กฎหมาย ระเบียบ ข้อบังคับ และข้อบัญญัติต่างๆ ที่เกี่ยวข้องกับการออกแบบระบบชิ้นส่วนสำเร็จรูป
มาตรฐานการออกแบบระบบชิ้นส่วนสำเร็จรูปในประเทศไทย
ในปัจจุบันการออกแบบโครงสร้างสำเร็จรูปในประเทศไทยยังไม่มีกฎหมาย หรือมาตรฐาน และวิธีการออกแบบที่ชัดเจน ทำให้วิศวกรยังขาดความรู้ความเข้าใจการออกแบบโครงสร้างสำเร็จรูป สำหรับมาตรฐานในการออกแบบในประเทศไทย ใช้มาตรฐานการออกแบบของวิศวกรรมสถานแห่งประเทศไทย (วสท.) ที่อ้างอิงมาจาก ACI 318M-14 (2014) Building Code Requirements for Structural Concrete and Commentary ได้แก่ มาตรฐานสำหรับอาคารคอนกรีตเสริมเหล็ก โดยวิธีใช้หน่วยแรงใช้งาน (ว.ส.ท. 1007-34) และ มาตรฐานสำหรับอาคารคอนกรีตเสริมเหล็ก โดยวิธีกำลัง (ว.ส.ท. 1008-38) โดยมาตรฐานนี้ได้กำหนดรายละเอียดที่เกี่ยวข้องกับคอนกรีตหล่อสำเร็จรูป ที่ครอบคลุมถึงข้อกำหนดทั่วไป สำหรับวัสดุมวลรวม ความหนาของคอนกรีตที่หุ้มเหล็กเสริม แบบรายละเอียด การบ่ม การทำเครื่องหมายเพื่อระบุชิ้นส่วน การขนส่ง การเก็บรักษา การต่อเหล็กเสริม และการคำนวณออกแบบกำแพงคอนกรีตเสริมเหล็ก ที่ใช้เป็นแนวทางในการออกแบบโครงสร้างชิ้นส่วนสำเร็จรูปด้วยระบบผนังรับแรง (Bearing Wall) ที่ระบุข้อกำหนดสำหรับเหล็กเสริมต่ำสุด และวิธีการคำนวณออกแบบโดยออกแบบเป็นองค์อาคารรับแรงอัดที่รับน้ำหนักบรรทุกตามแนวแกน หรือแรงดัดร่วมกับน้ำหนักบรรทุกตามแนวแกนหรือคำนวณออกแบบโดยใช้สูตรสำเร็จสำหรับการออกแบบตามมาตรฐานสำหรับอาคารคอนกรีตเสริมเหล็ก โดยวิธีหน่วยแรงใช้งาน (ว.ส.ท. 1007-34) กำแพงคอนกรีตเสริมเหล็กที่ใช้รับน้ำหนักร่วมศูนย์โดยประมาณ สามารถคำนวณหาค่าหน่วยแรงอัดที่ยอมให้ (fc) โดยใช้สูตรสำเร็จ ดังแสดงในสมการที่ 1.1

สำหรับการออกแบบตามมาตรฐานสำหรับอาคารคอนกรีตเสริมเหล็ก โดยวิธีกำลัง ตามมาตรฐาน ว.ส.ท. 1008-38 และ ACI 318M-14 สามารถคำนวณหาค่ากำลังรับน้ำหนักบรรทุกตามแนวแกนที่คำนวณออกแบบ f Pnw ดังแสดงในสมการที่ 1.2 และ 1.3 ตามลำดับ


โดยที่อัตราส่วนเหล็กเสริมในแนวตั้งและในแนวนอนต่อพื้นที่หน้าตัดคอนกรีตต่ำที่สุด ดังแสดงในตาราง โดยแบบแสดงรายละเอียดต้องแสดงรายละเอียดทั้งหมดของเหล็กเสริม จุดต่อ จุดรองรับ อุปกรณ์ฝังยึด ระยะหุ้มคอนกรีต ช่องเปิด รูปแบบและอุปกรณ์ในการยก การประกอบ และความคลาดเคลื่อนที่ยอมให้
ตาราง แสดงปริมาณเหล็กเสริมน้อยที่สุดอัตราส่วนเหล็กเสริมทางยาว และเหล็กเสริมทางขวาง
มาตรฐานการออกแบบระบบชิ้นส่วนสำเร็จรูปในต่างประเทศ
