การเสริมเหล็กต้านทานแรงดึงในคาน |
|
คอนกรีตแม้จะมีคุณสมบัติในการรับแรงอัดได้ดี ในขณะเดียวกัน
ก็ความสามารถในการรับแรงดึงได้น้อยมากเมื่อเทียบกับแรงอัด ดังนั้นวิศวกรจึงนิยมออกแบบโครงสร้าง
โดยให้คอนกรีตรับเฉพาะแรงอัดเป็นหลัก และเสริมเหล็กเพื่อต้านทานแรงดึง
เหตุผลที่นำเหล็กเสริมมาร่วมกับคอนกรีตคือ เหล็กมีค่าสัมประสิทธิ์การยืดและหดตัวใกล้เคียงกับคอนกรีต
เป็นวัสดุที่ประหยัดและมีกำลังสูง สามารถป้องกันการโก่งตัว แตกร้าว และเสียหายของคานได้ดี
จึงต้องวางตำแหน่งเหล็กเสริมต้านทานแรงดึงที่ด้านล่างของคาน ส่วนแรงอัดที่เกิดขึ้นบริเวณขอบบนของคาน คอนกรีตสามารถรับแรงอัดได้ดี จึงเสริมเหล็กด้านบนของคานเพียงเล็กน้อย เพื่อรองรับเหล็กปลอก แต่ในกรณีที่คานต้องรับแรงอัดมากเกินกว่าความสามารถของคอนกรีต วิศวกรจะเสริมเหล็กเพื่อต้านทานแรงอัดที่ด้านบนของคาน |
|
พฤติกรรมและการเสริมเหล็กต้านทานแรงดึงของคานยื่น |
 |
รูปร่างของคาน ขนาดและรูปร่างของคานขึ้นอยู่กับการออกแบบของวิศวกร รูปทรงของคานมีหลายแบบ ได้แก่ คานสี่เหลี่ยมผืนผ้า Regtangular Beam คานตัวที T-Beam คานตัวแอล L-Beam และคานแบน Band-Beam โดยทั่วไปแล้วนิยมออกแบบคานรูปทรงสี่เหลี่ยมผืนผ้า เพราะก่อสร้างสะดวก ส่วนคานตัวทีและตัวแอล ประกอบด้วยสองส่วนสำคัญ คือ ส่วนปีก Flange และตัวคาน Web of Stem ส่วนปีก ทำหน้าที่ต้านทานแรงอัดที่บริเวณด้านบน และทำหน้าที่เป็นส่วนหนึ่งของแผ่นพื้นได้อีกด้วย ส่วนตัวคาน ทำหน้าที่ต้านแรงดึงที่บริเวณด้านล่างเช่นเดียวกับคานสี่เหลี่ยมผืนผ้า สำหรับคานที่ถูกออกแบบให้ตื้นเพื่อช่วยลดความสูงของอาคารลง คานแบบนี้ จะสิ้นเปลืองเหล็กเสริมมากเมื่อเทียบกับคานรูปทรงอื่น |
 |
การเสริมเหล็กคานช่วงเดียว |
| คานช่วงเดียว คือ คานที่วางระหว่างเสาเพียงสองต้น เป็นคานแบบง่าย Simple Beam
นิยมกำหนดให้ใช้คอนกรีตต้านทานแรงอัด และใช้เหล็กต้านทานแรงดึงและแรงอัด
ให้มากพอที่จะต้านทานทั้งแรงอัดและแรงดึงได้ และใส่เหล็กปลอกหรือเหล็กคอม้าเพื่อต้านทานแรงตึงทแยง
นอกจากเสริมเหล็กต้านทานแรงอัดแรงดึงแล้ว ต้องเสริมเหล็กเพื่อต้านทานแรงเฉือนด้วย ภาพที่เห็นแสดงรอยแตกร้าวเนื่องจากแรงดึงทแยง |
|
คานฉีกขาดเนื่องจากแรงดึงทแยง
 |
|
ภาพแสดงรอยแตกร้าวนี้ สามารถป้องกันรอยแตกร้าวได้ด้วยการเสริมเหล็กคอกม้าเพื่อต้านแรงตึแนวทแยง ดังนี้ |
 |
การป้องกันรอยแตกร้าว ด้วยการเสริมเหล็กปลอก ซึ่งเป็นที่นิยมกว่าการต้านทานแรงดึงทแยงโดยเหล็กคอกม้า เพราะต้านทานแรงได้ดีกว่า แต่มีเงื่อนไขว่า ระยะห่างของเหล็กปลอก ต้องไม่มากกว่าครึ่งหนึงของความลึกประสิทธิผลของคาน (d/2) บางครั้งอาจใช้วิธีร่วมกันก็ได้ |
 |
ความแข็งแรงของคานคอนกรีตเสริมเหล็ก ยังขึ้นอยู่กับแรงยึดเกาะ Bond ระหว่างคอนกรีตกับเหล็กเสริมคานอีกด้วย น้ำหนักที่กระทำกับคานมากทำให้คานเกิดแรงดึงมากตามคาน อาจมีโอกาสแตกร้าวเสียหายได้ หากเหล็กเสริมต้านทานแรงดึง ถูกแรงดึงดึงให้เหล็กรูดหรือเลื่อนตัว จึงแนะนำให้ใช้เหล็กงอขอที่ปลาย เพื่อเพิ่มการยึดเกาะกับคอนกรีตได้ดีกว่าเหล็กตรงธรรมดา นอกจากนี้ ยังสามารถเลือกใช้เหล็กเสริมจำนวนเล็กหลายๆเส้น เพื่อเพิ่มพื้นที่ผิวสัมผัสกับคอนกรีตเพิ่มแรงยึดเกาะระหว่างเหล็กเสริมกับคอนกรีตที่มีกำลังอัดสูง และกำหนดรายละเอียดการงอขอ 90 องศา หรือ 180 องศา ที่ปลาย อย่างไรก็ตาม เหล็กเสริมส่วนบน (เหล็กรับแรงอัด) ไม่สามารถป้องกันคานแตกร้าวในส่วนที่เกิดแรงดึงได้ |
