ການປຽບທຽບລະຫວ່າງໂຄງສ້າງເຫຼັກ ແລະ ໂຄງສ້າງເຄືອງເຊີມັງໃນດ້ານຄວາມສາມາດຮັບແຮງ

ພື້ນຖານຂອງການປະພຶດຕົວຂອງວັດຖຸ: ເຫດໃດທີ່ເຫຼັກ ແລະ ເບຕົງຈຶ່ງຕອບສະຫນອງຕໍ່ແຮງໄດ້ຕ່າງກັນ

ຄວາມແຂງແຮງໃນທິດທາງດຶງ, ຄວາມຍືດຫຍຸ່ນ, ແລະ ອັດຕາສ່ວນຂອງຄວາມແຂງແຮງຕໍ່ນ້ຳໜັກຂອງໂຄງສ້າງເຫຼັກ

ເມື່ອເວົ້າເຖິງຄວາມຕຶງ, ເຫຼັກຈະເດັ່ນຊັດເຈນຢ່າງແທ້ຈິງ. ເຫຼັກສ່ວນຫຼາຍມີຄວາມແຂງແຮງໃນການເຮັດໃຫ້ເກີດການເປີດຕົວ (yield strength) ສູງກວ່າ 450 MPa, ສິ່ງນີ້ໝາຍຄວາມວ່າ ມັນສາມາດຮັບພາລະທີ່ເປັນການດຶງໄດ້ດີກວ່າເຄື່ອງມືກໍ່ສ້າງທຳມະດາ (concrete) ແຕ່ເດີມຫຼາຍ. ສິ່ງທີ່ເຮັດໃຫ້ເຫຼັກເປັນພິເສດບໍ່ໄດ້ເປັນພຽງແຕ່ຄວາມແຂງແຮງເທົ່ານັ້ນ, ແຕ່ຍັງປະກອບດ້ວຍຄວາມຍືດຫຍຸ່ນທີ່ສູງກ່ອນຈະຫັກ. ຕ່າງຈາກວັດຖຸທີ່ເປີດຕົວຢ່າງບໍ່ມີຄວາມຍືດຫຍຸ່ນ (brittle materials) ທີ່ຫັກທັນທີ, ເຫຼັກຈະຍືດອອກຢ່າງເຫັນໄດ້ເວລາທີ່ຖືກເຄື່ອນໄຫວ, ເຮັດໃຫ້ວິສະວະກອນມີເວລາເບິ່ງເຫັນບັນຫາກ່ອນທີ່ຈະເກີດເຫດຮ້າຍ. ຄວາມສຳພັນລະຫວ່າງຄວາມແຂງແຮງຂອງວັດຖຸນີ້ ແລະ ນ້ຳໜັກຂອງມັນກໍເປັນຂໍ້ດີອີກອັນໜຶ່ງ. ວັດຖຸທີ່ເຮັດຈາກເຫຼັກຈະໝາກເຖິງໜຶ່ງໃນຫ້າຂອງນ້ຳໜັກຂອງວັດຖຸທີ່ເຮັດຈາກ concrete ສຳລັບພາລະທີ່ຄ້າຍຄືກັນ. ຂໍ້ດີນີ້ເຮັດໃຫ້ນັກອອກແບບສາມາດສ້າງໂຄງສ້າງທີ່ເບົາກວ່າ, ຕ້ອງການຮາກຖານທີ່ເລັກກວ່າ, ແລະ ສາມາດຂ້າມໄປໄດ້ໃນໄລຍະທີ່ຍາວຂຶ້ນ ໃນທຸກສິ່ງທີ່ຕັ້ງແຕ່ໂຮງງານຜະລິດຈົນເຖິງຕຶກສູງ. ສຳລັບສິ່ງກໍ່ສ້າງທີ່ຕັ້ງຢູ່ໃນເຂດທີ່ມີຄວາມສ່ຽງຈາກເຫດເຂີ່ນເຂົ້າ (earthquake zones), ຂໍ້ດີນີ້ກໍມີຄວາມສຳຄັນຫຼາຍເຊັ່ນກັນ. ສ່ວນປະກອບທີ່ເຮັດຈາກເຫຼັກສາມາດງອງ ແລະ ເກີດການເปลີ່ນຮູບໄດ້ໃນເວລາເກີດເຫດເຂີ່ນເຂົ້າ ແຕ່ຍັງຄົງຮັກສາຄວາມໝັ້ນຄົງໄວ້ໄດ້, ໂດຍການດູດຊຶມຄືນຄືນ (absorbing) ຄືນຄືນ (shock waves) ແທນທີ່ຈະໃຫ້ມັນເຮັດໃຫ້ເກີດຄວາມລົ້ມສະລາກທີ່ຮ້າຍແຮງ.