สำหรับกลุ่มประเทศในสหภาพยุโรป ได้มีการพัฒนามาตรฐานสำหรับการออกแบบโครงสร้างชิ้นส่วนสำเร็จรูป อาทิ มาตรฐานการออกแบบของประเทศอังกฤษ BS – British Standard และมาตรฐานเยอรมัน DIN – Deutsches Institut für Normung ซึ่งในปัจจุบันได้รับการยอมรับอย่างกว้างขวางและปรับใช้สำหรับเป็นมาตรฐานของกลุ่มประเทศสมาชิกสหภาพยุโรป หรือที่เรียกว่า European Standard (EN) ซึ่งมีมาตรฐานที่น่าสนใจที่เกี่ยวข้องกับการออกแบบโครงสร้างในระบบชิ้นส่วนสำเร็จรูปอยู่หลายมาตรฐานได้แก่ DIN 1045-1984: Design of Concrete and Reinforced Concrete Members, DIN 1045-1: Concrete, reinforced and prestressed concrete structures – Part 1: Design and construction, สำหรับมาตรฐาน DIN 1045-1 ในปัจจุบันได้ถูกถอนและปรับเปลี่ยนเป็นมาตรฐานของกลุ่มประเทศสมาชิกสหภาพยุโรปแทน คือ EN 1992-1-1 (2004) Eurocode 2: Design of concrete structures – Part 1-1: General rules and rules for buildings, EN 1992-1-2 (2004) Eurocode 2: Design of concrete structures – Part 1-2: General rules – Structural fire design, EN 1992-1-4 (2004) Eurocode 2: Design of concrete structures – Part 4: Design of fastenings for use in concrete, EN 13791 (2007): Assessment of in-situ compressive strength in structures and precast concrete components และ EN 13369 (2004): Common rules for precast concrete products ที่เป็นมาตรฐานที่น่าสนใจที่จะนำมาศึกษาในการออกแบบระบบชิ้นส่วนสำเร็จรูปต่อไป
มาตรฐาน EN 13369 (2004): Common rules for precast concrete products
มาตรฐานนี้ได้กล่าวถึงข้อกำหนดทั่วไปทั้งที่เกี่ยวกับวัสดุที่ใช้ในการผลิตชิ้นส่วนสำเร็จรูป และชิ้นส่วนสำเร็จรูปที่ได้จากการผลิต เพื่อใช้เป็นมาตรฐานอ้างอิงในการพิจารณาและการตรวจสอบชิ้นส่วนสำเร็จรูป โดยมีสาระสำคัญที่สรุปได้ดังแสดงในหัวข้อดังต่อไปนี้
คุณสมบัติที่ต้องการ
1.คุณสมบัติวัสดุที่ต้องการ
เหล็กเสริม (Reinforcing Steel) เหล็กเสริมคอนกรีตมีคุณสมบัติที่เกี่ยวข้องเป็นไปตามมาตรฐานเหล็กที่ใช้เสริมคอนกรีต prEN 10080 ร่วมกับคุณสมบัติตามที่ระบุใน EN1992-1-1 สำหรับเหล็กที่มีเส้นผ่าศูนย์กลาง 6 มม. – 14 มม. ให้พิจารณาคุณสมบัติตามคุณสมบัติของแท่งเหล็กและลวดเหล็ก (Properties of indented bars and wire) แท่งเหล็กและลวดเหล็กที่ใช้ให้เป็นไปตามมาตรฐาน EN 1992-1-1: 2004
เหล็กเสริมอัดแรง (Prestressing Steel) เหล็กเสริมอัดแรงมีคุณสมบัติที่เกี่ยวข้องเป็นไปตามมาตรฐานเหล็กที่ใช้เสริมคอนกรีต prEN 10138-1, prEN 10138-2, prEN 10138-3 และ prEN 10138-4 ร่วมกับคุณสมบัติตามที่ระบุใน EN 1992-1-1 เหล็กเสริมอัดแรงชนิดอื่น ๆ สามารถใช้ได้โดยอ้างอิงมาตรฐานที่เกี่ยวข้องของแต่ละประเภท
อุปกรณ์ตัวยึด (Inserts and Connectors) อุปกรณ์ตัวยึดมีกลสมบัติต้านทานแรงตามที่ออกแบบ มีความทนทาน ตลอดช่วงอายุใช้งาน
