การเสริมเหล็กต้านทานแรงดึงในคาน

การเสริมเหล็กต้านทานแรงดึงในคาน
คอนกรีตแม้จะมีคุณสมบัติในการรับแรงอัดได้ดี ในขณะเดียวกัน ก็ความสามารถในการรับแรงดึงได้น้อยมากเมื่อเทียบกับแรงอัด ดังนั้นวิศวกรจึงนิยมออกแบบโครงสร้าง โดยให้คอนกรีตรับเฉพาะแรงอัดเป็นหลัก และเสริมเหล็กเพื่อต้านทานแรงดึง เหตุผลที่นำเหล็กเสริมมาร่วมกับคอนกรีตคือ เหล็กมีค่าสัมประสิทธิ์การยืดและหดตัวใกล้เคียงกับคอนกรีต เป็นวัสดุที่ประหยัดและมีกำลังสูง สามารถป้องกันการโก่งตัว แตกร้าว และเสียหายของคานได้ดี

จึงต้องวางตำแหน่งเหล็กเสริมต้านทานแรงดึงที่ด้านล่างของคาน ส่วนแรงอัดที่เกิดขึ้นบริเวณขอบบนของคาน คอนกรีตสามารถรับแรงอัดได้ดี จึงเสริมเหล็กด้านบนของคานเพียงเล็กน้อย เพื่อรองรับเหล็กปลอก แต่ในกรณีที่คานต้องรับแรงอัดมากเกินกว่าความสามารถของคอนกรีต วิศวกรจะเสริมเหล็กเพื่อต้านทานแรงอัดที่ด้านบนของคาน

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

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

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


ติดต่อสอบถาม/size]