Detailing (รายละเอียดเกี่ยวกับงานโครงสร้างเหล็ก)
การทำรายละเอียดเพื่อป้องกันปัญหา ผนังอาคาร โครงสร้างเหล็กแตกร้าว

การทำรายละเอียดเพื่อป้องกันปัญหา ผนังอาคาร โครงสร้างเหล็กแตกร้าว

หลายท่านอาจจะเคยเจอกับปัญหานี้ด้วยตัวเองมาก่อน ก่อผนังอิฐฉาบปูนปกติติดตั้งเข้ากับโครงเหล็กดังเช่นที่เคยทำมา แต่เพราะเหตุใด ผนังก่ออิฐฉาบปูน ที่ไม่ว่าจะทำจากอิฐมอญ อิฐมวลเบา หรือแผ่นผนังสำเร็จรูป แต่กลับต้องเจอปัญหาเดิมๆ คือ ผนังอาคาร ดังกล่าวนี้เกิดการแตกร้าว จะแก้อย่างไรก็ไม่หายสักที โพสต์นี้มีคำตอบครับ

วิธีการติดตั้งผนังก่ออิฐฉาบปูน เข้ากับอาคาร คสล. ปกติ

ก่อนอื่น ต้องทำความเข้าใจก่อนว่าผนังก่ออิฐฉาบปูนที่เราก่อสร้างกันมานั้น มีหลักปฏิบัติทั่วไป คือการ “ก่อชน” เข้ากับโครงสร้างหลักของตัวอาคาร วางบนพื้นไปชนกับขอบเสาทั้ง 2 ด้านทางด้านซ้ายและด้านขวา ก่อไปจนจรดด้านใต้ของคานรับพื้นชั้นบน

โดยจำเป็นจะต้องทำการติดตั้ง “เหล็กหนวดกุ้ง” ที่เป็นเหล็กกลมขนาดเล็กๆ ที่สอดเข้าไปในรูที่ทำการเจาะขอบเสาและใต้คานด้วยสว่าน แล้วกรอก (grout) ด้วยน้ำปูน เพื่อเพิ่มแรงยึดเหนี่ยวไม่ให้เหล็กหนวดกุ้งถูกดึงถอนออกมาได้ง่ายเมื่อ ผนังอาคาร ต้องรับแรง เช่น แรงลม แรงแผ่นดินไหว เป็นต้น

การติดตั้งผนังก่ออิฐฉาบปูนเข้ากับโครงสร้าง คสล. ปกติ (ภาพจาก www.home.co.th)

พฤติกรรมของเหล็กกับอิฐหรือคอนกรีตเมื่อได้รับความร้อน

 

โดยหลักการพื้นฐาน ทุกท่านทราบดีครับว่า เหล็กมีอัตราการขยายตัวได้สูงกว่าอิฐ (brick masonry) ราว 40% หรืออาจกล่าวได้ว่า หากเหล็กได้รับอุณหภูมิที่เพิ่มสูงขึ้นก็จะขยายตัวได้มากขึ้นกว่าอิฐ และในทางกลับกันหากเหล็กได้รับอุณหภูมิที่ลดลงก็จะหดตัวได้มากกว่าอิฐ ราว 40% เช่นกัน

 
สัมประสิทธิ์การขยายตัวจากผลของอุณหภูมิ (ข้อมูลจาก www.yenem.com.au)

การติดตั้งผนังอิฐกับอาคารโครงสร้างเหล็ก

 

ด้วยความคุ้นเคยในงานก่อสร้างอาคารคอนกรีตเสริมเหล็ก (คสล.) ส่งผลให้ผู้รับเหมาก่อสร้างบางราย นำวิธีการติดตั้งผนังอิฐที่เป็นผนังภายนอก (exterior wall) เข้ากับเสาและคานโครงสร้างเหล็กดังเช่นการติดตั้งผนังอิฐก่อเข้ากับเสาและคาน คสล.

เสาและคานเหล็กที่นำมาใช้เป็นโครงอาคารก็มักจะเปิดให้เห็นสู่ภายนอก เพื่อแสดงคุณค่าในเชิงสถาปัตยกรรม มีลักษณะทางการใช้งานที่เรียกว่า Architecturally Exposed Structural Steel (AESS) ซึ่งแสดงรายละเอียดไว้โดย American Institute of Steel Construction (AISC) ดัง https://www.aisc.org/globalassets/aisc/aess/all_about_aess_reprint.pdf

ปัญหาที่เกิดขึ้น คือ ความแตกต่างของอุณหภูมิภายในตัวอาคาร ที่มักจะอยู่ในช่วงระหว่าง 24 – 28 องศาเซลเซียส และอุณหภูมิภายนอกอาคารที่อยู่ในช่วง 28 – 40 องศาเซลเซียส ซึ่งเป็นช่วงอุณหภูมิที่มักเกิดขึ้นในเขตร้อนชื้นดังเช่นประเทศไทย ส่งผลให้เมื่ออุณหภูมิภายนอกเพิ่มสูงขึ้นในช่วงเวลาบ่ายในฤดูร้อน เสาหรือคานเหล็กที่ส่วนต้อง expose กับอุณหภูมิภายนอกก็เกิดการขยายตัวมาก