ตาราง วิธีการบ่มคอนกรีต
2.การผลิต
คอนกรีต (Concrete Production) ส่วนประกอบของคอนกรีต ประเภทของซีเมนต์ และสารผสมเพิ่ม ให้อ้างอิง EN 206-1: 2000 การบ่มคอนกรีตให้เป็นไปตามข้อใดข้อหนึ่ง ดังระบุในตารางที่ 1.7 และบ่มจนคอนกรีตมีความแข็งแรงอย่างน้อยตามที่ระบุในตารางที่ 1.8 โดยการทดสอบกำลังอัดคอนกรีต (Potential Compressive Strength) ที่อายุ 28 วัน
ตาราง ค่ากำลังอัดต่ำสุด เมื่อสิ้นสุดระยะเวลาการบ่มคอนกรีต
การเสริมเหล็ก (Structural Reinforcement) ขั้นตอนการอัดแรงในชิ้นส่วนอัดแรงจะต้องไม่ทำให้เกิดรอยร้าวตามแนวยาวและการระเบิดแตกออกของคอนกรีต หน่วยแรงที่เกิดขึ้นในชิ้นส่วนอัดแรงต้องไม่ทำให้เกิดการหดตัว (Creep) ที่มากเกินกำหนด ค่าแรงดึง (Tensioning Force) ที่ให้ชิ้นส่วนอัดแรงและค่าแรงดึงเป้าหมาย โดยมีความคลาดเคลื่อนอยู่ในช่วงที่ระบุ ดังนี้ (ช่วง Initial Stress)
Class A – normal tolerances
– single tendon/force: ±7 %
– total force: ±5 %
Class B – tightened tolerances
– single tendon/force: ±4 %
สำหรับ Class B ค่าหน่วยแรงดึง (Maximum Value of Tensioning Stress, s0max ) คำนวณจาก
และในช่วงขณะถ่ายแรง (at transfer of the prestressing force) คอนกรีตควรมีกำลังอย่างน้อย (Maximum Compressive Stress in Concrete) และไม่น้อยกว่า 25 N/mm2 และคอนกรีตต้องมีกำลังเพียงพอสำหรับการจับยึดของเหล็กตีเกลียว (Anchorage of The Strands)
3.คุณสมบัติชิ้นงานที่ต้องการ
ความคลาดเคลื่อนขนาดมิติของชิ้นงาน ขนาดมิติของหน้าตัด (L คือ ระยะตามยาวในหน่วย มิลลิเมตร) ความคลาดเคลื่อนที่ยอมให้ คือ DL ตำแหน่งเหล็กเสริม เหล็กเสริมอัดแรง และ ระยะหุ้มของคอนกรีต (c) ความคลาดเคลื่อนที่ยอมให้คือ Dc ดังแสดงรายละเอียดในตารางที่ 1.9
ตาราง ค่าความคลาดเคลื่อนขนาดมิติของชิ้นงาน
สำหรับค่า L อื่น ๆ ใช้ DL = ±(10 + L / 1000) ≤ ±40 mm
ความต้านทานทางกล (Mechanical Resistance) ต้องมีการพิจารณาคุณสมบัติโครงสร้างทั้งสถานะวิกฤต และสถานะใช้งาน (Ultimate and Serviceability Limit States) สำหรับการสูญเสียแรงดึง (Prestressing Losses) ให้พิจารณาการสูญเสียแรงดึง โดยแบ่งออกเป็น 3 ช่วงคือ ช่วงก่อนถ่ายแรง (เกิดจากหลายสาเหตุ เช่น การลื่นไถลของสมอยึดลวด, การผ่อนคลายของเหล็กในช่วงต้น, การหดตัวของคอนกรีต หรือ การสูญเสียแรงดึงที่เกิดจากอุณหภูมิ), ช่วงขณะถ่ายแรง (เกิดจากการหดตัวแบบยืดหยุ่นของคอนกรีต) และ ช่วงหลังการถ่ายแรง (เกิดจากการสูญเสียแรงดึงรวมที่เกี่ยวข้องกับคุณสมบัติวัสดุในระยะยาว เช่น creep, shrinkage, remaining relaxation in the tendons)พิจารณาความต้านทานทางกลโดยการคำนวณสามารถตรวจสอบกับมาตรฐาน