การประยุกต์ใช้งานท่อเหล็กเพื่อเป็นเสาอาคารร่วมกับพื้นคอนกรีต PostConnex
ที่มาและความสำคัญ
เสาท่อเหล็ก PostConnex : นับตั้งแต่ประเทศไทยได้ก้าวเข้าสู่ยุคสมัยแห่งการพัฒนาเมือง อันก่อให้เกิดการเพิ่มขึ้นของอุปสงค์ (Demand) ด้านงานก่อสร้างทั้งงานอาคารและโครงสร้างพื้นฐาน ระบบการก่อสร้างที่นำคอนกรีตเข้ามารับแรงร่วมกับเหล็กเสริมที่เรียกว่าระบบโครงสร้างคอนกรีตเสริมเหล็ก (Reinforced concrete structure) ก็เป็นระบบที่ได้รับความนิยมมาอย่างต่อเนื่อง
ด้วยความอุดมสมบูรณ์ของแหล่งทรัพยากร (Resource) ภายในประเทศ ทั้งแหล่งหิน ทราย และสินแร่อื่น ๆ ที่เป็นวัตถุดิบตั้งต้นในการผลิตซีเมนต์ (ซึ่งเป็นส่วนประกอบสำคัญในการผสมคอนกรีตสด) สามารถหาได้ทั่วไปภายในประเทศ ประกอบกับแรงงานก่อสร้างในประเทศที่มีราคาไม่สูงมากนัก ส่งผลต่อเนื่องสู่การพัฒนาแนวปฏิบัติ มาตรฐาน วัสดุ ไปจนกระทั่งนวัตกรรมต่าง ๆ มากมายที่เกี่ยวข้องกับระบบโครงสร้างคอนกรีตเสริมเหล็ก เช่น เปลี่ยนจากการใช้เหล็กเสริมคอนกรีตธรรมดา (Rebar) ไปเป็นระบบที่มีการอัดแรงโดยใช้เหล็กเสริมอัดแรง (Pre-stressing steel) ทั้งก่อนและหลังที่คอนกรีตจะแข็งตัว ที่เรียกว่า Pre-tensioned และ Post-tensioned concrete เกิดเป็นผลิตภัณฑ์ใหม่ ๆ ด้านงานก่อสร้างมากมายที่มีคอนกรีตเป็นวัสดุพื้นฐาน ทั้งแผ่นพื้นคอนกรีตอัดแรงไปจนกระทั่งระบบงานก่อสร้างที่ประกอบขึ้นจากเสา คาน พื้น และผนังคอนกรีตที่หล่อสำเร็จมาจากโรงงานผลิตชิ้นส่วนคอนกรีตสำเร็จรูป (Precast concrete)
นอกจากนี้ ระบบโครงสร้างที่มีคอนกรีตเป็นวัสดุพื้นฐานยังเป็นระบบโครงสร้างที่เป็นที่ยอมรับจากเจ้าของอาคาร ด้วยลักษณะภายนอกที่แลดูทนทาน มีความสามารถในการต้านทานการแอ่นตัวได้สูง สามารถใช้เครื่องมือเครื่องจักรพื้นฐานในงานก่อสร้างได้ รวมถึงการคำนวณออกแบบไม่ได้มีความซับซ้อนมากนัก ส่งผลทำให้มีความนิยมในการใช้งานภายในประเทศสูง มีผู้ให้บริการทั้งด้านงานออกแบบและงานก่อสร้างเป็นจำนวนมาก
ในขณะเดียวกัน ยังมีระบบการก่อสร้างอีกแบบหนึ่ง ซึ่งเป็นระบบที่มีการนำเหล็กกล้า มาใช้เป็นวัสดุรับน้ำหนักหลัก ที่เรียกว่า ระบบโครงสร้างเหล็ก (Steel structure) แต่กลับไม่เป็นที่นิยมมากนัก ด้วยเหตุผลและปัจจัยหลายอย่าง ทั้งเรื่องของการที่ประเทศไทยยังไม่มีอุตสาหกรรมการผลิตเหล็กต้นน้ำ (การถลุงเหล็ก) ซึ่งเป็นการผลิตเหล็กจากสินแร่เหล็ก ต้องนำเข้าเหล็กกึ่งสำเร็จรูป (Semi-finished steel product) หรือนำเศษเหล็ก (Scrap) เพื่อเป็นปัจจัยในการผลิตทั้งเหล็กเส้น เหล็กรูปพรรณ และเหล็กแผ่น