ในขณะที่เสาหรือคานเหล็กส่วนที่อยู่ภายในอาคาร ซึ่งจะ expose กับอุณหภูมิภายในอาคารที่ไม่สูงมาก ก็จะไม่เกิดการยืดตัวมากเท่ากับส่วนที่สัมผัสอากาศร้อนภายนอก ส่งผลให้เสาและคานเหล็กดังกล่าวเกิดการขยายตัวที่ไม่เท่ากัน เกิดการดัดและบิดตัวในบางจุดบางตำแหน่ง ในขณะที่ผนังอิฐก่อ จะไม่เกิดการขยายตัวหรือหดตัวที่มากนักจากผลของ สัมประสิทธิ์การขยายตัวที่ไม่สูงเท่ากับเหล็ก

จินตนาการ ผนังอาคาร ที่ตัวโครงทั้งเสาและคานยืดตัวออก แต่ผนังแทบไม่ค่อยยืดออกนะครับ แล้วท่านจะเห็นภาพว่าอะไรมันจะเกิดขึ้น ถ้าหากว่า ผนังอาคาร มีการยึดกับตัวโครงอย่างแน่นหนาด้วยการเชื่อมเหล็กหนวดกุ้ง แล้วฝังเหล็กหนวดกุ้งนั้นกับผนังก่ออิฐ

การติดตั้งผนังภายนอกที่ทำจากอิฐก่อเข้ากับเสาและคานเหล็ก ด้วยการเชื่อมเหล็กหนวดกุ้ง (รูปภาพ อ้างอิง https://pantip.com/topic/37350327)

หลักปฏิบัติในการติดตั้งผนังก่ออิฐกับโครงสร้างเหล็ก

 

ในหลักวิศวกรรมโครงสร้าง ผู้ออกแบบจะต้องพิจารณาผลจากการขยายตัวของโครงสร้างอันเนื่องมาจากอุณหภูมิ ที่ปรากฏเห็นได้ทั่วไปเช่น

  • การติดตั้งรอยต่อเผื่อการขยายตัว (expansion joint) ที่โครงสร้างส่วนบนของสะพาน
  • หรือการทำรูเจาะร่องยาว (long slotted hole) สำหรับติดตั้งแปอาคารเพื่ออำนวยให้ส่วนของโครงสร้างที่มีโอกาสจะขยายหรือหดตัว สามารถจะขยายหรือหดตัวได้อย่างอิสระโดยไม่ส่งผลต่อการเพิ่มของแรงภายในที่อาจเกิดขึ้นกับโครงสร้าง จนอาจส่งผลต่อการวิบัติของโครงสร้างได้


สำหรับผนังก่ออิฐฉาบปูนนั้น โดยหลักแล้วไม่ใช่ส่วนของโครงสร้างแต่เป็นส่วนของงานสถาปัตยกรรม ซึ่งสถาปนิกอาจไม่ได้คำนึงถึงผลของการยืดหรือหดตัวของวัสดุที่นำมาติดตั้งเข้ากับส่วนของโครงสร้าง จึงส่งผลต่อการแตกร้าวเสียหายกับผนังอาคารได้เสมอๆ

หากนำหลักปฏิบัติทางวิศวกรรมมาใช้ในการทำ detail ที่เป็นจุดเชื่อมต่อระหว่าง ผนังอิฐก่อภายนอก กับ เสาและคานโครงสร้างเหล็ก โดยหลักแล้วแบ่งออกเป็น 2 กรณีใหญ่ๆ คือ

1. กรณีที่ไม่ expose เหล็กโครงสร้างกับสภาพอากาศภายนอก
กรณีนี้เป็นกรณีที่นิยมใช้ทั่วไปในต่างประเทศ โดยเป็นการ “หุ้มโครงสร้างเหล็กด้วยผนังภายนอก” ส่งผลให้โครงสร้างเหล็กทั้งหมดไม่เป็น AESS ไม่ต้องเสียค่าใช้จ่ายที่มากในการปกป้องเหล็กจากความเสี่ยงต่อการเกิดสนิมที่เพิ่มสูงขึ้นจากสภาพอากาศภายนอกที่รุนแรงกว่าในอาคารหลักในการถ่ายแรงคือ ผนังภายนอกวางบนพื้นหรือส่วนของโครงสร้างที่ทำออกมาเพื่อรองรับ gravity load จากผนัง โดยที่จะทำการยึดผนังกับพื้นอาคาร (floor slab) เพื่อถ่ายแรงในแนวนอนไปยังระบบรับแรงด้านข้างต่อไป

