ระบบผนังรับน้ำหนัก (Bearing Wall)

ระบบผนังรับน้ำหนัก (Bearing Wall)
ผนัง รับน้ำหนักเป็นระบบการก่อสร้างรูปแบบหนึ่งในหลายๆรูปแบบที่มีใช้กันใน ปัจจุบัน ระบบผนังรับน้ำหนักจะใช้ตัวผนังเป็นทั้งตัวกันห้อง และเป็นชิ้นส่วนที่ใช้รับกำลังในแนวดิ่งต่างๆที่เกิดขึ้นกับอาคารทั้ง แรงลม น้ำหนักบรรทุกจร น้ำหนักบรรทุกตายตัว ฯลฯ ความแตกต่างกันนี้ทำให้การออกแบบโครงสร้างต่างๆตลอดจนขั้นตอนการก่อสร้างมี ความแตกต่างกันกับระบบโครงสร้างเสาคานที่พบเห็นกันอยู่ทั่วๆไป

อาคารระบบผนังรับน้ำหนักคอนกรีตเสริมเหล็ก

อาคารในรูปแบบเสาคาน
ข้อแตกต่างระหว่างระบบโครงสร้างผนังรับน้ำหนัก และระบบเสาคานทั่วๆไป
การถ่ายน้ำหนัก
สิ่ง ที่แตกต่างกันอย่างมากในระบบโครงสร้างทั้งสองแบบนี้คือ การถ่ายแรง หรือน้ำหนักต่างๆที่กระทำในอาคาร และแรงภายนอกที่มากระทำต่ออาคาร ในระบบเสาคานทั่วๆไปน้ำหนักต่างๆภายในอาคารจะถ่ายลงสู่คาน และคานจะถ่ายน้ำหนักลงสู่เสา จากเสาถ่ายน้ำหนักลงสู่ฐานราก

แต่ ในกรณีของระบบผนังรับน้ำหนัก แรงทั้งหมดจะถ่ายลงสู่ก้อนบล็อก จากนั้นบล็อกแต่ละก้อนก็จะถ่ายน้ำหนักไล่กันลงมาเรื่อยๆตามลำดับชั้นจากบนลง ล่าง จนกระทั่งมาถึงในส่วนของฐานราก

ซึ่ง จะเห็นได้ว่าในระบบโครงสร้างแบบเสาคาน ตัวผนังจะไม่มีส่วนในการรับกำลังใดๆ จะมีหน้าที่ก็คือเป็นวัสดุที่ใช้ในการกั้นห้องแต่ในกรณีของระบบผนังรับ น้ำหนัก ตัวผนังจะเป็นทั้งวัสดุกั้นห้อง และเป็นส่วนโครงสร้างรับแรงกระทำของอาคารด้วยดังนั้นวัสดุที่นำมาใช้ก่อ สร้างในระบบผนังรับน้ำหนักต้องมีความแข็งแรงสูงมากพอที่จะรับแรงกระทำต่างๆ ได้ และการยึดต่อชิ้นส่วนต่างๆ และรอยต่อ รอยพับต่างๆต้องออกแบบให้มีความแข็งแรงเพียงพอที่จะต้านทานแรงกระทำต่างๆได้ ด้วย
ระบบฐานราก
เนื่อง จากโครงสร้างทั้งสองระบบมีการถ่ายน้ำหนักที่แตกต่างกัน โดยในระบบเสาคานทั่วๆไปน้ำหนักจากอาคารที่ถ่ายลงสู่ฐานรากจะเป็นน้ำหนัก กระทำเป็นจุด( Point Load) ดังนั้นระบบฐานรากในอาคารประเภทนี้ก็จะต้องออกแบบให้รองรับน้ำหนักที่กดเป็น จุดทำให้รูปแบบฐานรากจะต้องออกแบบให้รองรับต่อแรงกระทำที่เป็นจุดนั้นๆ รูปแบบของฐานในระบบเสาคานทั่วๆไปที่พบเห็นกันคือ ฐานรากตื้น ( Shallow Foundation) และฐานรากเสาเข็ม (Pile Foundation)

