ส ำนกงำนกองทนสนบสนนกำรวจย (สกว)

โครงการศกษาก าลงตานแผนดนไหวของโครงสรางคอนกรตส าเรจรปและการเสรมก าลงอาคารคอนกรตเสรมเหลกตาน

แผนดนไหว โครงการยอยท 2 การศกษาระบบผนงรบแรงส าเรจรปตานทานแรง

แผนดนไหว

โครงกำรศกษำวจย

ศ.ดร.อมร พมำนมำศ (สถำบนเทคโนโลยนำนำชำตสรนธร)

ทมำของปญหำ

• ผนงคอนกรตเปนโครงสรางทมประสทธภาพส าหรบ

การตานทานแรงกระท าดานขางและมกน ามาใชเปน

ระบบหลกในการตานทานแผนดนไหวส าหรบอาคาร

คอนกรตเสรมเหลก

• ระบบโครงสรางผนงคอนกรตมทงแบบหลอในทและ

แบบผนงส าเรจรปท าใหเกด Aftershock มากกวา

1,000 ครง

• ระบบผนงส าเรจรปจะมประสทธภาพในการรบแรง

กระท าดานขางและรบน าหนกบรรทกไดดระบบ

โครงสรางหนงแตมกเกดปญหาทจดตอ

• งานวจยทเ กยวของกบการประยกตใชระบบผนง

ส าเรจรปในพ นททเกดแผนดนไหวยงมงานวจยไมมาก

นก

ทบทวนวรรณกรรมทเกยวของ

การศกษาของ Daneil Bedoya-Ruíz et al. 2012 ไดแนะน าระบบผนงคอนกรต

อดแรงส าหรบการกอสรางบานทอยอาศย ผนงคอนกรตส าเรจรปทท าดวย

คอนกรตก าลงสงทมการเสรมเหลกเสนและลวดอดแรง

การศกษาของ Daneil Bedoya-Ruíz et al. 2012

การทดสอบประกอบดวยชนทดสอบจ านวน 6 ชนภายใตแรงกระท าดานขาง จากการทดสอบสามารถประเมนก าลงตานแรงเฉอน ความเหนยวการสลายพลงงานและการแตกราวทเกดขนในผนงผลการศกษาสรปไดวาผนงคอนกรตอดแรงส าเรจรปทเสรมเหลกและท าการอดแรงสามารถใชส าหรบการกอสรางทอยอาศยได

การศกษาของ Daneil Bedoya-Ruíz et al. 2012

โรงเรยน

Maximum Ultimate Drift = 1.0%

กำรศกษำของ Ton Holden et al. 2003

Holden et al ไดท าการทดสอบผนง precast concrete cantilever wall 2 ช น

ทดสอบ ภายใตแรงดานขางแบบกงสถต

กระท าเปนวฏจกร

ผลการทดสอบแสดงใหเหนวาผนงส าเรจรป

ธรรมดาทกอสรางเลยนแบบผนงเทในทม

ประสทธทดมากในแงของความเหนยวและ

ความสามารถในการดดซบพลงงานจนถง

ระดบการเคลอนตว 2.5%

กำรศกษำของ Ton Holden et al. 2003

การยดระหวางผนงส าเรจรปและคานฐานราก

กำรศกษำเชงวเครำะห

งานวจยของ Sriram Aaleti

ศกษาเกยวกบพฤตกรรมของโครงสรางระบบผนงส าเรจรปชนดอดแรงทหลงแบบไรแรงยดเหนยว ภายใตแรงทางดานขาง เนองจากเปนระบบ

กอสรางทท าไดงายและมพฤตกรรมทดในแงของ

การคนศนยดวยตนเอง (Self-Centering)

อยางไรกตามการวเคราะหผนงส าเรจรปดงกลาวไมสามารถใชการวเคราะหหนาตดแบบปกตได เนองจากมความไมสอดคลองของความเครยดระหวางลวดอดแรงแบบไรแรงยดเหนยวและคอนกรต

งำนวจยของ Felipe J. Perez 2007

งานวจยน ศกษาเกยวกบผนงคอนกรตอดแรงส าเรจรปแบบไรแรงยดเหนยว (UPT) ทมจดตอในแนวราบส าหรบตานทาน

แรงดานขางในพนททเกด

แผนดนไหว

งานวจยนน าเสนอวธวเคราะหอยางงาย (simple model) เพอใชท านายพฤตกรรมรบแรงดานขางของผนงแบบ UPT โดยเปรยบเทยบกบผลการทดสอบดวย และ วธ fiber model

