คลังความรู้ แบบฟอร์มคำนวณ บริการ คอร์สเรียน สมาชิก ติดต่อเรา

เข้าสู่ระบบ เข้าร่วมเป็นสมาชิก

หน้าแรก / คลังความรู้ / การเสริมกำลังโครงสร้าง

การเสริมกำลังโครงสร้าง (structural strengthening / retrofitting) มักเกิดขึ้นจากสาเหตุใดสาเหตุหนึ่งต่อไปนี้: การเปลี่ยนแปลงการใช้งานอาคารที่ทำให้น้ำหนักบรรทุกเพิ่มขึ้นจากที่ออกแบบไว้เดิม, ความเสื่อมสภาพของโครงสร้างตามอายุการใช้งาน (เหล็กเสริมเป็นสนิม คอนกรีตแตกร้าว/หลุดล่อน), ความเสียหายจากเหตุการณ์ เช่น แผ่นดินไหว ไฟไหม้ หรืออุบัติเหตุ, และการปรับปรุงให้สอดคล้องกับมาตรฐานออกแบบฉบับใหม่ที่เข้มงวดขึ้น (เช่น มาตรฐานต้านทานแผ่นดินไหวที่ปรับปรุงหลังปี 2550)

งานเสริมกำลังโครงสร้างที่ถูกต้องตามหลักวิศวกรรมมีขั้นตอนหลักดังนี้:

#	ขั้นตอน	รายละเอียด
1	สำรวจและประเมินสภาพ	ตรวจสอบสภาพโครงสร้างจริงหน้างาน วัดขนาด ตรวจรอยร้าว การเสื่อมสภาพ อาจเจาะเก็บตัวอย่างคอนกรีต (core sample) หรือสแกนหาตำแหน่งเหล็กเสริม
2	วิเคราะห์กำลังรับน้ำหนักตามสภาพจริง	คำนวณกำลังรับน้ำหนักของโครงสร้างเดิมด้วยข้อมูลจริงที่สำรวจได้ เทียบกับน้ำหนักบรรทุกที่ต้องการ มักใช้แนวคิด Limit State Design ตรวจสอบทั้งสภาวะขีดจำกัดด้านกำลัง (ultimate limit state) และด้านการใช้งาน (serviceability limit state)
3	เลือกวิธีเสริมกำลัง	พิจารณาจากผลต่างกำลังที่ต้องเสริม ข้อจำกัดพื้นที่หน้างาน งบประมาณ และระยะเวลาที่ยอมให้หยุดใช้งานอาคาร
4	ออกแบบรายละเอียดและก่อสร้าง	ออกแบบรายละเอียดการเสริมกำลังตามวิธีที่เลือก ควบคุมงานก่อสร้างให้ตรงตามแบบ
5	ตรวจสอบหลังเสริมกำลัง	ตรวจสอบคุณภาพงานและยืนยันว่ากำลังรับน้ำหนักเป็นไปตามที่ออกแบบไว้

การแปะแผ่นเหล็ก (Steel Plate Bonding) — ยึดแผ่นเหล็กเข้ากับผิวคอนกรีตด้วยกาวอีพ็อกซี่และ/หรือสลักเกลียว เพิ่มกำลังรับแรงดัดหรือแรงเฉือนได้รวดเร็ว น้ำหนักเพิ่มไม่มาก แต่แผ่นเหล็กหนักและต้องระวังการเกิดสนิมที่รอยต่อ ก่อนติดตั้งต้องทำความสะอาดผิวคอนกรีตและผิวเหล็กด้วยวิธี Shot Blasting หรือ Heavy Abrasive Blasting เพื่อขจัดคราบขี้เหล็ก (Mill Scale) และสิ่งสกปรกที่ลดแรงยึดเหนี่ยว (อ้างอิง: Concrete Repair and Maintenance, SCG, บทที่ 4.7.4)

การพัน/แปะแผ่นใยสังเคราะห์ (FRP — Fiber Reinforced Polymer) — ใช้แผ่นหรือผ้าใยคาร์บอน (CFRP) หรือใยแก้ว (GFRP) ยึดติดผิวคอนกรีตด้วยเรซิน น้ำหนักเบามาก ไม่เป็นสนิม ติดตั้งได้รวดเร็วในพื้นที่จำกัด นิยมใช้เพิ่มกำลังรับแรงดัด แรงเฉือน หรือเพิ่ม ductility ของเสาด้วยการพันรอบหน้าตัด (confinement) แต่มีข้อจำกัดเรื่องทนไฟและต้นทุนวัสดุที่สูงกว่า (แนวคิดการหุ้มเสาด้วยวัสดุใยแก้วสนามเพื่อเพิ่มการโอบรัด — Field-Wrapped Fiberglass Jacket — เป็นวิธี Active Confinement ที่มีอ้างอิงใน Concrete Repair and Maintenance, SCG, บทที่ 4.6.4)

