พื้น Post-Tension คืออะไร มีการทำงานยังไง มีข้อดีข้อเสียอย่างไร

Post-Tension

บทความนี้ เราจะมาเจาะลึกเกี่ยวกับพื้นโพสเทนชั่น (Post-Tension) หรือพื้นอัดแรง ซึ่งเป็นเทคโนโลยีที่กำลังเป็นที่นิยมอย่างยิ่งในการก่อสร้างอาคารสูงในยุคปัจจุบัน มาดูกันว่า มันคืออะไร มีหลักการทำงานยังไง มีองค์ประกอบอะไรบ้าง มีวิธีการผลิต ก่อสร้าง และติดตั้งอย่างไร พร้อมวิเคราะห์ข้อดีข้อเสียโดยละเอียด เมื่อเทียบกับพื้นธรรมดา

พื้น Post-Tension คืออะไร

PT Slab หรือพื้นแบบ Post-Tension คือพื้นอัดแรงแบบ Flat Slab ที่เป็นระบบพื้นไร้คาน เป็นชนิดของพื้นที่เกิดจากการผสมผสานของแผ่นพื้นเสริมแรงแบบดั้งเดิม และเหล็กเส้นที่มีความแข็งแรงสูง นำมาอัดแรงภายหลัง เป็นโครงภายในรูปทรงของคอนกรีตที่ต้องการใช้งาน

สาเหตุที่เทคนิคนี้ สามารถช่วยเสริมความแข็งแรงให้กับตัวพื้นได้อย่างมาก เกิดจากแรงตัวคอนกรีตที่ถูกบีบอัดตั้งแต่แรก ช่วยให้ลดขั้นตอนการติดตั้ง และลดวัสดุที่ต้องใช้งาน เมื่อเทียบกับพื้นแบบคอนกรีตเสริมเหล็กทั่วๆ ไป

ข้อดี

พื้น Post-Tension ประกอบไปด้วยคอนกรีตแบบอัดแรงและลวดที่ถูกดึง ซึ่งถูกทดสอบแล้วว่าแข็งแรงตามมาตรฐาน, มีความหนาที่น้อยกว่าพื้นชนิดอื่นๆ และยังสามารถติดตั้งบนสแปนเสาที่กว้างมากๆ อีกด้วย

มีหลักการทำงานยังไง

พื้น Post-Tension มีความแข็งแรง สามารถรองรับน้ำหนักได้เยอะมาก เพราะว่าตัวพื้นได้ถูกอัดแรงเข้าไป และมีเหล็กเส้นเสริมแรงภายในตัว เมื่อตัวคอนกรีตในพื้นถูกอัดแรงเข้าไป กำลังของมันที่สามารถรับแรงได้ก็สูงขึ้นเช่นเดียวกัน ในขณะที่ความแข็งแรงของเหล็กเส้นภายในพื้น ก็สูงขึ้นจากการโดนดึง จึงทำให้พื้นโพสเทนชั่นมีความแข็งแรงที่สูงมาก

ประกอบด้วยอะไรบ้าง

เรามาดูกันว่าภายในพื้น Post-Tension นั้น ประกอบด้วยวัสดุ และองค์ประกอบอะไรบ้าง

พื้น Post-Tension

ท่อก่อสร้าง

ท่อก่อสร้างหรือ Corrugated Duct มีลักษณะเป็นท่อที่ทำมาจากแผ่นเหล็กบางๆ ม้วนต่อกัน โดยสำหรับการใช้งานในพื้น Post-Tension ท่อก่อสร้างมักจะผลิตมาในความยาวประมาณ 5 หรือ 6 เมตรต่ออัน

ท่อแต่ละอันจะถูกเชื่อมต่อกันด้วยสกรูไขจากภายนอก และติดหุ้มด้วยเทปพีอีอีกชั้นหนึ่ง

อย่างไรก็ตาม ในปัจจุบัน เริ่มมีการผลิตท่อก่อสร้างจากพลาสติคมาจำหน่ายกัน และเป็นที่นิยมมากขึ้น เพราะสามารถกันน้ำได้ดีกว่าท่อเหล็ก จึงทำให้มีอายุการใช้งานที่ยาวนานกว่า

ลวดจากชุดเหล็กเส้น

องค์ประกอบถัดไปที่ใช้ในการผลิตพื้น Post-Tension ได้แก่โครงเหล็กที่ทำหน้าที่เสมือนเป็เส้นเอ็น ซึ่งแต่ละชุด จะประกอบด้วยเหล็กเส้นผูกกันเป็นเกลียว เป็นชิ้นส่วนพื้นฐานที่สำคัญ และจำเป็นต่อการสร้างพื้นระบบนี้เป็นอย่างยิ่ง

