reinforcement consisting of steel I or C shaped sections, shearhead)
3. การเสริมเหล็กรับแรงเฉือนเจาะทะลุด้วยเหล็กหัวหมุดเฉือน (Headed shear stud reinforcement, shear studs)
"โดยรายละเอียดการติดตั้งและการคำนวณออกแบบของทั้งสามกรณีจะกล่าวถึงในครั้งต่อไป"
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. J.G. Macgregor, J.K. Wight ; “Reinforced concrete Mechanics and Design”6 Edition
เรียบเรียงโดย : ภาคภูมิ วานิชกมลนันท์ [วย. 1924]
ดาวน์โหลดบทความคลิก!!
Unknown
วันเสาร์ที่ 3 กันยายน พ.ศ. 2559