ตลอดจนการแปรรูปผลิตภัณฑ์เหล็กให้เป็นโครงสร้างเหล็ก จำเป็นต้องมีเครื่องมือและเครื่องจักรที่ทันสมัย ต้องการวิศวกรผู้ออกแบบและผู้รับเหมาแปรรูปและติดตั้งที่มีทักษะเฉพาะ นอกจากนี้โครงสร้างเหล็กยังไม่เป็นที่นิยมจากเจ้าของอาคารมากนัก ด้วยเป็นระบบที่ค่าดำเนินการก่อสร้างสูงกว่าระบบคอนกรีตเสริมเหล็ก หาผู้ให้บริการออกแบบและก่อสร้างได้ยากกว่า ตลอดจนการเสียรูปขององค์อาคาร (การแอ่นตัว) เมื่อรับแรงที่มีขนาดเท่ากันกับโครงสร้างคอนกรีตเสริมเหล็ก มีค่าสูงกว่า ส่งผลทำให้นวัตกรรมด้านวัสดุและผลิตภัณฑ์สำหรับงานก่อสร้างด้วยโครงสร้างเหล็กจึงไม่ปรากฏให้เห็นในอุตสาหกรรมการก่อสร้างในประเทศไทยมากนัก
แต่ในปัจจุบัน ปัญหาด้านการขาดแคลนแรงงานก่อสร้างและค่าจ้างแรงงานก่อสร้างที่เพิ่มสูงขึ้นซึ่งถือได้ว่าเป็นความท้าทายที่สำคัญต่อผู้ให้บริการก่อสร้าง กอปรกับปัญหาด้านสังคมและสิ่งแวดล้อม ทั้งความล่าช้าของการก่อสร้าง โดยเฉพาะงานก่อสร้างอาคารสาธารณูปโภคและโครงสร้างพื้นฐานของประเทศ เช่น ถนน สะพาน อุโมงค์ ฯลฯ อันส่งผลทำให้การจราจรติดขัดต่อเนื่องไปสู่การเกิดมลพิษทางอากาศ เช่น ปัญหาฝุ่นละอองขนาดเล็ก (PM 2.5) ที่เป็นอันตรายอย่างยิ่งต่อสุขภาพระบบทางเดินหายใจของมนุษย์ รวมถึงฝุ่นละอองขนาดใหญ่ (PM 10) ที่เกิดขึ้นจากผสมและการเทคอนกรีต ซึ่งเป็นสิ่งที่สังคมและหน่วยงานภาครัฐผู้กำกับดูแลด้านงานก่อสร้างกำลังให้ความสำคัญเพื่อเสริมสร้างให้การพัฒนาเมืองเป็นไปอย่างยั่งยืน สวนทางกับต้นทุนด้านเทคโนโลยีและเครื่องมือเครื่องจักรที่ทันสมัยที่ลดลงอย่างต่อเนื่อง ทั้งหมดนี้ล้วนส่งผลให้งานก่อสร้างด้วยโครงสร้างเหล็ก เริ่มเป็นทางเลือกที่น่าจะสร้างประโยชน์ให้แก่เจ้าของอาคารมากยิ่งขึ้นกว่าเดิม
ด้วยเหตุดังกล่าว นักวิจัยจาก บมจ. สหวิริยาสตีลอินดัสตรี หรือ SSI ได้มีการคิดค้นนวัตกรรม ระบบเสาท่อเหล็กที่มีจุดต่อซ่อนอยู่ในพื้นคอนกรีต เรียกว่า “PostConnex” ขึ้น โดยนำเหล็กรูปพรรณกลวง (Hollow Structural Section หรือ HSS) มาใช้เป็นเสาเพื่อรองรับระบบพื้นคอนกรีตไร้คาน ทั้งระบบพื้นคอนกรีตเสริมเหล็กท้องเรียบ (Reinforced concrete flat slab) และระบบพื้นคอนกรีตอัดแรงชนิดดึงลวดภายหลัง (Post-tensioned flat slab) โดยระบบพื้นทั้งสองแบบนี้ เป็นที่นิยมใช้กันอย่างแพร่หลายในประเทศไทย (โดยเฉพาะอย่างยิ่ง ระบบพื้น Post-tension ซึ่งจะมีความหนาพื้นน้อย ทำให้ได้ความสูงระหว่างชั้นมากขึ้น) เนื่องจากมีต้นทุนการก่อสร้างที่ไม่สูงมากนัก และยังสามารถหาผู้ให้บริการด้านงานออกแบบและงานก่อสร้างได้ง่าย