งำนวจยของ Felipe J. Perez 2007

3. กำรกอสรำงระบบชนสวนส ำเรจรปในประเทศไทย

• อตสาหกรรมการกอสรางระบบชนสวนส าเรจรปในประเทศไทยไดเรมตนข นเมอ

ประมาณ 40 ปกอน

• โครงการในยคแรกทโดดเดนไดแก การกอสรางอาคารคอนโดมเนยมในโครงการ

เมองทองธาน โครงการกอสรางหอพกเอเชยนเกมสภายใน

มหาวทยาลยธรรมศาสตร ศนยรงสต

• ในชวงหลายสบปทผานมา เทคนคการกอสรางอาคารทใชช นสวนส าเรจรปไดถก

น ามาใชอยางกวางขวางในประเทศไทย

• การกอสรางแบบใชชนสวนส าเรจรปสามารถน ามาใชกอสรางบาน อพารทเมนท

คอนโดมเนยม โครงสรางสะพาน โรงงาน

• ช นสวนส าเรจรปถกผลตโดยบรษทกอสรางตางๆ เชน VCON Thai, Sino-Thai Engineering Pathum Thani Precast Concrete Factory, กลมบรษท SCG,บรษทพฤกษา และบรษทรบสรางบานอกๆหลายแหง เปนตน

3.1 ระบบโครง คำน เสำ พ น ส ำเรจรป

1. main spandrel beam)2. (plank or hollow core slab)3. (Internal rectangular

beam)4. (gable spandrel beam)5. gable beam)6. main edge beam)7. landing support beam)8. staircase and landing)9. ground beam)10. column)11. wall)12. double-tee unit)13. internal beam)14. main edge

spandrel beam)

ตวอยำงระบบโครงคำน เสำ พ นส ำเรจรป

3.2 ระบบผนงคอนกรตรบแรง (bearing wall)

• ระบบโครงสรางนจะรบน าหนกบรรทกจากพนเปนแบบทศทางเดยว

• ระบบนมขอเสยคอขาดความยดหยนทางสถาปตยกรรม เนองจากผนงรบแรงจะตองวางตวเปนรปสเหลยมตามแนวกรด

• ขอไดเปรยบของระบบนคอ ประหยดเวลาในการกอสราง เนองจากไดท าการตกแตงผวภายนอกอาคารและท าส ส าเรจเรยบรอยแลวจากในโรงาน

• นอกจากนนยงมการวางงานระบบไฟฟา และประปาฝงในผนงคอนกรตเรยบรอยแลว

ตวอยำง กำรกอสรำงระบบผนงคอนกรตรบแรง

ตวอยำงระบบกำรกอสรำงส ำหรบอำคำรสง 1-2 ชน

ตวอยางผงพน

ตวอยำงระบบกำรกอสรำงส ำหรบอำคำรสง 1-2 ชน

ตวอยำงระบบกำรกอสรำงส ำหรบอำคำรสง 1-2 ชน

ตวอยำงระบบกำรกอสรำงส ำหรบอำคำรสง 1-2 ชน

รายละเอยดการเสรมเหลกในแผนส าเรจรปทมชองเปด

ตวอยำงกำรกอสรำงอำคำรในประเทศไทยทใชผนง

ส ำเรจรปมควำมสง 5-8 ชน

• ในการกอสรางอาคารทมความสงตงแต 5 ชนขนไปหรอทเรยกวาอาคารทมความสงปานกลาง นยมกอสรางมากในปจจบนส าหรบเปนอาคารพกอาศย เชน แฟลต อพารตเมนท เปนตน

• การกอสรางตองการความรวดเรวและมรปแบบทซ าๆในหลายๆชนไดเนองจากความตองการเปนทอยอาศยในแตละยนตซงตองมการกอก าแพงกนระหวางยนตอยแลว

• การกอสรางดวยระบบผนงส าเรจรปจงตอบสนองความตองการไดเปนอยางดเนองจากสามารถใชผนงเปนทงโครงสรางและผนงกน (Partition Wall) ไดภายในตว