EN 1992 1-1 ความต้านทานทางกลโดยการคำนวณต้องพิจารณาร่วมกับผลการทดสอบเมื่อรูปแบบโครงสร้างแตกต่างจากที่กล่าวไว้ใน EN 1992 1-1 โดยทดสอบกับชิ้นตัวอย่างขนาดเท่าขนาดจริงจำนวนหนึ่งด้วยวิธีการทดสอบการรับน้ำหนัก (Load-Tests) จนถึงน้ำหนักวิกฤต (Ultimate Design Conditions) สำหรับการพิจารณาความต้านทานทางกลโดยการทดสอบใช้วิธี Direct Load Test ตามมาตรฐาน EN 1990 ค่าตัวคูณความปลอดภัย (Safety Factors) มีรายละเอียดใน ตารางที่ 1.10 และ รูปที่ 1.70 ทั้งนี้ให้พิจารณา Nominal Transverse Horizontal Force เผื่อกรณีเคลื่อนย้ายชิ้นงานโดยใช้ที่ 1.5% ของน้ำหนักชิ้นงานนั้น ๆ ด้วย
ตาราง เกณฑ์ความคลาดเคลื่อน
ถ้าในการผลิตสามารถควบคุมความคลาดเคลื่อนของขนาดมิติได้ดังที่แสดงใน ตารางที่ 1.10 สามารถใช้ค่าตัวคูณความปลอดภัยที่ gs = 1.10 และถ้าค่ากำลังของคอนกรีตมีความคลาดเคลื่อนไม่เกิน 10% สามารถใช้ค่าตัวคูณความปลอดภัยที่ gc = 1.4

หากข้อจำกัดของหน้าตัดเป็นไปตามรูป สามารถใช้ค่าตัวคูณความปลอดภัยที่ gs = 1.05, gc = 1.45 ถ้าค่ากำลังของคอนกรีตมีความคลาดเคลื่อนไม่เกิน 10% สามารถใช้ค่าตัวคูณความปลอดภัยที่ gc = 1.35
ปฏิกิริยาต่อความทนไฟ (Resistance and Reaction to Fire) สามารถแบ่งระดับความสามารถในการทนไฟ โดยวิธีทดสอบตามมาตรฐาน EN 13501-2 หรือโดยอ้างอิงข้อมูลตามตารางในมาตรฐาน EN 1992-1-2 หรือโดยวิธีคำนวณตามมาตรฐาน EN 1992-1-2
คุณสมบัติของเสียง (Acoustic Properties) คุณสมบัติฉนวนกันเสียงสามารถประมาณโดยการคำนวณ หรือการวัดโดยอ้างอิงมาตรฐาน EN ISO 140-3 ส่วนคุณสมบัติฉนวนกันเสียงกระแทกสามารถประมาณโดยการคำนวณ หรือการวัดโดยอ้างอิงมาตรฐาน EN ISO 140-6
คุณสมบัติทางความร้อน (Thermal properties) คุณสมบัติทางความร้อนสามารถแสดงในรูปของค่าการนำความร้อนของวัสดุ (EN 12664) หรือค่าต้านทานความร้อนของชิ้นงาน (EN ISO 6946 หรือ EN ISO 8990, EN 1934)
ความทนทาน (Durability) ความทนทานของชิ้นส่วนคอนกรีตอัดแรง (Precast Concrete Elements) สามารถตรวจสอบได้จาก ส่วนผสมคอนกรีต อัตราส่วนน้ำต่อซีเมนต์ กำลังของคอนกรีตตามมาตรฐาน EN 206-1: 2000, การบ่มชิ้นงานเป็นไปตามที่กล่าวไว้ข้างต้น ระยะหุ้มของคอนกรีตต่ำสุดและคุณสมบัติของคอนกรีตหุ้ม ให้พิจารณาในเรื่องของความต้านทานการกัดกร่อนของเหล็กเสริมโดยตรวจสอบตามมาตรฐาน EN 1992-1-1:2004 ดังแสดงในตารางที่ 1 และ 2 การควบคุมการแตกร้าวพิจารณาตามมาตรฐาน EN 1992-1-1:2004 และการพิจารณาปริมาณเหล็กเสริมขั้นต่ำ (Minimum Reinforcement Area) เป็นตามมาตรฐาน EN 1992-1-1:2004
ตาราง แสดงระดับความรุนแรงของสภาวะการกัดกร่อน
ตาราง ระยะหุ้มของคอนกรีตต่ำสุด (มม.)