การนำ PostConnex มาใช้แทนเสาคอนกรีตเสริมเหล็กแบบดั้งเดิมเพื่อรองรับน้ำหนักในแนวดิ่งที่ถ่ายมาจากพื้นนั้น มีข้อได้เปรียบเนื่องจากท่อเหล็กเป็นวัสดุที่มีประสิทธิภาพในการรับแรงอัด สามารถติดตั้งได้ง่าย ไม่ต้องติดตั้งไม้แบบ ไม่ต้องเสียเวลารอให้เสาคอนกรีตแข็งตัวและมีกำลังเพียงพอที่จะรับน้ำหนักจากพื้นคอนกรีตชั้นถัดไปที่จะถ่ายลง ทำให้งานก่อสร้างมีความรวดเร็วขึ้น มีระบบความแม่นยำในการติดตั้งสูง (เสาไม่ล้มดิ่ง) และที่สำคัญคือได้ขนาดเสาที่มีขนาดเล็กลงอย่างมีนัยสำคัญเมื่อเทียบกับเสาคอนกรีตเสริมเหล็ก ได้รับพื้นที่ใช้สอยภายในอาคารเพิ่มขึ้น โดยหากเป็นธุรกิจที่มีความเกี่ยวข้องกับการซื้อ-ขาย หรือปล่อยเช่าพื้นที่ใช้สอยของอาคาร ก็จะส่งผลให้มีรายได้มากขึ้น โดยเฉพาะอย่างยิ่งทำเลที่มีราคาต่อพื้นที่มูลค่าสูง เป็นต้น กล่าวโดยสรุปคือ PostConnex เป็นระบบเสาท่อเหล็กรับแรงในแนวดิ่ง (Gravity column) ที่มาพร้อมกับระบบจุดต่อ ซึ่งเมื่อเทคอนกรีตพื้นอาคารแล้ว จุดต่อดังกล่าวนี้จะถูกซ่อนอยู่ในพื้นคอนกรีต โดยระบบจุดต่อจะอำนวยการติดตั้งและถ่ายแรงได้อย่างปลอดภัย โดยไม่มีส่วนประกอบใด ๆ มากีดขวางการใช้งานอาคาร การจัดตกแต่งเพื่ออรรถประโยชน์ใช้สอยภายใน สามารถทำได้ง่าย สะดวก มีพื้นที่ใช้สอยภายในอาคารกว้างขึ้น ความสูงของห้อง (Clear head) สูงขึ้น ฯลฯ
แนวคิดเชิงวิศวกรรม
โดยหลักการและแนวคิดในเชิงวิศวกรรมโครงสร้างนั้น PostConnex จะมีลักษณะการถ่ายแรงที่คล้ายคลึงกับการถ่ายแรงในแนวดิ่ง (Gravity load) จากเสาอาคารผ่านแผ่นเหล็กรองใต้ฐานเสา (Base plate) ลงฐานสู่ราก ซึ่งตัว Base plate นี้ ก็จะต้องต้านทานการดัด (Bending) จากแรงดัน (Pressure) ใต้ Base plate ที่กระทำโดยฐานราก (Foundation) หรือ ตอม่อคอนกรีต (Concrete pier) ด้านใต้ โดย PostConnex จะมีลักษณะการถ่ายแรงที่กลับทิศ กล่าวคือ น้ำหนักบรรทุกคงที่ (Dead load) และน้ำหนักบรรทุกจร (Live load) ที่ถ่ายจากพื้นอาคารคอนกรีต จะถ่ายลงสู่แผ่นปิดหัวเสา (Cap plate) ที่ติดมากับเสาที่รองรับพื้นอาคารชั้นนั้น ๆ โดย Cap plate ก็จะต้องต้านทานการดัด อันเกิดจากแรงกระทำจากพื้นคอนกรีต ดังเช่น Base plate ที่ต้องต้านทานการดัดจากฐานรากคอนกรีต
อย่างไรก็ดี เพื่อให้สามารถปรับระดับ (Level) ความดิ่ง (Plumbness) และตำแหน่ง (Coordinate) ได้สะดวก ตลอดจนการลดผลกระทบจากการดัดของ Cap plate และสร้างอรรถประโยชน์ในเชิงสถาปัตยกรรม PostConnex จึงมีการเปลี่ยนรูปแบบการติดตั้งเสาท่อนล่างเข้ากับเสาท่อนบน ด้วยการนำเหล็กฉากเสริมความแข็งแรง (Bracket) มาติดตั้งที่ผนังเสาท่อนบน โดยที่ Cap plate จะมีการติดตั้งสลักเกลียวกำลังสูง (High strength bolt) พร้อมกับแป้นเกลียวปรับระดับ (Adjustable nut) เพื่อสามารถปรับระดับและความดิ่งของเสาท่อนบน ตลอดจนลดการดัดตัวของ Cap plate ได้อีกด้วย