• ท าใหประหยดเวลาและแรงงานในการกอสรางและตดตงผนงส าเรจรปเพอประกอบเปน

โครงสรางอาคาร

• อยางไรกตามในปจจบนไดมการพยายามลดน าหนกของตวผนงส าเรจรปลงเพอใหสะดวก

ตอการขนยายและการยกตดตงโดยใชเครน ซงจะยงชวยประหยดทงคอนกรตและ

คาใชจายในการขนสงและตดตงอกดวย

• ในปจจบนจงเหนมการใชเทคนคการลดน าหนกผนงส าเรจรปดวยวธตางๆ เชน การใส

แผนโฟมเพอแทนคอนกรตบางสวน

กำรกอสรำงผนงส ำเรจรปแบบทมกำรใชแผนโฟม

หนำตดผนงส ำเรจรปทมโฟมอยดำนใน

ขอพจำรณำกำรน ำแผนโฟมใชในงำนโครงสรำง

การน าโฟมเขามาเปนสวนหนงของการกอสรางจะตองไดรบการพสจนในทางวศวกรรมหลายๆดาน เพอใหเกดความปลอดภย แตกมขอดอยหลายประการดวยกนดงน• โครงสรางทไดมน าหนกเบา ท าใหประหยดฐานราก และลดแรงแผนดนไหว• การน าไปใชงานตองผานการทดสอบคณสมบตทางวศวกรรมจากสถาบนท

นาเชอถอ• ประหยดเวลาและแรงงานทใชในการกอสราง• ลดตนทนในการกอสราง• การกอสรางทเปนมตรตอสงแวดลอม• สามารถกนไฟไดเปนอยางด ภายใตการมผลทดสอบรองรบ• ผนงทมโฟมดานในมความเปนฉนวนความรอนสง ชวยเรองการประหยดพลงงาน • มความสามารถในการเปนฉนวนปองกนเสยงไดด

ขนตอนกอสรำงโครงสรำงระบบผนงส ำเรจรปในประเทศไทย

1. Cast

. Install

2. Transport

. Connect

3. Survey

5. Shore

ระบบกำรยดตอระหวำงผนงส ำเรจรป

การยดระหวางแผนส าเรจรปโดยใชเหลกวง

ระบบกำรยดตอระหวำงผนงส ำเรจรป

การยดโดยใชเหลกเดอยแลวเชอมเหลกเขาดวยกน เนองจากการยดเหลกโดยใชวธการทาบแลวเทคอนกรตลงไปเพอใหเหลกสามารถถายแรงระหวางกนโดยผานคอนกรตนน จ าเปนตองระยะทาบเหลกทยาวท าใหการท างานไมสะดวก จงมการคดวธยดเหลกโดยใชการเชอมเหลกเพอลดระยะทาบลง

กำรเชอมตอทำงกลระหวำงชนสวนโดยใชกำรเชอม

แผนเหลกฝงเขำไปในชนสวนผนงส ำเรจรป

2

twlw

lw

กำรทดสอบผนงส ำเรจรป

ตวอยางชนทดสอบผนงและฐานราก

สกดคอนกรตเพอใหเหนเหลกในผนงส าเรจรป ท าการเชอมเหลกในผนงกบเหลกทยนจากคานฐานราก

ชนทดสอบผนง

ส ำเรจรปแบบตน

ชนทดสอบผนง

ส ำเรจรปแบบโฟม

กำรทดสอบระบบผนงเดยว

กำรทดสอบระบบผนงควบแนวนอน

กำรทดสอบระบบ

ผนงควบแนวตง

กำรทดสอบระบบผนงควบแนวนอนและแนวตง

น ำหนกบรรทกแบบ REVERSE CYCLIC LOAD

กำรวเครำะหไฟไนตเอลเมนต VECTOR2

• ท าการศกษาพฤตกรรมของผนงส าเรจรปดวยวธไฟไนตเอลเมนตอกทางหนง เพอใหน าผลทไดจากการวเคราะหมาเปรยบเทยบกบผลทดสอบ

• การวเคราะหไฟไนตเอลเมนตในโครงการน จะใชโปรแกรม VECTOR2 ซงเปนโปรแกรมไฟไนตเอลเมนตแบบไรเชงเสน (Nonlinear FEM) ทมพ นฐานการวเคราะหจากแบบจ าลอง Disturbed Stress Field Model (DSFM) ซงเปนแบบจ าลองทพฒนาและปรบปรงมาจากทฤษฎ Modified Compression Field Theory (MCFT)

กำรวเครำะหไฟไนตเอลเมนต VECTOR2

• ในวธนจะพจารณาพฤตกรรมของรอยราวเปนแบบ Smeared Rotating Crack • โปรแกรม VECTOR2 ใชแบบจ าลองทละเอยด คอประกอบดวยจ านวนเอล

เมนตทมาก แตเปนเอลเมนตทเปน Low-powered elements ซงท าใหการค านวณมประสทธภาพสงและรวดเรว

• เอลเมนตทใชในการจ าลองผนงส าเรจรปประกอบดวยเอลเมนตรปสามเหลยม

ทม 3 โหนด และเอลเมนตสเหลยมผนผาทม 4 โหนด

• จ าลองคอนกรตและเหลกเสรมในแบบ Smeared concept ได ซงใชจ าลองเหลกเสรมตะแกรงทเสรมอยภายในแผน