การหุ้มด้วยคอนกรีตเสริมเหล็กใหม่ (Concrete Jacketing) — หล่อคอนกรีตเสริมเหล็กเพิ่มหุ้มรอบหน้าตัดเดิม เพิ่มทั้งกำลังรับแรงและความแข็งแรงโดยรวมได้มาก เหมาะกับความเสียหายรุนแรงหรือโครงสร้างที่เสื่อมสภาพมาก แต่เพิ่มขนาดหน้าตัดและน้ำหนักโครงสร้างพอสมควร ใช้เวลาก่อสร้างนานกว่าวิธีอื่น (อ้างอิง: Concrete Repair and Maintenance, SCG, บทที่ 4.6.1 การเพิ่มกำลังรับแรงอัดของเสาโดยการเพิ่มขนาดหน้าตัด)

การดึงลวดอัดแรงภายนอก (External Post-Tensioning) — ติดตั้งลวดหรือเคเบิลอัดแรงภายนอกหน้าตัดเดิมแล้วดึงให้เกิดแรงอัดล่วงหน้า ช่วยลดหน่วยแรงดึงที่เกิดจากน้ำหนักบรรทุกใช้งาน เหมาะกับคานช่วงยาวที่ต้องการเพิ่มกำลังรับแรงดัดโดยไม่เพิ่มขนาดหน้าตัดมาก แต่ต้องออกแบบตำแหน่งยึดปลายและป้องกันสนิมลวดอัดแรงอย่างรอบคอบ (เช่น หุ้มด้วยคอนกรีตสำเร็จรูป Shotcrete หรือท่อหุ้มแล้วอัดฉีดน้ำปูน) โดยทั่วไปควรอัดฉีดปิดรอยแตกร้าวเดิมด้วยอีพ็อกซี่แรงดันก่อนเริ่มดึงลวดอัดแรง เพื่อให้รอยแตกได้รับการซ่อมแซมร่วมไปด้วย (อ้างอิง: Concrete Repair and Maintenance, SCG, บทที่ 4.2.2, 4.3.4, 4.7.2)

การเพิ่มขนาดหน้าตัด (Section Enlargement) — เพิ่มคอนกรีตและเหล็กเสริมรอบหน้าตัดเดิมโดยตรง คล้ายการหุ้มคอนกรีตแต่มักใช้เมื่อไม่ต้องการเพิ่ม ductility เป็นพิเศษ เพิ่มกำลังรับน้ำหนักได้มากในต้นทุนที่คุ้มค่า แต่เพิ่มน้ำหนักโครงสร้างและอาจกระทบพื้นที่ใช้สอย (อ้างอิง: Concrete Repair and Maintenance, SCG, บทที่ 4.6.1, 4.7.6)

การเลือกวิธีที่เหมาะสมต้องพิจารณาร่วมกันระหว่าง: ปริมาณกำลังที่ต้องเสริมเทียบกับกำลังเดิม, พื้นที่หน้างานและข้อจำกัดด้านสถาปัตยกรรม, งบประมาณและระยะเวลาที่อาคารต้องหยุดใช้งาน, สภาพแวดล้อม (การกัดกร่อน ความชื้น ความเสี่ยงไฟไหม้) และความสามารถของผู้รับเหมาในพื้นที่ที่จะดำเนินการติดตั้งได้ถูกต้องตามแบบ

วิธีเสริมกำลังแบ่งได้เป็น 2 แนวคิดตามพฤติกรรมของวัสดุที่นำมาเสริม: วิธีแบบ Passive คือวัสดุเสริมยังไม่มีหน่วยแรงใดๆ จนกว่าโครงสร้างเดิมจะเริ่มรับน้ำหนักบรรทุกจรหรือเกิดการแอ่นตัวเพิ่มเติม เช่น แผ่นเหล็กที่แปะติดผิวคอนกรีตด้วยกาวอีพ็อกซี่ — แผ่นเหล็กจะเริ่มรับแรงร่วมก็ต่อเมื่อคานแอ่นตัวเพิ่มขึ้นจากน้ำหนักบรรทุกใหม่ ส่วนวิธีแบบ Active คือมีการอัดแรงหรือให้แรงตึงล่วงหน้าแก่วัสดุเสริมก่อนใช้งาน เช่น เหล็กอัดแรงภายนอกที่ดึงให้ตึงก่อน ทำให้โครงสร้างมีกำลังรับน้ำหนักเพิ่มขึ้นทันทีโดยไม่ต้องรอให้เกิดการแอ่นตัวเพิ่มก่อน วิธีแบบ Active ยังช่วยลดหน่วยแรงดึง แรงเฉือน และแรงบิดที่มีอยู่เดิมในโครงสร้างได้ทันที ซึ่งมีประโยชน์มากในกรณีโครงสร้างมีกำลังรับน้ำหนักเกินกำลังอยู่แล้ว (Overstressed) การเลือกวิธีใดขึ้นกับว่าต้องการรับเฉพาะน้ำหนักบรรทุกจรที่เพิ่มใหม่ (Passive เพียงพอ) หรือต้องการลดหน่วยแรงในโครงสร้างเดิมทันที (ต้องใช้ Active) (อ้างอิง: Concrete Repair and Maintenance, SCG, บทที่ 4.2 การพิจารณาการออกแบบ/วิธีการแก้ไข)