ใน ระบบผนังรับน้ำหนักเนื่องจากบล็อกทุกก้อนจะช่วยกันรับน้ำหนักจากอาคาร ดังนั้นน้ำหนักที่ถ่ายลงสู่ชั้นฐานรากจึงมีลักษณะเป็นแรงแบบกระจาย ( Uniform Load) ตามความยาวของก้อนบล็อกทุกก้อน ฐานรากที่ใช้กับระบบนี้จึงมีความหลากหลายมากกว่าระบบเสาคานทั่วๆไปขึ้นอยู่ กับการออกแบบซึ่งรูปแบบฐานรากต่างๆ เช่น ฐานรากตื้น ( Shallow Foundation) ฐานรากเสาเข็ม (Pile Foundation) ฐานรากแผ่ ( Mat Foundation) และฐานรากตามยาว ( Strip Footing)

การ เลือกว่าจะใช้ฐานรากแบบใดในการก่อสร้างอาคารขึ้นอยู่กับความเหมาะสมทั้งทาง ด้าน สภาพภูมิประเทศ ราคาวัสดุ ความเหมาะสมกับโครงสร้างฯลฯ ดังนั้นก่อนตัดสินใจใดๆควรปรึกษาวิศวกรผู้ออกแบบก่อน ป้องกันข้อผิดพลาด และความเสียหายต่างๆที่อาจเกิดขึ้นได้
ระบบพื้น
พื้นที่ ใช้ในระบบผนังรับน้ำหนักนอกจากจะมีหน้าที่รับน้ำหนักบรรทุกต่างๆ และกระจายออกไปสู่ส่วนของโครงสร้างแล้ว หน้าที่หลักที่สำคัญอีกอย่างของพื้นในระบบผนังรับน้ำหนักคือ ต้องทำหน้าเป็นตัวยึดปลายผนังต่างๆเข้าไว้ด้วยกัน และยังต้องสามารถรับแรงดันด้านข้าง และส่งถ่ายต่อไปยังผนังได้ด้วย ชิ้นส่วนนี้จะเรียกว่า ไดอะแฟรม( Diaphragm) จุดที่เชื่อมต่อระหว่างผนัง และไดอะแฟรมเป็นสิ่งที่สำคัญอย่างมากในการส่งถ่ายแรงที่เกิดขึ้นจึงต้องมี การยึดรั้งให้มีความเหนียวเพียงพอที่จะส่งถ่ายแรงที่เกิดขึ้นได้ ดังนั้นจุดหลักเหล่านี้จึงควรมีการเสริมเหล็กเพื่อช่วยยึดรั้ง

ระบบพื้นหล่อในที่

ระบบพื้นสำเร็จในอาคาร
พื้นที่ ใช้ในระบบอาคารผนังรับน้ำหนักควรเป็นพื้นหล่อในที่( Cast-in-Place Slab) และต้องมีการเสริมเหล็กอย่างถูกต้องเพื่อให้เกิดการส่งถ่ายแรง และเกิดการยึดรั้งผนังทุกด้านเข้าไว้ด้วยกันอย่างแน่นหนา ผลของยึดรั้งจะส่งผลถึงค่าสัดส่วนความชะลูด (ความสูงของผนัง/ความกว้างของผนัง) ในการออกแบบอาคาร ค่าสัดส่วนความชะลูดยิ่งน้อยตัวคูณลดค่ากำลังจะยิ่งน้อย ถ้าค่าความชะลูดมากตัวคูณลดค่ากำลังก็จะมากตามไปด้วย