ອິດທິພົນຂອງການບີບອັດ, ຄວາມເປືອຍຫຼາກ, ແລະ ຜົນກະທົບຈາກການຈຳກັດໃນເຫຼັກເສີມເຄື່ອງມື

ເບຕົງຈະມີຄວາມແຂງແຮງສູງເມື່ອຖືກກົດ (compressed) ເຖິງຂະນາດທີ່ເກີນ 50 MPa ແຕ່ຈະຫຼຸດລົງຢ່າງໄວວ່າເມື່ອຖືກດຶງອອກ (pulled apart) ແຕ່ການເພີ່ມເສົາເຫຼັກເຂົ້າໄປໃນເບຕົງຈະປ່ຽນທຸກຢ່າງ: ເບຕົງຈະຮັບແຮງກົດ (squishing forces) ທັງໝົດ ໃນຂະນະທີ່ເສົາເຫຼັກຈະຮັບແຮງດຶງ (stretching stresses) ແຕ່ມີຂໍ້ຈຳກັດໜຶ່ງ: ເສົາເບຕົງທົ່ວໄປຈະຫັກເປັນເອກະລັກໂດຍບໍ່ມີຄຳເຕືອນເມື່ອຖືກກົດຫຼາຍເກີນໄປທັງໃນທິດທາງລົງຕັ້ງໆ ແລະ ຂ້າງຂວາ-ຂ້າງຊ້າຍ ແຕ່ການປົກປ້ອງ (confinement) ຈະເປັນປະໂຫຍດຢ່າງຫຼວງຫຼາຍ ໂດຍການຫໍ່ເສົາດ້ວຍສາຍຮັດເປັນເກີດ (spiral ties) ຫຼື ວົງຮັດ (hoops) ທີ່ຈັດຫ່າງກັນຢ່າງໃກ້ຊິດ ຈະໃຫ້ຜົນໄດ້ຮັບທີ່ດີຂຶ້ນຫຼາຍ ການສຶກສາສະແດງໃຫ້ເຫັນວ່າວິທີນີ້ສາມາດເພີ່ມຄວາມຍືດຫຍຸ່ນ (ductility) ໄດ້ເຖິງສາມເທົ່າໃນເວລາເກີດແຜ່ນດິນໄຫວ ໂດຍອີງຕາມການສຶກສາກ່ຽວກັບການປະພຶດຕົວຂອງເບຕົງທີ່ຖືກປົກປ້ອງ (confined concrete) ສິ່ງນີ້ໝາຍຄວາມວ່າ ພວກເຮົາຈະປ່ຽນເຫດການທີ່ຈະເກີດຂື້ນຢ່າງທັນທີທັນໃດ ແລະ ຮ້າຍແຮງ (sudden catastrophic failures) ໃຫ້ເປັນເຫດການທີ່ຄາດການໄດ້ (predictable crushing events) ແທນ ເຮົາຈະປ່ຽນຈຸດອ່ອນໃຫ້ເປັນການຄວບຄຸມຄວາມແຂງແຮງ (strength control) ເພື່ອໃຫ້ສາງຍັງຄົງຢືນຢູ່ໄດ້ເຖິງແມ່ນວ່າຈະເກີດສະເທືອນ (shaky) ກໍຕາມ

ປະສິດທິພາບຂອງອົງປະກອບທີ່ຮັບແຮງ: ເສົາ, ແຖວ, ແລະ ປະສິດທິພາບຂອງເສັ້ນທາງການຖ່າຍແຮງ

ເສົາໂຄງສ້າງເຫຼັກ: ຄວາມຕ້ານທານຕໍ່ການບີບອັດທີ່ດີເລີດ ແລະ ການດູດຊຶມພະລັງງານຫຼັງຈາກເກີດການເຮັດວຽກເກີນຂອບເຂດ

