การออกแบบเสาคอนกรีตเสริมเหล็ก

เสาคอนกรีตเสริมเหล็ก (Concrete Column) เป็นองค์อาคารที่ทำหน้าที่หลักในการรับแรงอัดในแนวดิ่ง ซึ่งจะทำหน้าที่รองรับน้ำหนักของโครงสร้างด้านบนไม่ว่าจะเป็นคานหรือพื้น เพื่อส่งถ่ายน้ำหนักเหล่านั้นไปสู่ฐานรากต่อไป แต่ในบางกรณีเสาก็อาจจะทำหน้าที่ในการรับแรงดัด เช่น เสาที่มีหูช้างรองรับ หรือเสาที่มีแรงดันด้านข้าง เป็นต้น สิ่งแรกที่จะใช้พิจารณาในการออกแบบเสาก็คือ ความสูงของเสานั่นเอง เนื่องจากเสาที่มีความสูงมากๆ มีโอกาสที่จะเกิดการโก่งเดาะแตกหักได้ง่ายกว่าเสาที่มีความสูงน้อยๆ ประการต่อมาก็คือเหล็กเสริมในเสาเพราะจะทำหน้าที่ในการต้านทานแรงอัดร่วมกับคอนกรีต (กรณีที่คอนกรีตเพียงอย่างเดียวไม่สามารถรับน้ำหนักได้) และสุดท้ายก็คือเหล็กปลอก เนื่องจากเหล็กปลอกจะช่วยในการยึดเหล็กเสริมหลัก และช่วยในการต้านทานการปริแตกของเสาคอนกรีต ส่วนรูปแบบของเสานั้น โดยทั่วไปเราก็จะเห็นว่าเสาคอนกรีตจะมีหน้าตัดเป็นรูปสี่เหลี่ยม หรือวงกลมเป็นส่วนใหญ่ แต่ทั้งนี้ทั้งนั้นก็ขึ้นอยู่กับความต้องการของเจ้าของหรือสถาปนิกผู้ออกแบบ ซึ่งวิศวกรผู้ออกแบบก็จะมีหน้าที่ในการออกแบบให้ได้ตามความต้องการ และมีความถูกต้อง ปลอดภัยตามหลักการทางด้านวิศวกรรม

เสาคอนกรีตเสริมเหล็กสามารถแบ่งเป็น 2 ประเภทใหญ่ๆ ตามมาตรฐาน วสท. ได้ดังนี้

เสาสั้น คือ เสาที่มีอัตราส่วนของความสูงของเสาต่อด้านแคบของเสา (h/t) ≤ 15
เสายาว คือ เสาที่มีอัตราส่วนของความสูงของเสาต่อด้านแคบของเสา (h/t) > 15
ข้อกำหนดในการออกแบบเสาคอนกรีคเสริมเหล็ก ตามมาตรฐาน วสท. 1007-34

1. ด้านแคบหรือเส้นผ่านศูนย์กลางที่น้อยที่สุด จะต้องไม่น้อยกว่า 20 ซม. ยกเว้นเสาที่ไม่มีชั้นต่อเนื่องหรือเสาที่อยู่ระหว่างเสาหลัก ซึ่งจะต้องไม่น้อยกว่า 15 ซม.

2. พื้นที่หน้าตัดของเหล็กเสริมหลัก (As) จะต้องไม่น้อยกว่า 1% และไม่เกิน 8% ของพื้นที่หน้าตัดเสา (Ag)

3. เหล็กเสริมหลักจะต้องมีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางไม่น้อยกว่า 12 มม. และไม่น้อยกว่า 4 เส้น สำหรับเสาสี่เหลี่ยมปลอกเดี่ยว และไม่น้อยกว่า 6 เส้น สำหรับเสากลมปลอกเกลียว

4. เหล็กเสริมหลักต้องมีระยะเรียงห่างกันไม่น้อยกว่า 1.5 เท่า ของขนาดเหล็กเสริมหลัก หรือ 1.5 เท่า ของมวลรวมหยาบใหญ่สุด หรือไม่น้อยกว่า 4 ซม.

5. เหล็กปลอกเดี่ยวจะต้องมีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางไม่น้อยกว่า 6 มม. ระยะเรียงไม่เกิน 16 เท่า ของเหล็กเสริมหลัก หรือ 48 เท่า ของขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางเหล็กปลอกที่ใช้ หรือไม่เกินด้านแคบของเสา

6. เหล็กปลอกเกลียว จะต้องพันต่อเนื่องกันไป มีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางไม่น้อยกว่า 6 มม. ระยะเรียงไม่เกิน 1/6 เท่าของแกนเสาคอนกรีต หรือ ไม่น้อยกว่า 1.5 เท่า ของมวลรวมหยาบใหญ่สุด หรือไม่เกิน 7 ซม. แต่ไม่น้อยกว่า 3 ซม.

7. ขนาดของเหล็กปลอกที่ใช้ควรมีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง ดังนี้

6 มม. เมื่อเหล็กเสริมหลักมีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง ≤ 20 มม.
9 มม. เมื่อเหล็กเสริมหลักมีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 20 มม. – 28 มม.
12 มม. เมื่อเหล็กเสริมหลักมีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง > 28 มม.
8. ระยะคอนกรีตหุ้มเหล็ก จะต้องไม่น้อยกว่า 3.5 ซม. หรือตามมาตรฐาน วสท. 1007-34

9. การต่อเหล็กเสริมหลัก ให้เป็นไปตามมาตรฐาน วสท. 1007-34