|
ตัวอย่าง การงอขอปลายเหล็กเสริม เพื่อป้องกันการรูดของน้ำหนักคาน |
 |
|
ตัวอย่าง ลักษณะการเลื่อนตัวออกของเหล็กเสริมกรณีไม่ได้งอปลาย และการงอขอที่ปลายเหล็กเสริม เพื่อเพิ่มการยึดเกาะให้กับคอนกรีต |
 |
หลักการวางเหล็กเสริม |
| การจัดวางเหล็กเสริม ต้องคำนึงถึงความประหยัด และต้องสอดคล้องกับการออกแบบของวิศวกร โดยทั่วไป
วิศวกรนิยมกำหนดขนาดของเหล็กเสริมไม่เกินเส้นผ่านศูนย์กลาง 25มม. เพราะมีราคาถูกกว่าเหล็กขนาด 28มม. หรือ
32มม. ข้อแนะจำสำหรับการจัดเหล็กมีดังต่อไปนี้ 1. จัดเหล็กให้สมมาตร (Symmetry) 2. เมื่อเหล็กเสริมในแถวล่างเดียวกัน มีขนาดต่างกัน ให้เหล็กขนาดใหญ่จัดวางที่ตำแหน่งมุมนอก 3. เมื่อเหล็กเสริมสองแถวมีขนาดต่างกัน ให้จัดวางเหล็กเสริมขนาดใหญ่ไว้ที่แถวล่าง 4. สำหรับคานขนาดใหญ่ที่มีเหล็กเสริมหนาแน่นมากๆ เช่น คานช่วงยาว คานสะพาน ควรจัดเหล็กเป็นกลุ่ม และมีช่องว่างพอเพียงสำหรับการเทและจี้คอนกรีต ช่องว่างพอเพียงกับคอนกรีต ควรมีระยะประมาณ 3 นิ้ว 5. ความหนา จองคอนกรีตหุ้มผิวเหล็ก (Covering) หมายถึงระยะที่วัดจากผิวคอนกรีตถึงผิวนอกสุดของเหล็กปลอก สำหรับคอนกรีตที่หล่อในที่ มีหลักพิจารณาดังนี้ + 7.5ซม. สำหรับคอนกรีตที่หล่อติดกับดินและผิวคอนกรีตสัมผัสกับดินตลอดเวลา + 4ซม. สำหรับเหล็กเสริมเส้นผ่านศูนย์กลาง 16มม. และเล็กกว่า + 5ซม. สำหรับเหล็กเสริมเส้นผ่านศูนย์กลางใหญ่กว่า 16 มม. + 3ซม. สำหรับคานที่ไม่สัมผัสกับดินหรือไม่ถูกแดดฝน 6. ระยะช่องว่างต่ำสุดของเหล็กเส้นที่วางขนาดกันในแต่ละชั้น ต้องไม่แคบกว่าขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางของเหล็กเส้นนั้นๆ และต้องไม่น้อยกว่า 2.5ซม. 7. การเสริมเหล็กในคานต้องมีเหล็กตั้งแต่สองชั้นขึ้นไป ระยะช่องว่างระหว่างชั้นของเหล็กเส้นต้องไม่แคบกว่า 2.5ซม. 8. เหล็กปลอกแรก ไม่ควรห่างจากผิวเสาเกิน 5 ซม. 9. ระยะต่อทาบเหล็กเสริม ต้องไม่น้อยกว่า 48 เท่า ของเส้นผ่านศูนย์กลางเหล็กเส้นกลม และ 36 เท่า สำหรับเหล็กข้ออ้อย 10. ไม่ควรตัด และดัดเหล็กด้วยแก๊สหรือความร้อน เพราะจะทำให้เหล็กสูญเสียกำลัง |
ข้อพิจารณาในการเทคอนกรีตคาน |
| 1. ก่อนเทคอนกรีต ควรตรวจสอบความเรียบร้อยของแบบคาน ความสะอาด รอยต่อแบบค้ำยัน ไม้ตู้ ไม้รัดปากแบบ ท้อนคาน
การทำระดับหลังคาน 2. ก่อนเทคอนกรีต ควรใช้เครื่องปั๊มลมเป่าไล่เศษฝุ่น และราดน้ำแบบหล่อให้ชุ่ม 3. สำหรับคานที่มีขนาดลึก ควรเทคอนกรีตเป็นชั้น ชั้นละไม่เกิน 30 ซม. และจี้คอนกรีตให้แน่นในแต่ละชั้น 4. ควรหยุดเทคอนกรีตในแนวตั้งฉากกับคาน ณ ตำแหน่งที่แรงเฉือนเกิดขึ้นน้อยที่สุด โดยทั่วไป อยู่ประมาณกลางคาน เพื่อให้รอยต่อเรียบร้อย ใช้ลวดตาข่ายคั่นรอยต่อหากจำเป็นอาจใช้ไม้เคร่า คั่นระหว่างเหล็กเสริม 5. ก่อนเทคอนกรีตกต่อกับคอนกรีตใหม่ ควรทำความสะอาดรอยต่อ แล้วราดด้วยน้ำปูนข้นหน้ารอยต่อให้ทั่วก่อน จึงเทคอนกรีตใหม่ |