• ส าหรบการจ าลองการเชอมระหวางรอยตอ จะใช discrete reinforcement ซงจ าลองโดยเอลเมนตแบบโครงถกทมสองโหนด

• จ าลองพฤตกรรม bond slip จะใช Link element แบบ 2 โหนด และ

Contact element แบบ 4 โหนด เขารวมในการสรางแบบจ าลองดวย

แบบจ ำลองไฟไนตเอลเมนตส ำหรบระบบโครงสรำงผนงเดยว

แบบจ ำลองไฟไนตเอลเมนตส ำหรบระบบโครงสรำงผนงเดยว

ผนงส าเรจรป ผนงหลอในท (ส าหรบเปรยบเทยบ)

แบบจ ำลองไฟไนตเอลเมนตส ำหรบระบบผนงควบแนวนอน

ผนงส าเรจรป

ผนงหลอในท (ส าหรบเปรยบเทยบ)

แบบจ ำลองไฟไนตเอลเมนตส ำหรบระบบผนงควบแนวตง

ผนงส าเรจรป ผนงหลอในท (ส าหรบเปรยบเทยบ)

แบบจ ำลองไฟไนตเอลเมนตส ำหรบระบบผนงควบแนวนอนและแนวตง

ผนงส าเรจรป ผนงหลอในท (ส าหรบเปรยบเทยบ)

ผลกำรวเครำะหไฟไนตเอลเมนต

ระบบผนงเดยว : แรง vs ระยะเคลอนตว

-300

-200

-100

0

100

200

300

-5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5

Late

ral Lo

ad

(kN

)

Drift (%)

Cast in Place

Precast

ผลกำรวเครำะหไฟไนตเอลเมนต

ระบบผนงเดยว: เปรยบเทยบรอยรำว

ผนงส าเรจรป ผนงหลอในท (ส าหรบเปรยบเทยบ)

ผลกำรวเครำะหไฟไนตเอลเมนต

ระบบผนงควบแนวนอน : แรง vs ระยะเคลอนตว

-1500

-1000

-500

0

500

1000

1500

-0.6 -0.4 -0.2 0 0.2 0.4 0.6

Late

ral Lo

ad

(kN

)

Drift (%)

Cast in Place

Precast

ผลกำรวเครำะหไฟไนตเอลเมนต

ระบบผนงเดยว: เปรยบเทยบรอยรำว

ผนงส าเรจรป

ผนงหลอในท (ส าหรบ

เปรยบเทยบ)

ผลกำรวเครำะหไฟไนตเอลเมนต

ระบบผนงควบแนวตง : แรง vs ระยะเคลอนตว

-300

-200

-100

0

100

200

300

-5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5

Late

ral Lo

ad

(kN

)

Drift (%)

Cast in Place

Precast

ผลกำรวเครำะหไฟไนตเอลเมนต

ระบบผนงเดยว: เปรยบเทยบรอยรำว

ผนงส าเรจรป ผนงหลอในท (ส าหรบเปรยบเทยบ)

ผลกำรวเครำะหไฟไนตเอลเมนต

ระบบผนงควบแนวนอนและแนวตง : แรง vs ระยะเคลอนตว

-1000

-800

-600

-400

-200

0

200

400

600

800

1000

-2 -1.5 -1 -0.5 0 0.5 1 1.5 2

Late

ral Lo

ad

(kN

)

Drift (%)

Cast in Place

Precast

ผลกำรวเครำะหไฟไนตเอลเมนต

ระบบผนงเดยว: เปรยบเทยบรอยรำว

ผนงส าเรจรป ผนงหลอในท (ส าหรบเปรยบเทยบ)

ควำมคบหนำของกำรศกษำเชงกำรทดลอง

แบบชนทดสอบผนง

กำรเตรยมชนทดสอบในหองปฏบตกำร

ต ำแหนงทตดตง strain gages

กำรเตรยมตะแกรงเหลกเพอเสรมในก ำแพง

กำรเทคอนกรตฐำนรำกและกำรเตรยมเหลกเดอย

ฝงในฐำนรำก

กำรสกดคอนกรตเพอเผยใหเหนเหลกในก ำแพง

กำรเตรยมตดตงผนงส ำเรจรปบนฐำนรำกทไดเตรยมไว

กำรเชอมเหลกในฐำนรำกกบเหลกในผนงส ำเรจรป

กำร grout ปนเพอปดรอยเชอม

กำรหลอคำนดำนบน