การเปรียบเทียบค่าใช้จ่ายของอาคารที่ใช้ระบบพื้น post tension หากเลือกใช้เสาเหล็ก HSS และเสาคอนกรีตเสริมเหล็ก
ก่อนที่เราจะมาเปรียบเทียบต้นทุน ค่าใช้จ่ายของอาคารที่ใช้ระบบพื้น post tension ลองอ่านบทความก่อนหน้านี้ดูก่อนได้นะครับ สำหรับท่านใดที่ยังไม่รู้จักระบบพื้นประเภทนี้ (สามารถอ่านได้โดยการกดคลิกที่ หัวข้อด้านล่าง ทั้ง 3 ตอนเลย)
ตอนที่ 1: ระบบพื้น post-tension คืออะไร
ตอนที่ 2: ลักษณะการวิบัติของพื้นอัดแรง (post tensioned slab)
ตอนที่ 3 เสาเหล็ก HSS ดีอย่างไร และวิธีการคำนวณกำลังรับน้ำหนัก
จากโพสต์ก่อน ตอนที่ 3 เราได้เห็นกำลังของเสาเหล็ก HSS กันไปแล้วนะครับ ว่าเสาเหล็ก HSS หน้าตัดสี่เหลี่ยมจตุรัส ขนาด 200 x 200 x 6 mm. เกรด SS400 ยาว 2.50 เมตร มีกำลังรับน้ำหนักที่เป็น axial compression ถึง 95 tons
ดังนั้นแล้ว หากนำพื้น post tension มาใช้กับเสาเหล็กได้ จะทำให้เกิดความคุ้มค่ากับเจ้าของอาคารมากน้อยขนาดไหน ได้พื้นที่ของอาคารเพิ่มขึ้นไหม ลองมาดูกันครับ
ข้อกำหนดของการออกแบบและก่อสร้างเสาคอนกรีตเสริมเหล็ก
เรามาพูดการข้อกำหนดต่างๆ ของเสาคอนกรีตเสริมเหล็กกันก่อนนะครับ
ข้อกำหนดของเสาตามมาตรฐาน วสท. ระบุไว้ดังนี้
- ด้านแคบสุดของเสาจะต้องมีระยะไม่ต่ำกว่า 20 cm. หรือยกเว้นเสาต้นที่ไม่มีชั้นต่อเนื่อง จะยอมให้เหลือ 15 cm.
- พื้นที่หน้าตัดรวมของเหล็กเสริม (As) จะต้องมีสัดส่วนไม่น้อยกว่า 1% และไม่เกิน 8% เมื่อเทียบกับหน้าตัดเสา (Ag) หรือ 0.01 < ρg < 0.08
- เหล็กเสริมที่ใช้จะต้องไม่เล็กกว่า 12 mm. และใช้เหล็กเสริมไม่น้อยกว่า 4 เส้น สำหรับเสาปลอกเดี่ยว
- ระยะคอนกรีตหุ้มเหล็กเสริมอย่างน้อย 3.5 cm.
- ขนาดของเหล็กปลอกจะต้องมีขนาดอย่างน้อย 6 mm. สำหรับเหล็กยืนที่มีขนาด 20 mm. หรือเล็กกว่า
- ระยะห่างของเหล็กปลอกจะต้องไม่มากกว่า 16 เท่าของขนาดเหล็กยืน 48 เท่าของขนาดเหล็กปลอก และความกว้างหน้าเสาที่แคบที่สุด
จะเห็นได้ว่า หน้าตัดที่เล็กที่สุดสำหรับเสาคอนกรีตเสริมเหล็กจะมีค่าอยู่ที่ 20 cm. เนื่องจากเป็นข้อกำหนดขั้นต่ำเพื่อให้สามารถทำงานได้ง่ายและเหล็กไม่แน่นเกินไป
วิธีการพิจารณาและคำนวณกำลังรับน้ำหนักของเสาคอนกรีตเสริมเหล็ก
อย่างที่ทราบกันดีว่า วิธีการออกแบบเพื่อหากำลังรับน้ำหนักของเสาคอนกรีตเสริมเหล็ก แบ่งออกเป็น 2 วิธี คือ
- Working Stress Design (WSD) – วิธีหน่วยแรงใช้งาน