ตำแหน่ง/ปัญหา	เทคนิคที่ใช้
กำลังรับแรงเฉือนในคาน	เหล็กอัดแรงภายนอก/ภายในแนวทแยง, เจาะรูเฉียงเสริมเหล็กรับแรงเฉือนแล้วอัดฉีดปูน, แถบรัดอัดแรงรอบหน้าตัดคาน (External Post-Tensioned Straps)
กำลังรับแรงอัดของเสา	เพิ่มขนาดหน้าตัด (Section Enlargement) ด้วยคอนกรีตหล่อใหม่ยึดติดแรงยึดเหนี่ยว, หุ้มเสาด้วยปลอกเหล็ก (Steel Jacket) หรือพันด้วยแผ่นใยแก้ว/ไฟเบอร์กลาสสนามพร้อมอัดปูนหรือเรซินในช่องว่างเพื่อเพิ่มการโอบรัด (Confinement)
แรงเฉือนทะลุที่จุดต่อเสา-พื้น (Punching Shear)	ปลอกรับแรงเฉือน (Shear Collar) ประกับติดหัวเสาเพื่อเพิ่มพื้นที่ผิวถ่ายแรงเฉือน
กำลังรับแรงดัดของคาน/พื้น	แผ่นเหล็กยึดเหนี่ยวภายนอก (Bonded Steel Plate), เหล็กอัดแรงภายนอก, ปูทับผิวด้วยคอนกรีต (Concrete Overlay), ลดระยะช่วง (Span Shortening) ด้วยค้ำยันเฉียงหรือโครงเหล็กรอง
จุดรองรับ/บ่าคาน (Corbel/Bearing) เสียหาย	สร้างบ่าใหม่ (Corbel Reconstruction), ติดตั้งเสาสั้นรับแรงอัด (Compression Strut), ติดตั้งจุดรองรับแบกทานภายนอก (Externally Mounted Bearing)

ก่อนดำเนินการเสริมกำลังทุกกรณี ต้องทำความสะอาดผิวคอนกรีตหรือเหล็กเดิมให้ปราศจากคราบน้ำมันและผิวหลวม (Laitance) และควรอัดฉีดปูนอุดรอยแตกที่มีอยู่เดิมด้วยอีพ็อกซี่ก่อนติดตั้งวัสดุเสริมกำลัง เพื่อให้ผิวสัมผัสระหว่างวัสดุเดิมกับวัสดุใหม่มีการยึดเกาะที่สมบูรณ์และถ่ายแรงได้เต็มประสิทธิภาพ (อ้างอิง: Concrete Repair and Maintenance, SCG, บทที่ 4.3–4.8)

ก่อนซ่อมเสริมกำลังจุดที่มีรอยแตกร้าวอยู่เดิม จำเป็นต้องเข้าใจพฤติกรรมการเคลื่อนที่ของรอยแตกก่อนเลือกวิธีซ่อม: รอยแตกที่ยังมีการเคลื่อนที่อยู่ (เช่น จากการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิรายวันหรือน้ำหนักบรรทุกจร) หากอัดฉีดด้วยวัสดุยึดเหนี่ยวแข็งเปราะขณะรอยแตกยังแคบ อาจทำให้วัสดุยึดเหนี่ยวรับแรงดึงเกินกำลังและแตกซ้ำเมื่อโครงสร้างหดตัวภายหลัง จึงต้องพิจารณาว่ารอยแตกนั้นเป็นรอยแตกที่นิ่งแล้ว (Static) หรือยังเคลื่อนที่อยู่ (Dynamic) ก่อนเลือกวัสดุอัดฉีดที่เหมาะสม และควรตระหนักว่ารอยแตกร้าวที่เกิดจากสนิมเหล็กเสริม (Corrosion-Induced Crack) จะไม่หยุดขยายตัวเพียงเพราะอัดฉีดปิดรอยแตกเท่านั้น เนื่องจากกระบวนการกัดกร่อนเหล็กเสริมยังดำเนินต่อไปภายใน วิธีที่เหมาะสมที่สุดคือสกัดคอนกรีตที่หุ้มรอบเหล็กเสริมที่เป็นสนิมออกเพื่อทำความสะอาดและป้องกันสนิมก่อน จึงค่อยซ่อมผิวคอนกรีต การตรวจสอบคุณภาพงานอัดฉีดสามารถทำได้ด้วยการเจาะเก็บตัวอย่างคอนกรีต (Core Testing) หรือวัดความเร็วคลื่นอัลตราโซนิก (Pulse Velocity Measurement) เปรียบเทียบระหว่างบริเวณที่อัดฉีดกับคอนกรีตปกติ (อ้างอิง: Concrete Repair and Maintenance, SCG, บทที่ 4.9 การเพิ่มเสถียรภาพให้รอยแตก)

FacebookYouTube