หลักการติดตั้งเบื้องต้น คือการวางชุดลวดเหล็กเส้นที่มีลักษณะเป็นแท่งยาวๆ ตั้งแต่ 1 เส้นขึ้นไป ภายในท่อก่อสร้าง

โพสเทนชั่น
  • ตัวเหล็กเส้น จะถูกผลิตมาตั้งแต่ขั้นตอนการผลิตที่โรงงาน ดีไซน์มาอย่างแม่นยำตามมาตรฐาน โดยแต่ละเส้นจะมีเส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ 1.2 – 1.6 ซม.
  • ค่าความแข็งแรงของตัวเหล็กที่ใช้สำหรับพื้นโพสเทนชั่น มักจะอยู่ที่ประมาณ 43,000 ปอนด์ต่อตารางนิ้ว
องค์ประกอบ

ข้อต่อ

ข้อต่อหรือ Anchor ทำหน้าที่ยึดติดเหล็กเส้นเข้ากับคอนกรีต และยังทำหน้าที่ยึดติดเหล็กเส้น 2 ชุดเข้าด้วยกันอีกด้วย

หน้าที่หลักของมัน นอกจากการยึดองค์ประกอบต่างๆ เข้าด้วยกันแล้ว คือเป็นจุดที่เปิดเป็นช่องว่างไว้หลังหล่อคอนกรีต เพื่อให้สามารถใช้เครื่องจักร ดึงลวดเหล็กเส้นที่อยู่ภายในท่อก่อสร้างได้ภายหลัง

พื้น Post-Tension ก่อสร้างและติดตั้งยังไง

จากเนื้อหาของหัวข้อก่อนหน้า เรื่องพื้น Post Tension คืออะไร และประกอบด้วยอะไรบ้าง น่าจะเดาได้ไม่ยาก ว่าพื้นชนิดนี้ จำเป็นต้องถูกผลิต ก่อสร้าง และติดตั้งด้วยความแม่นจำ เพื่อให้ทำงานได้อย่างปลอดภัย และมีประสิทธิภาพสูงสุด เพื่อป้องกันไม่ให้เกิดความผิดพลาดอันอาจส่งผลอันตรายต่อผู้ใช้งานอาคาร

สิ่งสำคัญที่ต้องคำนึงถึง และขั้นตอนในการในการติดตั้ง PT Slab ได้แก่

เมคชัวร์ว่าผู้ก่อสร้างและวิศวกรมีความชำนาญ

ช่างก่อสร้างจะเป็นผู้ติดตั้งตัวเหล็กเส้นเข้าภายในคอนกรีต และทำการดึงลวด ดังนั้น จึงต้องระมัดระวังไม่ใเห้เกิดความผิดพลาด ซึ่งส่วนใหญ่ ผู้ที่ทำหน้าที่นี้ มักจะจำเป็นต้องมีประสบการณ์สูง และมีใบอนุญาตผ่านตามเกณฑ์มาตรฐาน

วิศวกร จำเป็นต้องกำหนดตำแหน่งของโครงเหล็กเส้น ว่าจะจัดวางอยู่บริเวณไหน ภายในตัวพื้นบ้าง

นอกจากนี้ วิศวกรยังต้องคอยตรวจสอบว่าวัสดุที่ใช้ทำท่อก่อสร้างนั้น ทำจากพลาสติค หรือเหล็กที่ได้มาตรฐาน เพื่อให้มั่นใจว่าตัวเหล็กเส้นที่อยู่ภายในท่อ จะไม่ถูกสัมผัสด้วยของเหลว

เริ่มติดตั้งตามมาตรฐาน

ขั้นแรกสุด  เตรียมการโครงเหล็กตามจำนวนชุดที่คำนวน  โดย 1 ชุด จะประกอบด้วยเหล็กเส้น 7 เส้นผูกรวมเข้าด้วยกัน แล้วจึงสอดติดตั้งเข้าไปภายในท่อโครงสร้าง และนำเหล็กเส้นแต่ละชุดติดตั้งเชื่อมกันด้วยตัวข้อต่อ ตามตำแหน่งที่ออกแบบไว้

ในส่วนของข้อต่อตัวสุดท้ายปลายสุด จะถูกเปิดเป็นรูช่องว่างไว้ ซึ่งช่องว่างตรงนี้ จะเป็นส่วนที่เปิดไว้ดึงลวดภายหลัง

พื้นอัดแรง

หลังวางโครงภายในเสร็จ ขั้นตอนต่อมาจะเป็นการเทคอนกรีตลงไป เพื่อให้มั่นใจว่าตำแหน่งของโครงภายในตัวพื้น จะยังคงอยู่ในตำแหน่งที่วางไว้ ซึ่งโดยทั่วไป จะต้องรอประมาณ 20-25 วัน เพื่อให้คอนกรีตแข็งตัวได้มากกว่า 75% ขึ้นไป แล้วจึงค่อยใช้เครื่องจักร ดึงเหล็กเส้นที่ถูกเปิดรูไว้จากบริเวณข้อต่อตามรูปด้านล่าง