- Strength Design Method (SMD) – วิธีกำลัง
ซึ่งทั้ง 2 วิธีนี้ ก็จะไปคล้ายๆ กับการออกแบบโครงสร้างเหล็กที่มี 2 วิธีเช่นเดียวกัน คือ ASD และ LRFD (ซึ่งในปัจจุบันเป็น unified method ไปแล้ว)
หากเลือกวิธีการออกแบบเสาคอนกรีตเสริมเหล็กด้วยวิธีกำลัง (SMD)
phiPn >= Pu โดยที่ Pu = 1.4DL + 1.7LL และค่า phi = 0.70 (สำหรับเสาปลอกเดี่ยว)
โดยสมการคำนวณกำลังรับน้ำหนัก axial compression เป็นดังนี้
phiPn = 0.80phi [ 0.85 f’c(Ag – Ast) + Fy Ast]
จะเห็นว่าตัวแปรทั้งหมดที่อยู่ในสมการนั้น ก็จะเป็นตัวแปรทั่วไปที่เราทราบกันอยู่แล้ว เมื่อกำหนดวัสดุที่จะใช้ (ทั้งคอนกรีตและเหล็ก)
กำลังรับน้ำหนักของเสาคอนกรีตเสริมเหล็ก
ดังนั้นหากลองเลือกเสาคอนกรีตขนาด 20 x 20 cm. ใช้ค่า f’c = 240 ksc เหล็กข้ออ้อย SD40 มีค่า Fy = 4,000 ksc และใส่เหล็กยืน = 6DB12 (ใส่แบบแน่นๆเลย)
– ตรวจสอบสัดส่วนของเหล็กต่อคอนกรีต >> Ast = 6 x pi(1.2^2)/4 = 6.79 cm2 และ Ag = 20 x 20 = 400 cm2
Ast / Ag = 6.79 / 400 = 0.017 หรือ 1.7% ซึ่งอยู่ในปริมาณที่ข้อกำหนดระบุไว้
ดังนั้นกำลังรับน้ำหนักของเสาต้นนี้จะมีค่าเท่ากับ
phiPn = 0.8(0.7)[0.85(240)(400 – 6.79) + (4000)(6.79)] = 60 tons
การเปรียบเทียบกำลังรับน้ำหนักของเสาเหล็ก HSS และเสาคอนกรีตเสริมเหล็ก
จากกำลังรับน้ำหนักของเสาคอนกรีตที่คำนวณได้มีค่าเท่ากับ 60 tons หากลองมาเทียบกับกำลังรับน้ำหนักของเสาเหล็ก HSS ที่มีค่าเท่ากับ 95 tons จะเห็นว่า มีกำลังแตกต่างกันอยู่ถึงประมาณ 37% เลย สำหรับเสาที่มีขนาดหน้าตัดเท่าๆ กัน (20 x 20 cm.)
ซึ่งหากต้องการให้เสาคอนกรีตนี้มีกำลังเท่าๆ กับเสาเหล็ก HSS ที่ 95 tons จะต้องใช้เสาคอนกรีตที่มีขนาดหน้าตัดเท่ากับ 27.5 x 27.5 cm.ก็จะทำให้เสามีขนาดที่ใหญ่ขึ้นค่อนข้างมาก ซึ่งหากคิดเป็นเปอร์เซนต์พื้นที่ ก็จะเห็นว่าเสา RC ใช้พื้นที่มากกว่าเสา HSS มากถึง 47% ซึ่งก็จะเสียพื้นที่ใช้ไปค่อนข้างมากทีเดียว
สำหรับโพสต์นี้ น่าจะพอทำให้ทุกท่านเห็นภาพว่า การใช้เสาเหล็ก HSS นั้นมีข้อดีที่แตกต่างจากการใช้เสาคอนกรีตแบบเดิมๆ ที่ชัดเจน ทั้งด้านความรวดเร็วในการติดตั้ง และเรื่องของการได้พื้นที่ใช้สอยเพิ่มมากขึ้น ซึ่งน่าจะเป็นประโยชน์ต่อเจ้าของอาคารอย่างยิ่ง โดยเฉพาะ developer ที่ต้องการก่อสร้างคอนโดหรืออาคารจอดรถ ที่มีรายได้หลักจากการขายพื้นที่ โดยการวัดเป็นตารางเมตรครับ