หมายเหตุ cmin สำหรับสภาวะตามระบุในตารางที่ 1.11 และ c0 สำหรับสภาวะพิเศษ เช่น ชิ้นงานมีการสัมผัสกับสารเคมี
เมื่อใช้เหล็กเสริมที่มีความสามารถในการต้านทานการกัดกร่อน ระยะคอนกรีตหุ้มที่กำหนดในตารางที่ 1.12 อาจลดลง 5 มม. แต่ระยะคอนกรีตหุ้มต้องไม่น้อยกว่า 10 มม.
เมื่อคอนกรีต Class C40/50 และมีค่าการดูดซึมน้ำน้อยกว่า 5.0% ระยะคอนกรีตหุ้มที่กำหนดในตารางที่ 1.12 อาจลดลง 5 มม. แต่ระยะคอนกรีตหุ้มต้องไม่น้อยกว่า 10 มม.
เมื่อคอนกรีต Class C50/60 และมีค่าการดูดซึมน้ำน้อยกว่า 4.0% ระยะคอนกรีตหุ้มที่กำหนดในตารางที่ 1.12 อาจลดลง 10 มม. แต่ระยะคอนกรีตหุ้มต้องไม่น้อยกว่า 10 มม.
การทดสอบ
1. การทดสอบคอนกรีต
กำลังต้านแรงอัด การทดสอบชิ้นตัวอย่างตามมาตรฐาน EN 12390-2 และ EN 12390-3 โดยใช้ขนาดชิ้นตัวอย่างสี่เหลี่ยมลูกบาศก์ 100 มม. และขนาดชิ้นตัวอย่างทรงกระบอกเส้นผ่าศูนย์กลาง 113 มม.สูง 226 มม. หากเก็บชิ้นตัวอย่างโดยการเจาะจากชิ้นงาน (Drilled cores) ให้ใช้ขนาดเส้นผ่าศูนย์กลางในช่วง 100 มม. – 150 มม. โดยเทียบเท่ากำลังต้านทานแรงอัดกับชิ้นตัวอย่างสี่เหลี่ยมลูกบาศก์ 150 มม. หรือ ชิ้นตัวอย่างโดยการเจาะจากชิ้นงานที่มีขนาดเส้นผ่าศูนย์กลางในช่วง 100 มม. – 150 มม. และมีอัตราส่วนความสูงต่อเส้นผ่าศูนย์กลางเท่ากับ 2.0 โดยเทียบเท่ากำลังต้านทานแรงอัดกับชิ้นตัวอย่างทรงกระบอก (150 x 300) มม. เมื่อบ่มที่สภาวะเดียวกัน ไม่ใช้ตัวอย่างโดยการเจาะจากชิ้นงานที่มีขนาดเส้นผ่าศูนย์กลางน้อยกว่า 50 มม.
การดูดซึมน้ำ (Water absorption) การเตรียมชิ้นตัวอย่าง ให้ตัดหรือเจาะชิ้นตัวอย่างทดสอบจากชิ้นงานหรือหล่อใหม่ โดยชิ้นตัวอย่างมีน้ำหนัก 1.5 กิโลกรัม – 5.0 กิโลกรัม (ที่สภาวะแห้ง) และมีขนาดดังนี้ สำหรับชิ้นตัวอย่างที่ตัดหรือเจาะชิ้นตัวอย่างทดสอบจากชิ้นงาน ขนาดขึ้นอยู่กับความหนาของชิ้นงาน โดยพิจารณาเป็น
– Thin products เมื่อความหนาคือ 30 มม. – 100 มม.