ประเด็นสำคัญประการหนึ่งที่ต้องพิจารณาคือ กำลังรับแรงเฉือนทะลุของแผ่นพื้นคอนกรีต (Punching shear) ซึ่งขึ้นอยู่กับกำลังรับแรงอัดของคอนกรีต (fc’) ความหนาของแผ่นพื้นคอนกรีต (Slab thickness) และขนาดของ Cap plate ที่จะต้องมีกำลังรับแรง (Strength) และความสามารถในการต้านทานการดัดตัว (Stiffness) ที่มากเพียงพอ ซึ่งการดัดตัวของ Cap plate นั้น ส่วนหนึ่งจะช่วยรับโดย Bracket เสริมความแข็งแรงที่ติดตั้งเข้ากับสลักเกลียวกำลังสูงที่ต่อมาจาก Cap plate ซึ่งด้วยลักษณะทางกายภาพที่ระบบจุดต่อนี้ถูกฝังอยู่ในเนื้อคอนกรีต การรับและถ่ายแรงจะมีลักษณะร่วมกันรับและถ่ายแรง ที่เรียกว่า Composite behavior ซึ่งมีความจำเป็นอย่างยิ่งที่จะต้องตรวจสอบพฤติกรรมที่เกิดขึ้นจริงโดยการทดสอบในห้องปฎิบัติการทดสอบ (Laboratory test) ควบคู่ไปกับการทำนายพฤติกรรมโดยใช้แบบจำลองคอมพิวเตอร์ (Finite element model) โดยคณะนักวิจัย จาก บมจ.สหวิริยาสตีลอินดัสตรี (SSI) ร่วมกับภาควิชาวิศวกรรมโยธา มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีพระจอมเกล้าธนบุรี (KMUTT) ดำเนินการทดสอบ PostConnex ในห้องปฏิบัติการทดสอบที่สถาบันเทคโนโลยีแห่งเอเชีย (AIT) เพื่อทำความเข้าใจต่อการรับแรงในเชิงพฤติกรรม อันนำไปสู่แนวทางการวิเคราะห์ คำนวณ ตลอดจนพัฒนาได้อย่างถูกต้องและเหมาะสมต่อไป
การทดสอบและผลทดสอบ
การทดสอบจะใช้แผ่นพื้นตัวอย่าง 2 ประเภท คือ 1) แผ่นพื้นตัวอย่างที่มีการเสริมกำลังรับแรงเฉือนของแผ่นพื้นด้วย Shear Headed stud และ 2) แผ่นพื้นตัวอย่างที่ไม่มีการเสริมกำลังด้วย Headed stud โดยจะนำผลกำลังรับแรงเฉือนทะลุที่ได้จากการทดสอบมาเปรียบเทียบกับค่ากำลังรับแรงเฉือนทะลุที่คำนวณได้ (อ้างอิงจากมาตฐาน ACI 318-19) พบว่าผลการทดสอบตัวอย่างที่มีการใช้ Headed stud สามารถรับแรงได้มากกว่าผลการคำนวณถึง 47% และ ตัวอย่างที่ไม่มี Headed stud สามารถรับแรงได้มากกว่าผลการคำนวณถึง 28% ดังแสดงในรูปที่ 5
ความคุ้มค่าของการใช้ผลิตภัณฑ์