ເສົາເຫຼັກສາມາດຕ້ານທານການບີບອັດໄດ້ຢ່າງດີເລີດເມື່ອຮັບພາລະແນວຕັ້ງ ເນື່ອງຈາກມີອັດຕາສ່ວນຂອງຄວາມແຂງແຮງຕໍ່ນ້ຳໜັກທີ່ສູງຫຼາຍ. ສິ່ງນີ້ເຮັດໃຫ້ວິສະວະກອນສາມາດອອກແບບສ່ວນທີ່ບາງແຕ່ແຂງແຮງຂຶ້ນ ເຊິ່ງເໝາະສົມຢ່າງຍິ່ງສຳລັບຕຶກສູງ. ແຕ່ສິ່ງທີ່ເຮັດໃຫ້ເຫຼັກເປັນເອກະລັກຈິງໆ ແມ່ນພຶດຕິກຳຂອງມັນເວລາຖືກເຄື່ອນໄຫວເກີນຂອບເຂດປົກກະຕິ. ວັດສະດຸຈະເບື່ອງ ແລະ ເปลີ່ຍຮູບຮ່າງ ແທນທີ່ຈະຫັກຫົວ ເຊິ່ງຊ່ວຍດູດຊຶມພະລັງງານຈຳນວນຫຼາຍໃນລະຫວ່າງວຟັງການເຄື່ອນໄຫວຊ້ຳໆ. ຄວາມສາມາດໃນການເຮັດວຽກຕໍ່ໄປຫຼັງຈາກເຖິງຈຸດເຮັດວຽກສູງສຸດ (yield point) ນີ້ມີຄວາມສຳຄັນຢ່າງຍິ່ງໃນເຂດທີ່ເກີດແຜ່ນດິນໄຫວ. ອາຄານທີ່ອອກແບບຕາມວິທີນີ້ສາມາດຢືນຢູ່ໄດ້ຈົນຮອດເຖິງການສັ່ນໄຫວຮຸນແຮງໂດຍບໍ່ລົ້ມສະລາຍທັງໝົດ. ນີ້ແມ່ນເຫດຜົນທີ່ພວກເຮົາເຫັນເສົາເຫຼັກຖືກນຳໃຊ້ເພື່ອຮັບນ້ຳໜັກຂອງຕຶກທີ່ສູງຂຶ້ນເລື່ອຍໆ ແຕ່ຍັງຮັກສາຄວາມປອດໄພໃຫ້ແກ່ຜູ້ຄົນທີ່ຢູ່ໃນນັ້ນ.

ເສົາເຫຼັກເສີມເປີດ: ຂອບເຂດຄວາມຈຸກຳໃນທິດທາງແນວຕັ້ງ ແລະ ຍຸດທະສາດການອອກແບບສຳລັບສະຖານະການທີ່ຮັບພາລະສູງ

