ปลอกเสา

เสา (COLUMN)
เสาเป็นส่วนหนึ่งของโครงสร้างที่มีความสําคัญอย่างมาก เนื่องจากต้องแบกรับ น้ําหนักของอาคารทั้งหลัง เมื่อเสาเกิดการวิบัติหรือพังทลาย อาจส่งผลให้โครงสร้างทั้งหลัง

พังถล่มลงมาได้ ดังนั้นจึงจําเป็นต้องมีการเสริมความแข็งแรงและความเหนียวให้แก่เสา เพื่อให้สามารถต้านทานแรงแผ่นดินไหวที่จะเกิดขึ้น ในที่นี้จะกล่าวถึงการเสริมเหล็กในเสา อาคารที่ยังไม่ได้ก่อสร้างและที่ก่อสร้างไปแล้ว โดยหลักการที่คล้ายๆกัน คือ เพิ่มกําลังรับ แรงและความเหนียวให้แก่เสา

เสาอาคารที่ก่อสร้างในประเทศไทย หรือประเทศที่แผ่นดินไหวเป็นภัยที่ไม่เด่นชัด (รูปที่ 2.1) มักมีขนาดเล็ก ใส่เหล็กเสริมน้อย เนื่องจากการออกแบบที่ผ่านมาไม่ได้คํานึงถึงแรงแผ่นดินไหว ดังนั้น เมื่อมีแผ่นดินไหวเกิดขึ้น เสาเหล่านี้จะมีการสั่นสะเทือนอย่างรุนแรงจนอาจทําให้เสาขาดหรือเกิดการ วิบัติได้ ลักษณะการวิบัติในเสาได้แก่การเกิดรอยร้าวขนาดใหญ่ในเสา คอนกรีตกะเทาะหลุดออกมา เหล็กเสริมคุ้งหรือขาด ความเสียหายที่เกิดขึ้นแก่เสามักเกิดขึ้นที่บริเวณโคนเสา หรือ หัวเสา ดังแสดง ในรูปที่ 2.2

รูปที่ 2.1 อาคารที่วิบัติเนื่องจากแผ่นดินไหว สําหรับ 2010 Haiti Earthquake ขนาด 7.0 เนื่องจาก เสามีขนาดเล็กมากเมื่อเปรียบเทียบกับพื้นที่เชื่อมต่อเข้าด้วยกัน รวมถึงมีการเสริมเหล็กในเสาและ จุดต่อไม่เหมาะสม
(ที่มา : http://www.eqclearinghouse.org/co/ 20 100 1 12-haiti)

 

รูปที่ 2.2 (ก) เสารับแรงอัดเนื่องจากแผ่นดินไหว และอัดระเบิดที่โคนเสา เนื่องจาก 1979 Imperial Valley Earthquake ขนาด 6.4
https://nisee.berkeley.edu/elibrary/index.jsp)

 

การวิบัติของเสาเกิดขึ้นใน 4 ขั้นตอนดังนี้ 1. แผ่นดินไหวทําให้คอนกรีตแตกระเบิดที่หัวเสาและโคนเสา (รูปที่ 2.2 (ก)) 2. คอนกรีตที่แตกระเบิดเบ่งออกหรือดันให้เหล็กแกนคด และเหล็กปลอกจ้างออก 3. เมื่อเหล็กแกนคด โครสร้างจะทรุดลงเนื่องจากน้ําหนักที่เสาต้องแบกรับไว้กดเหล็กเสริม 4. หากคอนกรีตแตกระเบิดถึงเนื้อในและหลุดออกมา โครงสร้างจะยึดกันอยู่ด้วยเหล็กแกน
เท่านั้น ซึ่งถือว่าเสาขาด โครงสร้างจะทรุดตัวอย่างมาก และถล่มลงมา (รูปที่ 2.2 (ข))

รูปที่ 2.2 (ข) การวิบัติของเสาเนื่องจากการเฉือน จนเหนี่ยวนําให้เกิดการวิบัติของอาคาร สําหรับ 1995 Kobe Earthquake ขนาด 8 เนื่องจากปริมาณเหล็กเสริมตามขวางที่น้อยเกินไป
(ที่มา : https://nisee.berkeley.edu/elibrary/index.jsp)