ตัวอย่างค่าสัดส่วนความชะลูด
การคำนวณออกแบบโครงสร้างอาคารวัสดุก่อ
คำนิยามที่ควรรู้เกี่ยวกับอาคารวัสดุก่อ
เกร้าท์ หมาย ถึงส่วนผสมของวัสดุที่เป็นเชื้อประสาน และมวลรวมซึ่งจัดส่วนปฏิภาคให้มีความข้นเหลวพอดีที่จะเท หรือสูบได้ โดยวัสดุที่เป็นส่วนผสมไม่เกิดการแยกตัวออกจากัน
งานวัสดุก่อ หมายถึงงานก่อสร้าง ที่ประกอบด้วยก้อนวัสดุก่อซึ่งวางเรียงในมอร์ต้า หรือเกร้าท์
งานวัสดุก่อเสริมเหล็ก หมายถึงวัสดุก่อซึ่งฝังเหล็กเสริมตามเกณฑ์กำหนด ในลักษณะที่ทำให้วัสดุทั้งสองอย่างทำการต้านแรงต่างๆด้วยกัน
บัทเทรส หมาย ถึงเสาวัสดุก่อซึ่งสร้างขึ้นเป็นส่วนเดียวกับผนัง โดยยื่นออกจากผิวหน้าข้างหนึ่งข้างใด หรือทั้งสองข้าง และมีเนื้อที่ค่อยๆลดลงจากฐานถึงยอด
พิลาสเตอร์ หมาย ถึงส่วนของผนังซึ่งทำหน้าที่เป็นคานทางแนวตั้ง หรือเป็นเสา หรือทั้งสองอย่าง ในงานวัสดุก่อเสริมเหล็ก พิลาสเตอร์อาจยื่น หรือไม่ยื่นออกจากผิวหน้าข้างหนึ่งข้างใดของผนังก็ได้
การ คำนวณออกแบบอาคารวัสดุก่อนี้จะอ้างอิงจาก “ มาตรฐานสำหรับอาคารวัสดุก่อ ” วิศวกรรมสถานแห่งประเทศไทย ในพระบรมราชูปถัมภ์ โดยมีรายละเอียดเบื้องต้นที่ควรทราบคือ
1.กำลังของวัสดุก่อคอนกรีต
ใน การหากำลังของวัสดุก่อใช้กำลังอัดที่ 28 วันของวัสดุก่อคอนกรีตนำมาทดสอบหาค่าต้านทานกำลังอัด ในการทดสอบหากำลังอัดจะมีการทดสอบ 2 รูปแบบคือ
1.1 การทดสอบแบบปริซึม
ทดสอบ โดยการสร้างแท่งปริซึมที่ผลิตขึ้นจากก้อนบล็อกประสานโดยใช้การยึดหน่วงแบบ เดียวกับที่ใช้ในโครงสร้าง โดยต้องควบคุมความชื้นขณะก่อ ความข้นเหลวของมอร์ต้า และควบคุมคุณภาพในการก่อให้เหมือนกับการก่อสร้างจริง โดยชิ้นตัวอย่างทุกชิ้นต้องมีอัตราส่วนความสูงต่อความหนา (h/t) ไม่น้อยกว่า 2 และต้องมีความสูงไม่น้อยกว่า 10 เซ็นติเมตร ในการทดสอบแต่ละครั้งต้องใช้ชิ้นตัวอย่างไม่น้อยกว่า 3 ชิ้น เมื่อได้ชิ้นตัวอย่างแล้วให้นำมากดทดสอบหากำลังอัด ( fm’) ซึ่งคำนวณได้จากการนำค่าแรงอัดสูงสุดที่ทดสอบได้นำมาหารด้วยเนื้อที่สุทธิ ของแท่งปริซึม

แฟคเตอร์ที่มีค่าอยู่ระหว่างค่าที่ให้ไว้นี้ให้หาโดยวิธีเฉลี่ยโดยตรง

รูปแบบของปริซึมที่ใช้ทดสอบ
1.2 กำลังของก้อนวัสดุก่อ
ทดสอบโดยการนำก้อนวัสดุก่อมาทดสอบหาค่าแรงอัดสูงสุด แล้วนำมาคิดค่าหน่วยแรงอัดที่ยอมให้ โดยเฉลี่ยค่า fm’ จากตารางด้านล่าง

2. หน่วยแรงที่ยอมให้ในงานวัสดุก่อคอนกรีตไม่เสริมเหล็ก
2.1 ค่าหน่วยแรงอัด
ค่าหน่วยแรงอัดที่ยอมให้ในงานวัสดุก่อคอนกรีตไม่เสริมเหล็ก จะต้องมีค่าไม่เกินค่าที่ยอมให้คือ
หน่วยแรงตามแนวแกน 0.20 fm’
หน่วยแรงดัด 0.30 fm’
2.2 หน่วยแรงเฉือน และหน่วยแรงดึง