ເສົາເຄື່ອງມືທີ່ເຮັດຈາກເບຕົງ ແມ່ນຮູ້ຈັກກັນດີວ່າມີຄວາມແຂງແຮງໃນການຮັບແຮງກົດ (compressive strength) ທີ່ດີເລີດ, ໂດຍທົ່ວໄປແລ້ວຢູ່ໃນຊ່ວງປະມານ 3,000 ຫາ 10,000 psi ໃນສູດປະສົມທີ່ໃຊ້ທົ່ວໄປ. ເຖິງຢ່າງໃດກໍຕາມ, ເມື່ອເວົ້າເຖິງການຮັບແຮງຕາມແກນ (axial loading), ເສົາເຫຼົ່ານີ້ຈະລົ້ມສະລາຍໃນທີ່ສຸດ ເນື່ອງຈາກວ່າເບຕົງຖືກບີບອັດຈົນເສຍຮູບພາຍໃຕ້ຄວາມກົດທີ່ຫຼາຍເກີນໄປ. ນີ້ແມ່ນເຫດຜົນທີ່ວິສະວະກອນດ້ານໂຄງສ້າງມັກນຳໃຊ້ວິທີການຫຼາຍຮູບແບບເພື່ອກັກຂັງ (confinement methods). ການເສີມແຂງແບບເກືອກ (spiral reinforcement) ແມ່ນວິທີໜຶ່ງທີ່ເຮັດໃຫ້ຄວາມຍືດຫຍຸ່ນ (ductility) ດີຂຶ້ນປະມານ 40 ເປີເຊັນ ເມື່ອທຽບກັບເສົາທີ່ເສີມແຂງແບບມີຂອງ (tied columns). ອີກວິທີໜຶ່ງແມ່ນການເຄື່ອນກ່ອນ (prestressing) ເຊິ່ງເປັນການນຳເອົາເບຕົງໄປຢູ່ໃຕ້ສະພາບການກົດກ່ອນທີ່ຈະມີການຮັບແຮງຈິງໃດໆເຂົ້າມາ, ເຮັດໃຫ້ມັນມີຄວາມສາມາດໃນການຮັບແຮງໄດ້ດີຂຶ້ນ ແລະ ຕ້ານການແຕກຫັກໄດ້ດີຂຶ້ນ. ເທັກນິກວິສະວະກຳເຫຼົ່ານີ້ເປັນເຫດຜົນທີ່ເບຕົງເສີມແຂງ (reinforced concrete) ຍັງຄົງໄດ້ຮັບຄວາມນິຍົມສູງໃນການຮັບແຮງນ້ຳໜັກທີ່ໜັກຫຼາຍແລະຄົງທີ່ (static loads) ເຊັ່ນ: ລະບົບຮາກເລິກ (deep foundation systems), ໂຄງສ້າງຮອງຮັບໃນອຸດສາຫະກຳ (industrial support structures), ແລະ ສ່ວນປະກອບຂອງເຂື່ອນ (dam abutments). ມວນນ້ຳໜັກທຳມະຊາດຂອງວັດສະດຸນີ້ ຮ່ວມກັບຄວາມສາມາດໃນການຕ້ານການກົດ ເຮັດໃຫ້ມັນດີກວ່າເຫຼັກໃນຫຼາຍສະຖານະການ ໂດຍເฉພາະໃນກໍລະນີທີ່ຊິ້ນສ່ວນທີ່ບາງ (slender members) ມີແນວໂນ້ມທີ່ຈະຄຸ້ມ (buckle) ພາຍໃຕ້ນ້ຳໜັກຂອງຕົວເອງ.