– Thick products เมื่อมีความหนา 100 มม. ขึ้นไป
สำหรับ Thin products และ Thick products ตัดชิ้นตัวอย่างหนาเท่าความหนาของชิ้นงานขนาดตามตารางระยะหุ้มของคอนกรีตต่ำสุด (มม.) ทำความสะอาดด้านที่ถูกตัดโดยปัดฝุ่นออกด้วยแปรงให้ชิ้นตัวอย่างมีอุณหภูมิที่ (20 ± 3)°C และปิดด้านที่ถูกตัดด้วยยาง (Resin) สำหรับชิ้นตัวอย่างหล่อเป็นลูกบาศก์หรือทรงกระบอกได้โดยมีขนาดตามตารางขนาดของชิ้นตัวอย่าง

ตาราง ขนาดของชิ้นตัวอย่าง
ขั้นตอนการทดสอบ
- แช่ชิ้นตัวอย่างในน้ำที่อุณหภูมิ (20 ± 5)°C แต่ละชิ้นวางห่างกันอย่างน้อย 15 มม. และให้น้ำท่วมชิ้นตัวอย่างอย่างน้อย 20 มม. โดยแช่อย่างน้อย 3 วัน และให้มีมวล M1 คงที่ ก่อนทำการชั่งหาน้ำหนักให้เช็ดชิ้นตัวอย่างให้แห้งด้วยผ้าหรือฟองน้ำชื้น บันทึกมวล M1
- นำชิ้นตัวอย่างไปอบแห้งที่อุณหภูมิ (105 ± 5)°C อย่างน้อย 3 วันจนอุณหภูมิคงที่ นำออกจากเตาอบทิ้งให้เย็นที่อุณหภูมิห้อง ชั่งและบันทึกมวล M2
- คำนวณเปอร์เซ็นต์การดูดซึมน้ำของแต่ละชิ้นตัวอย่างจาก100 x (M1 – M2)/M2
หน่วยน้ำหนักแห้งของคอนกรีต (Dry density of concrete) ทดสอบชิ้นตัวอย่างอ้างอิงตามมาตรฐาน EN 12390-7

2.การวัดขนาดมิติ และคุณสมบัติของพื้นผิว
การวัดขนาดมิติ และคุณสมบัติของพื้นผิวของชิ้นงาน ให้เป็นไปตามมาตรฐานของผลิตภัณฑ์นั้น ๆ ถ้าไม่มีมาตรฐานของผลิตภัณฑ์ที่ระบุโดยเฉพาะ สามารถปฏิบัติตามรายละเอียดในหัวข้อดังต่อไปนี้ได้
ขนาดมิติให้อ้างอิงที่อุณหภูมิระหว่าง 10 – 30°C ที่อายุ 28 วัน ให้ใช้เครื่องมือวัดที่ความละเอียด 1/5 หรือละเอียดกว่านั้น ของค่าความคลาดเคลื่อนที่จะทำการตรวจสอบ
การวัดขนาดมิติ (Measurement of dimensions)
2.1 ความยาว สูง กว้าง และหนา ไม่ควรวัดขนาดมิติที่ขอบ ให้วัดดังแสดง ตามรูปแสดงการวัดขนาดมิติ ความยาว สูง กว้าง และหนา ของชิ้นตัวอย่าง ในหน่วยมิลลิเมตร
2.2 การบิดงอ และความตรงของด้าน

2.3 ชิ้นตัวอย่างที่ไม่เป็นมุมฉาก กำหนดค่าความคลาดเคลื่อน จาก d1 – d2

2.4 ลักษณะเฉพาะของพื้นผิว
ให้ระบุลักษณะพื้นผิวตามที่แสดงในรูปตัวอย่างการให้คำจำกัดความของพื้นผิวลักษณะต่าง ๆ และ รูปตัวอย่างการวัดมิติของพื้นผิวลักษณะต่าง ๆ แสดงระยะในหน่วยมิลลิเมตร และ d0 คือระยะความสูงของจุดรองรับ (Supporting Piece)


2.5 มุมและการโก่ง

3.น้ำหนักของชิ้นงาน
เมื่อต้องตรวจสอบน้ำหนักของชิ้นงาน ให้ใช้ค่าความถูกต้อง ± 3%