การติดตั้งผนังอิฐก่อ (block) โดยการวางบนพื้นชั้นล่าง หรือ วางบนเหล็กฉากที่ติดตั้งเข้ากับโครงสร้างหลักของอาคาร (รูปโดย www.pngkit.com)

ในกรณีนี้ ผู้ออกแบบอาจทำการยึด ผนังอาคาร เข้ากับเสาหรือคานเหล็กก็ได้ ด้วยเหตุที่เหล็กโครงสร้างจะไม่ต้องไปสัมผัสความร้อนจากภายนอก (แต่จะอยู่ภายในอาคารที่มีการรักษาระดับอุณหภูมิที่พอเหมาะกับการอยู่อาศัยใช้งานของมนุษย์)

2. กรณีต้องการ expose เหล็กโครงสร้างกับสภาพอากาศภายนอก
ผู้ออกแบบรายละเอียดอาจต้องจินตนาการถึงรูปแบบการเสียรูปของโครงสร้างเหล็ก และการ “รั้งผนังให้เกิดเสถียรภาพ” ซึ่งไม่ใช่เป็นการยึดให้แน่น แต่เป็นการพยุงไม่ให้ ผนังอาคาร เกิดการล้มเมื่อมีแรงลมมากระทำ ผนังกับเสาไม่ได้ติดตั้งแนบชิดติดกันแต่จะเว้นช่องว่างไว้เผื่อการขยายตัว โดยมีการติดตั้งเหล็กหนวดกุ้งยึดไว้อย่างไม่ rigid สามารถอำนวยให้เสาขยับตัวได้โดยไม่ไปดึงผนังอิฐก่อ และคู่ขนานกันไปก็ต้องมีวัสดุที่ยืดหยุ่นได้มาปิดร่องระหว่างเสาหรือคานเหล็กกับผนังอิฐก่อ (จากรูปใช้ศัพท์ว่า backer rod & sealant)

การทำรายละเอียดสำหรับการติดตั้งผนังอิฐก่อเข้ากับเสาเหล็ก (ภาพจาก www.ncma.org)

และเช่นกันสำหรับผนังอิฐก่อกับคานเหล็ก รายละเอียดที่ดีจะต้องเผื่อช่องว่า (gap) เพื่ออำนวยให้คานเหล็กสามารถให้ตัวได้ ทั้งการเกิดการแอ่นตัวในแนวดิ่ง การเสียรูปออกทางด้านข้าง หรือการขยายตัวจากผลของอุณหภูมิ แต่ทั้งนี้ก็ต้อง “พยุง” ไม่ให้ผนังอิฐก่อเกิดการล้ม ด้วยการติดตั้งเหล็กฉากทั้ง 2 ด้านของคานเหล็กโดยไม่ทำการเชื่อมติดเหล็กฉากเข้ากับคานเหล็ก และติดตั้งเหล็กฉากเข้ากับ “คานทับหลัง” ของอิฐก่อให้แน่นหนาด้วยสลักเกลียวที่ยาวทะลุผนังอิฐก่อ (through bolt)

หมายเหตุไว้นิดครับว่า สำหรับรูปด้านล่าง มี detail ของผนังที่เป็นแบบไม่รับแรง ที่ต้องเผื่อช่องว่างเอาไว้ (type 1) แล้วปิดทับด้วยวัสดุยึดหยุ่นปิดร่อง และแบบที่รับแรง (type 2 & 3) ซึ่งผนังต้องมีการเสริมกำลังด้วยเหล็กเสริมให้แข็งแรง ตามที่ผู้ออกแบบต้องการ และต้องทำการเติมช่องว่างด้วย sand mortar ที่เรียกว่า drypack เพิ่มเติมด้วย

 
การติดตั้งผนังอิฐก่อเข้ากับคานเหล็ก (ภาพจาก www.ncma.org)

บทส่งท้าย

แม้ว่า ผนังอาคาร จะไม่ใช่ส่วนของโครงสร้างหลัก ไม่ได้ส่งผลต่อความปลอดภัยในการใช้อาคาร แต่ ผนังอาคาร มีส่วนสำคัญยิ่งต่อการใช้งานได้ดี หรือ serviceability ที่สะท้อน “ความรู้สึกปลอดภัย” ไม่กังวลว่าอาคารจะพังถล่มเมื่อเห็นผนังแตกร้าว และ “ความไร้กังวล” ต่อปัญหาต่างๆ ที่ตามมา โดยเฉพาะอย่างยิ่งปัญหาน้ำรั่วซึมเข้าสู่ตัวอาคาร อันเป็นสิ่งที่แก้ไขให้หายขาดได้ยากยิ่ง การมีความเข้าใจในหลักพื้นฐานและการทำรายละเอียดที่ดี จะเป็นสิ่งสำคัญที่ช่วยให้อาคารสามารถให้บริการได้ดี ผู้ใช้อาคารเกิดความพึงพอใจ ไม่ต้องกังวลต่อปัญหาที่จะตามมาในอนาคต





Spread the love