ຄວາມເໝາະສົມຕາມການນຳໃຊ້ທີ່ເປັນເອກະລັກ: ການຈັບຄູ່ລະບົບໂຄງສ້າງກັບຄວາມຕ້ອງການຂອງແຮງ

ການເລືອกระຫວ່າງເຫຼັກແລະເບຕົງແທ້ໆແລ້ວແມ່ນຂຶ້ນກັບການຈັບຄູ່ຄຸນສົມບັດທີ່ແຕ່ລະວັດຖຸສາມາດເຮັດໄດ້ກັບສິ່ງທີ່ໂຄງການຕ້ອງການຢ່າງແທ້ຈິງ. ເຫຼັກມີຄວາມແຂງແຮງທີ່ດີເລີດເມື່ອທຽບກັບນ້ຳໜັກຂອງມັນ, ເຊິ່ງເປັນເຫດຜົນທີ່ພວກເຮົາເຫັນມັນຖືກນຳໃຊ້ຢ່າງຫຼວງຫຼາຍໃນການກໍ່ສ້າງທີ່ມີການກະຈາດໄລຍະທີ່ຍາວເຊັ່ນ: ສະຖານທີ່ເກັບເຮືອບິນ, ສະຖາດຽວກິລາ, ແລະ ສະພານ ໂດຍທີ່ການຮັກສານ້ຳໜັກໃຫ້ເບົາເປັນສິ່ງທີ່ສຳຄັນຫຼາຍ. ເບຕົງມັກຈະເປັນທີ່ນິຍົມໃຊ້ເມື່ອນ້ຳໜັກ ແລະ ຄວາມແຂງແຮງຕໍ່ການອັດແນ້ນ (compression strength) ແມ່ນເປັນປັດໄຈທີ່ສຳຄັນ. ຕົວຢ່າງເຊັ່ນ: ເສາຮາກ (foundation piles), ຮ້ານກັ້ນທີ່ມີຂະໜາດໃຫຍ່ຫຼວງທີ່ລ້ອມຮອບເຂດເຄື່ອນໄຫວນິວເຄີຍ (nuclear plants), ຫຼື ລະບົບຈັດການນ້ຳ. ເມື່ອມີຄວາມກັງວົນເຖິງອັນຕະລາຍຈາກເຫດເກີດแผ่นດິນໄຫວໃນຕຶກສູງ, ຄວາມສາມາດຂອງເຫຼັກໃນການງໍ່ໄດ້ໂດຍບໍ່ຫັກຈະເປັນສິ່ງທີ່ມີຄຸນຄ່າຫຼາຍ. ຄວາມຍືດຫຸ່ນນີ້ຊ່ວຍໃຫ້ຕຶກສູງສາມາດປ່ຽນຮູບຮ່າງໄດ້ຢ່າງຄວບຄຸມໃນເວລາເກີດເຫດເກີດแผ่นດິນໄຫວ. ການເບິ່ງເອກະສານຈິງຈາກ Council on Tall Buildings and Urban Habitat ແຕ່ເລີ່ມເຫັນວ່າເຫຼັກຖືກນຳໃຊ້ຢ່າງກວ້າງຂວາງເຖິງປານໃດ – ມີບາງສິ່ງບາງຢ່າງເຊັ່ນ: ປະມານ 90% ຂອງຕຶກທີ່ມີຄວາມສູງເກີນ 300 ແມັດເຕີ ໃຊ້ໂຄງສ້າງເຫຼັກ.

ເມື່ອຈັດການກັບແຮງທີ່ປ່ຽນແປງໄດ້ (dynamic loads) ໂດຍສະເພາະແຮງທີ່ເກີດຈາກເຄື່ອງຈັກອຸດສາຫະກຳ, ເຫຼັກມີແນວໂນ້ມທີ່ຈະປະຕິບັດຕົວຢ່າງຄາດເດົາໄດ້ໃຕ້ຄວາມເຄັ່ງຕຶງ (stress) ເຊິ່ງເຮັດໃຫ້ວິສະວະກອນສາມາດວິເຄາະ ແລະ ຄວບຄຸມການສັ່ນສະເທືອນໄດ້ງ່າຍຂຶ້ນ. ໃນດ້ານກົງກັນຂ້າມ, ເບຕົງເສີມເຫຼັກມີຂໍ້ດີທຳມະຊາດເນື່ອງຈາກນ້ຳໜັກຂອງມັນ ເຊິ່ງໃຫ້ການປ້ອງກັນທີ່ດີຂື້ນຕໍ່ການระເບີດ ແລະ ສິ່ງຂອງທີ່ບິນໄປທົ່ວໄປໃນບ່ອນທີ່ຄວາມປອດໄພເປັນສິ່ງທີ່ສຳຄັນທີ່ສຸດ. ພວກເຮົາກຳລັງເຫັນອາຄານຫຼາຍຂື້ນທີ່ປະສົມວັດສະດຸເຫຼົ້ານີ້ເຂົ້າດ້ວຍກັນ. ສ່ວນກາງທີ່ເຮັດຈາກເບຕົງໃຫ້ຄວາມສະຖຽນຕົນທາງໂຄງສ້າງ ແລະ ສອດຄ່ອງກັບຂໍ້ກຳນົດດ້ານຄວາມປອດໄພຈາກໄຟ, ໃນຂະນະທີ່ໂຄງສ້າງເຫຼັກຢູ່ແຕ່ລະດ້ານຊ່ວຍໃຫ້ຜູ້ຮັບເໝາະສາມາດກໍ່ສ້າງໄດ້ໄວຂື້ນໂດຍບໍ່ຕ້ອງຕິດຕັ້ງເສົາທົ່ວທຸກຊັ້ນ. ອີງຕາມບົດລາຍງານບາງຊິ້ນທີ່ເຜີຍແຜ່ເມື່ອເຮັດໄດ້ໃນເວລາຫຼາຍໆປີທີ່ຜ່ານມາໂດຍຜູ້ຊ່ຽວຊານດ້ານວິສະວະກຳທາງເທືອງ, ລະບົບປະສົມເຫຼົ້ານີ້ມີປະສິດທິພາບດີຂື້ນປະມານ 15 ຫາ 20 ເປີເຊັນໃນການຮັບແຮງໃນຕຶກສູງທີ່ມີການນຳໃຊ້ຫຼາຍຮູບແບບ (mixed use skyscrapers) ເມື່ອທຽບກັບການໃຊ້ວັດສະດຸເພີ່ງເດີ່ยวໆທັງໝົດທົ່ວອາຄານ.