3. การลดหน่วยแรงที่ยอมให้
เมื่องานก่อสร้างไม่มีการควบคุมทางวิศวกรรม หรือสถาปัตยกรรม อย่างเข้มงวด ให้ลดค่าหน่วยแรงที่ยอมให้ต่างๆลงครึ่งหนึ่ง
4. การคำนวณออกแบบวัสดุก่อคอนกรีตไม่เสริมเหล็ก
4.1 อัตราส่วนความชะลูด
– อัตราส่วนความชะลูดของผนังรับน้ำหนักให้ถือว่าเท่ากับอัตราส่วนของความสูงประสิทธิผลต่อความหนาประสิทธิผล แต่ต้องมีค่าไม่เกิน 20
ดังนั้นความสูงของผนังที่ไม่มีค้ำยันด้านข้างจะหาได้จาก
ความสูง( h) = ความหนา ( b) * 20
4.2 ความสูงประสิทธิผลของเสา
– กรณีที่เสามีที่รองรอบข้างทั้งด้านบน และด้านล่าง ให้ถือว่าความสูงประสิทธิผลในทิศทางใดๆมีค่าเท่ากับความสูงจริงของเสานั้น
– เมื่อเสามีที่รองรับด้านข้างในด้านล่าง แต่ด้านบนมีที่รองรับเพียงด้านเดียว ให้ถือว่าความสูงประสิทธิผลของเสาในทิศทางที่รองรับด้านบนมีค่าเท่ากับความ สูงจริงของเสา ส่วนในทิศทางที่ไม่มีที่รองรับด้านบนให้ถือว่าความสูงประสิทิผลของเสามีค่า เท่ากับสองเท่าของความสูงของเสา
– กรณีที่ด้านบนไม่มีที่รองรับเลย ให้ถือว่าความสูงประสิทธิผลของเสามีค่าเท่ากับสองเท่าของของความสูงของเสาจริง
4.3 ความสูงประสิทธิผลของผนัง
– กรณีที่ผนังมีที่รองรับด้านข้างทั้งด้านบนและด้านล่าง ให้ถือว่าความสูงประสิทธิผลของผนังมีค่าเท่ากับความสูงจริงของผนัง
– กรณีที่ไม่มีที่รองรับด้านข้างส่วนบนของผนัง ให้ถือว่าความสูงประสิทธิผลเท่ากับสองเท่าของความสูงของผนังจริง
4.4 ความหนาประสิทธิผล
– ความหนาประสิทธิผลของผนังซึ่งไม่มีแผ่นยึดขวาง เท่ากับความหนาจริงของผนัง ยกเว้นผนังมีช่องเปิด

องค์ประกอบต่างๆของผนังวัสดุก่อ
– ผนังที่มีที่รองรับเป็นระยะๆ ตามแนวดิ่ง และยึดแน่นหนาเป็นพิลาสเตอร์ การคำนวณอัตราส่วนความชะลูด ให้ถือว่าความหนาประสิทธิผลมีค่าเท่ากับผลคูณความหนาที่แท้จริงกับ สัมประสิทธิ์ในตารางด้านล่าง โดยที่
Tp/Tw = ความหนาของพิลาสเตอร์ / ความหนาของผนัง

– สำหรับผนังช่องเปิด ซึ่งน้ำหนักบรรทุกกระทำบนผนังทั้งสองแผง ให้คำนวณหาความหนาประสิทธิผลจากสูตรด้านล่าง
T = 2/3 (T 0 – Wc)
เมื่อ T 0 = ความหนารวมทั้งหมดของผนัง รวมทั้งความกว้างของช่องว่างด้วย
Wc = ความกว้างของช่องว่าง
4.1 น้ำหนักบรรทุกตามแนวแกน
– น้ำหนักบรรทุกตามแนวแกนที่ยอมให้ซึ่งกระทำบนผนังวัสดุก่อคอนกรีตไม่เสริมเหล็กให้คำนวนหาโดยใช้สูตรด้านล่างคือ
P = 0.20 fm’[ 1 – (h/40t) 3 ]An
– น้ำหนักบรรทุกตามแนวแกนที่ยอมให้ซึ่งกระทำบนเสาวัสดุก่อคอนกรีตไม่เสริมเหล็กให้คำนวนหาโดยใช้สูตรด้านล่างคือ
P = 0. 18 fm’[ 1 – (h/ 3 0t) 3 ]An
เมื่อ h = ความสูงประสิทธิผล
. t = ความหนาประสิทธิผล
An = พื้นที่หน้าตัดสุทธิของผนังวัสดุก่อ
กรณีที่ผนังสองแผงรับน้ำหนักบรรทุกทางแนวดิ่งทั้งสองแผง An คือพื้นที่หน้าตัดสุทธิของสองผนัง
กรณีที่ผนังสองผนังรับน้ำหนักบรรทุกทางแนวดิ่งแผงเดียว An คือพื้นที่หน้าตัดสุทธิของผนังที่รับน้ำหนัก