2.1 บริเวณที่ต้องเสริมเหล็กปลอกในเสา
เสามีหน้าที่หลักคือรับน้ําหนักในแนวดิ่งของโครงสร้างอาคาร เมื่อเกิดแผ่นดินไหวเสาต้องรับแรง กระทําทางด้านข้างด้วย (รูปที่ 2.3) ทําให้เสาเกิดการสั่นสะเทือนและหากการสั่นสะเทือนนั้นรุนแรง จะ ทําให้คอนกรีตกะเทาะหลุดออกมา จนเหล็กเสริมดังหรือบิดเสียรูป และทําให้โครงสร้างไม่สามารถรองรับ น้ําหนักได้อีกต่อไป ดังนั้นเพื่อเป็นการป้องกันการวิบัติของเสา จะต้องเสริมเหล็กปลอกในช่วงระยะวิกฤติ (L.) ซึ่งเป็นบริเวณที่เกิดโมเมนต์ดัดมากที่สุด ซึ่งตามมาตรฐาน มยผ.1301-54 กําหนดความยาวระยะ วิกฤติไว้ต้องไม่น้อยกว่าค่าดังต่อไปนี้

(ก) 1 ใน 6 ของความสูงจากขอบถึงขอบของเสา

(ข) มิติที่มากที่สุดของหน้าตัดเสา

(ค) 500 มิลลิเมตร

รูปที่ 2.3 รูปแบบการวิบัติในเสา ที่มา: Model for the Lateral Behavior of Reinforced Concrete Columns including Shear Deformations (Eric J. Setzlera and Halil Sezena)

 

รูปที่ 2.4 บริเวณที่ต้องเสริมเหล็กปลอกในระยะวิกฤต

 

2.2 การเสริมเหล็กปลอกในเสาและระยะเรียงของเหล็กปลอกในบริเวณวิกฤติ

สําหรับการเสริมเหล็กปลอกในบริเวณวิกฤตของเสา มาตรฐาน มยผ.1301 -54 กําหนดไว้ว่า ใน กรณีเหล็กปลอกเดี่ยว จะต้องเสริมเหล็กปลอกเดี่ยวที่มีระยะห่างไม่เกิน S, ตลอดความยาวระยะวิกฤติ (L.) ที่วัดจากขอบของข้อต่อ โดยที่ระยะ S, จะต้องไม่มากกว่าระยะดังต่อไปนี้ (ดูรูปที่ 2.5)

(ก) 8 เท่าของขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางของเหล็กเสริมตามยาวที่มีขนาดเล็กสุด (ข) 24 เท่าของขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางของเหล็กปลอก (ค) ครึ่งหนึ่งของมิติที่เล็กที่สุดของหน้าตัดเสา (ง) 300 มิลลิเมตร

รูปที่ 2.5 ระยะเรียงเหล็กปลอกในบริเวณวิกฤติ

 

2.3 การเสริมเหล็กปลอกในเสาและระยะเรียงของเหล็กปลอกนอกบริเวณวิกฤติ
การเสริมเหล็กในเสานอกบริเวณวิกฤติ ตามมาตรฐาน มยผ.1301 -54 กําหนดว่า เหล็กยืน ทุกเส้นจะต้องมีเหล็กปลอกขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางไม่เล็กกว่า 6 มิลลิเมตร พันโดยรอบ โดยมีระยะ เรียงของเหล็กปลอกไม่เกิน 2 เท่าของระยะเรียงเหล็กปลอกในบริเวณวิกฤติ (๑) (ดังรูปที่ 2.6) และ จะต้องจัดให้มุมของเหล็กปลอกยึดเหล็กยืนทุกมุม

รูปท่ี 2.7 การต่อทาบเหล็กยืนในเสาควรต่อในบริเวณกลางเสาหรือนอกบริเวณวิกฤติ

 

2.4 การทาบเหล็กยืนในเสาและระยะทาบเหล็ก

การต่อทาบเหล็กเสริม โดยทั่วไปอาคารที่ไม่ได้ออกแบบรับแรงแผ่นดินไหว บริเวณที่ทําการ ต่อทาบเหล็กจะอยู่ที่โคนเสาในชั้นต่างๆของอาคาร ซึ่งถือว่าเป็นบริเวณวิกฤติเนื่องจากเป็นตําแหน่งที่ เกิดโมเมนต์สูงภายใต้แรงแผ่นดินไหว เพื่อหลีกเลี่ยงการวิบัติในบริเวณดังกล่าว มาตรฐาน มยผ. 1301 – 54 ได้กําหนดให้ทําการต่อทาบเหล็กยืนที่บริเวณช่วงกลางความสูงของเสา (h/2) ดังแสดงใน รูปที่ 2.7