ພາກ FAQ

ຫຼັກການໃດທີ່ເຮັດໃຫ້ໂຄງສ້າງເຫຼັກເປັນຂໍ້ດີໃນເຂດທີ່ມີຄວາມສ່ຽງຈາກເຫດໄຟໄໝ້?

ໂຄງສ້າງເຫຼັກມີອັດຕາສ່ວນຂອງຄວາມແຂງແຮງຕໍ່ນ້ຳໜັກທີ່ສູງຫຼາຍ ແລະສາມາດງໍ່ ແລະປ່ຽນຮູບຮ່າງໄດ້ໃນເວລາເກີດເຫດເຂີ່ນ, ຊຶ່ງຊ່ວຍດູດຊຶມຄື່ນສັ່ນສະເທືອນແທນທີ່ຈະເຮັດໃຫ້ເກີດຄວາມລົ້ມສະລາກທີ່ຮ້າຍແຮງ.

ເປັນຫຍັງຈຶ່ງນິຍົມໃຊ້ເຫຼັກເສີມໃນສ່ວນຮາກຖານ?

ເຫຼັກເສີມໃນເບຕົງຖືກນິຍົມໃຊ້ໃນສ່ວນຮາກຖານເນື່ອງຈາກຄວາມຕ້ານທາງການອັດທີ່ດີເລີດ ແລະຄວາມສາມາດໃນການຮັບນ້ຳໜັກທີ່ໜັກຢ່າງຄົງທີ່, ເຮັດໃຫ້ມັນດີເລີດກວ່າໃນສະຖານະການທີ່ມວນເລື່ອງຂອງນ້ຳໜັກ ແລະຄວາມຕ້ານທາງການອັດມີຄວາມສຳຄັນຢ່າງຍິ່ງ.

ການຈຳກັດ (Confinement) ສາມາດປັບປຸງປະສິດທິພາບຂອງເສົາເບຕົງໄດ້ແນວໃດ?

ການຈຳກັດດ້ວຍສາຍຮັດເປັນເກືອກ (spiral ties) ຫຼືວົງຮັດ (hoops) ສາມາດເພີ່ມຄວາມຍືດຫຍຸ່ນຂອງເສົາເບຕົງ, ເຮັດໃຫ້ມັນມີຄວາມສຸ່ມເສີ່ງຕໍ່ການລົ້ມສະລາກຢ່າງທັນທີ ແລະມີປະສິດທິພາບດີຂຶ້ນໃນການຮັບຄວາມເຄັ່ງຕຶງໃນເວລາເກີດເຫດເຂີ່ນ.

ຄວນໃຊ້ໂຄງສ້າງເຫຼັກແທນທີ່ຈະໃຊ້ໂຄງສ້າງເບຕົງໃນເວລາໃດ?

ໂຄງສ້າງເຫຼັກຖືກນິຍົມໃຊ້ສຳລັບການນຳໃຊ້ທີ່ຕ້ອງການຊ່ວງທີ່ຍາວ ແລະຄວາມຍືດຫຍຸ່ນ, ເຊັ່ນ: ໃນເຂດທີ່ມີຄວາມສ່ຽງຕໍ່ເຫດເຂີ່ນ, ສະຖານທີ່ຈັດກິລາ, ແລະສະພານ, ໂດຍທີ່ການປະຢັດນ້ຳໜັກ ແລະຄວາມຍືດຫຍຸ່ນມີຄວາມສຳຄັນຫຼາຍ.