แรงเฉือนเจาะทะลุในพื้น POST TENSION ตอนที่ 1

      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

ใน ACI318 มีข้อกำหนดลักษณะของ COLUMN CAPITAL ไว้ในหัวข้อ 13.2.6 ดังนี้

ใน ACI318 มีข้อกำหนดลักษณะของ COLUMN CAPITAL ไว้ในหัวข้อ 13.2.6 ดังนี้

      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"

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. J.G. MACGREGOR, J.K. WIGHT ; “REINFORCED CONCRETE MECHANICS AND DESIGN”6 EDITION

ดาวน์โหลดบทความ

DownloadPDF DownloadPDF