สำหรับความคุ้มค่าในเชิงการประกอบกิจการหรือการลงทุนนั้น เป็นที่ทราบกันดีว่าการปล่อยเช่าหรือการขายพื้นที่ ทั้งอาคารพักอาศัย คอนโดมีเนียม อาคารสำนักงาน หรือพื้นที่สำหรับประกอบกิจการร้านค้าในอาคารนั้น จะคำนวณพื้นที่จาก Net Floor Area ที่หักลบเสาอาคารออกไป ด้วยเสาอาคารนั้นถือเป็นทรัพย์สินส่วนกลาง ผู้เป็นเจ้าของกรรมสิทธิ์พื้นที่จะไม่มีกรรมสิทธิ์ดัดแปลงหรือครอบครองเสาอาคาร (ตลอดจนส่วนของโครงสร้างอื่น ๆ เช่น พื้น คาน เป็นต้น) ดังนั้นหากเสาอาคารมีขนาดที่เล็กลงแล้ว ก็ย่อมส่งผลให้ Net Floor Area เพิ่มสูงขึ้น ทำให้พื้นที่สำหรับการขายหรือการปล่อยเช่าของนักลงทุนเพิ่มสูงขึ้น ซึ่งย่อมส่งผลให้อัตรากำไรของนักพัฒนา (Developer) หรือนักลงทุน (Investor) เพิ่มขึ้นตามไปด้วยแม้ว่าราคาของเสาเหล็กจะมีแนวโน้มที่สูงกว่าราคาเสาคอนกรีตเสริมเหล็กก็ตาม
คอนกรีตเสริมเหล็ก ที่ 6,000 บาทต่อลูกบาศก์เมตรคอนกรีต (ราคารวม คอนกรีตสด เหล็กเสริมคอนกรีต ไม้แบบ ค่าแรง และค่าโสหุ้ย) ในขณะที่ราคาประมาณการงานก่อสร้างอาคารโครงสร้างเหล็ก ที่ 60 บาทต่อกิโลกรัมเหล็ก (ราคารวม ค่าเหล็ก ค่าแรง และค่าโสหุ้ย) เราจะพอประมาณการต้นทุนเปรียบเทียบ เทียบกันระหว่างขนาดเสาคอนกรีตและเสาเหล็กประมาณการ โดยสมมติความยาวของเสา 3 เมตร ได้ดังตาราง
แต่หากพิจารณาพื้นที่เสาที่ลดลงอันส่งผลต่อ Net Floor Area ที่เพิ่มขึ้น โดยหากราคาขายพื้นที่อยู่ที่ 100,000 บาทต่อตารางเมตร การลดลงของพื้นที่เสาจะช่วยให้นักลงทุนสามารถทำกำไรได้เพิ่มขึ้นดังตาราง
ดังนั้นหากผู้ประกอบการพิจารณาถึงปัจจัยที่หลากหลาย ไม่ว่าจะเป็นคุณภาพของงานก่อสร้างที่ดี มีการควบคุมการผลิตมาจากโรงงาน หรือก่อสร้างที่สามารถดำเนินการได้ง่ายและรวดเร็ว ไม่ต้องติดตั้งไม่แบบ ติดตั้งเหล็กเสริม เทคอนกรีต รอคอนกรีตบ่มตัว หรือความสวยงาม ความโล่งโปร่งของตัวอาคารและความยืดหยุ่นในการตกแต่งภายใน ไปจนกระทั่งผลกำไรที่ได้รับที่เพิ่มสูงขึ้น ทั้งหมดนี้จะเป็นส่วนสำคัญที่จะทำให้ PostConnex เกิดประโยชน์ต่อนักลงทุน ผู้พัฒนาอสังหาริมทรัพย์ ตลอดจนเจ้าของอาคารที่ต้องการคุณค่าที่มากกว่าระบบงานก่อสร้างที่ใช้กันอยู่ในปัจจุบัน
นอกจากนี้ท่านยังสามารถศึกษาข้อมูลอื่นๆเพิ่มเติมได้จาก Vedio Clip ที่ลิ้งค์ด่านล่างได้เลยครับ
PostConnex The Next level of Multistory ตอน 1
PostConnex Laboratory Test Observations & Results ตอน 2
# เสาท่อเหล็ก PostConnex
สำหรับช่องทางการประชาสัมพันธ์กิจกรรมต่าง ๆ และข้อมูลข่าวสาร ความรู้ ในรูปแบบอื่น ๆ ที่เกี่ยวข้องกับ เหล็กเพื่องานก่อสร้าง ของทางบริษัทฯ ยังมี Facebook Page และ Youtube Channel ชื่อ “WeLoveSteelConstruction” นอกจากนี้ทาง บริษัทฯ ยังมีงานสัมนาประจำปีที่มีเนื้อหาการบรรยายดี ๆ เกี่ยวข้องกับงานก่อสร้างด้วยเหล็ก รายละเอียดสามารถคลิกตามลิ้งค์ข้างล่างได้เลยครับ
#WeLoveSteelConstruction_Facebook