 

2.5 ตําแหน่งของเหล็กปลอกวงแรกในเสา

ตามข้อกําหนดของมาตรฐาน มยผ. 1 30 1 – 54 กําหนดตําแหน่งของเหล็กปลอกเสาวงแรก จะต้องอยู่ห่างจากขอบรอยต่อไม่เกิน 0.5 เท่าของระยะเรียงเหล็กปลอกในบริเวณวิกฤติ ( 2.8 โดยระยะเรียงเหล็กปลอกในบริเวณวิกฤติสามารถพิจารณาได้จากหัวข้อที่ 2.2

 

โดยปกติเสาตอม่อหรือเสาสั้นนั้น จะมีความแข็งเกร็งหรือสติฟเนสสูงแต่มีความเหนียวต่ำ (เนื่องจากเสริมเหล็กปลอกน้อย) ส่งผลให้เมื่อเกิดแรงแผ่นดินไหวมากระทํากับอาคาร เสาตอม่อหรือเสา สั้นจะเกิดการวิบัติได้สองรูปแบบ คือ (ก) การวิบัติเฉือน และ (ข) การวิบัติแบบดัด ซึ่งเป็นการวิบัติที่ เกิดขึ้นที่โคนเสาและหัวเสา

เนื่องจากเสาตอม่อเป็นโครงสร้างสําคัญที่รองรับน้ําหนักของอาคารทั้งหลัง ดังนั้น หากเสา ตอม่อเกิดการวิบัติไปอาจส่งผลให้อาคารทั้งหลังถล่มลงมาได้ ดังนั้นเพื่อเป็นการป้องกันการวิบัติที่จะเกิด ขึ้นกับเสาตอม่อ จําเป็นต้องเพิ่มเหล็กปลอกเพื่อเพิ่มความเหนียวให้แก่เสาตอม่อ สําหรับระยะเรียงของ เหล็กปลอกในเสาตอม่อ (ดูรูปที่ 2.9 (ข)) แนะนําให้ใช้เท่ากับระยะเรียงของเหล็กปลอกในบริเวณวิกฤติ ของเสา ดังอธิบายในหัวข้อที่ 2.2

รูปที่ 2.11 (ก) การวิบัติเนื่องจากพฤติกรรมเสา สั้น กรณีนี้มีก่อกําแพงขึ้น และสร้างช่องเปิดไว้ ทํา ให้ความชะลูดของเสาลดลง สําหรับ 1999 Turkey earthquake ขนาด 7.4

 

 

รูปที่ 2.11 (ข) การวิบัติเนื่องจากพฤติกรรมเสา สั้น กรณีนี้มีพื้นบันไดมาเชื่อมต่อที่กลางเสา ทําให้ ความชะลูดของเสาลดลง สําหรับ 1980 Algeria Earthquake ขนาด 7.7

 

2.8 การทําของอต้านทานแผ่นดินไหว

เหล็กปลอกหรือเหล็กลูกตั้งในเสา เป็นเหล็กที่ทําหน้าที่ป้องกันการกะเทาะหลุดออกของ คอนกรีต และป้องกันการตุ้ง หรือการเสียรูปของเหล็กแกน โดยของอของเหล็กปลอกสําหรับอาคาร ทั่วไปอาจดัดเป็นมุม 90 องศาได้ (ดูรูปที่ 2.12) แต่สําหรับอาคารสาธารณะ เช่น โรงมหรสพ หอประชุม โรงแรม โรงพยาบาล สถานศึกษา เป็นต้น ของอดังกล่าวควรมีการดัดงอที่ปลายเป็นมุม 135 องศา (ดูรูปที่ 2.1 3) ในบริเวณใกล้ข้อต่อ (ระยะ 2h ในคาน หรือระยะ 6 ในเสา) เพื่อเพิ่ม ประสิทธิภาพในการโอบรัดหน้าตัดให้ดียิ่งขึ้น

รูปที่ 2.12 รายละเอียดของอสําหรับโครงสร้างรับแรงสั่นสะเทือนของแผ่นดินไหว (ที่มา : มยผ. 1301 -54)