คืออะไร

แรงที่ดึง จะอยู่ที่ประมาณ 80% ของความต้านทานแรงดึงของตัวเกลียวเหล็ก ผลลัพธ์ที่ได้คือ ตัวคอนกรีต จะทำหน้าที่รับแรงอัด ในขณะที่่ตัวเหล็ก จะทำหน้าที่รับแรงดึง ให้กับตัวพื้นทั้งหมด

พื้น Post-Tension ทั่วไปที่ใช้ตามที่อยู่อาศัย มักจะออกแบบให้มีความหนาพื้น รวมประมาณ 20 ซม.

หลังดึงลวด

เหล็กที่ถูกดึงแล้ว จะถูกยึดอยู่กับตำแหน่งที่เหมาะสม ด้วยข้อต่อที่ติดตั้งยึดไว้ ทำให้โครงทั้งหมดถูกยึดไว้อย่างถาวรตามที่ออกแบบโครงสร้างไว้ นอกจากนี้ ข้อต่อยังทำหน้าที่ให้ตัวเหล็กมีความตึงตลอดเวลาเช่นกัน เพื่อรองรับแรงดึง ในขณะที่ตัวคอนกรีตที่หล่อไว้จะทำหน้าที่รับแรงอัด นั่นเอง

ส่วนเหล็กเส้นที่ยื่นเกินออกมาภายนอกคอนกรีต จะถูกตัดออก

สิ่งสุดท้ายที่ต้องคำนึงถึง คือ ห้ามทำการตัด หรือเจาะ ตัวพื้น Post-Tension โดยเด็ดขาด เพราะถ้าเกิดความเสียหายต่อตัวโครงเหล็กแล้ว จะเป็นการยากต่อการซ่อมแซมเป็นอย่างมาก ด้วยเหตุนี้ พื้นประเภทนี้จึงมักจะมีการประทับตาไว้ เพื่อให้เจ้าของโครงการ หรือผู้รับเหมา สามารถรับรู้ได้ถึงชนิดของพื้น

ขั้นตอนการดึงลวด โดย SNP

ข้อดีและข้อได้เปรียบของ Post-Tension

เรามาดูกันว่า ข้อได้เปรียบของพื้นแบบ Post-Tension ที่โดดเด่น มีอะไรบ้าง

ในแง่ของงานสถาปัตยกรรม

พื้นโพสเทนชั่น มีจุดเด่นที่ช่วยเพิ่มพื้นที่ใช้งานให้กับงานสถาปัตยกรรมได้ เพราะตัวพื้นที่ความบาง, ไม่จำเป็นต้องใช้คาน และสามารถวางบนสแปนเสาที่กว้างกว่าพื้นธรรมดา จึงทำให้ตัวอาคารถูกวางผังได้ง่ายขึ้น ได้พื้นที่ที่มากขึ้น ทั้งในทางราบ และในแง่ความสูงฝ้าหรือ Floor to Ceiling นั่นเอง

ข้อเสีย

การที่พื้นมีความบาง ทำให้ฝ้าเพดานสามารถยกขึ้นสูงได้มากขึ้น ง่ายต่อการจัดสรร Space งานออกแบบภายใน ให้ออกมาดูกว้าง โอ่โถงมากขึ้น

นอกจากนี้ พื้นชนิดนี้ยังสามารถวางกำแพงได้ ณ บริเวณไหนก็ได้ ต่างจากพื้นธรรมดาที่อาจจะต้องมีคานเสริม ทำให้ง่ายต่อการออกแบบพื้นที่ใช้สอยภายในมากขึ้น

ด้วยเหตุนี้ งานออกแบบสมัยใหม่จึงมักจะเริ่มนิยมให้มาใช้พื้นชนิดนี้มากขึ้นเรื่อยๆ โดยเฉพาะในอาคารที่มีขนาดใหญ่ หรือมีความสูงตั้งแต่ 3 ชั้นขึ้นไป

ในแง่เชิงพาณิชย์

อย่างที่กล่าวไปว่า พื้น Post-Tension ช่วยให้พื้นทีใช้สอยภายในอาคารเพิ่มขึ้นทางแนวราบ และแนวดิ่ง นั่นหมายความว่า อาคารสูง ก็สามารถมีจำนวนชั้นที่มากขึ้น เพราะพื้นมีความหนาที่น้อยกว่าพื้นและคานแบบดั้งเดิม ส่งผลดีต่ออาคารพาณิชย์อย่างคอนโดหรือออฟฟิศ เพราะจะสามารถเพิ่มพื้นที่เช่า หรือพี่ที่ขายได้นั่นเอง

อีกหนึ่งในข้อได้เปรียบที่โดดเด่นของพื้นโพสเทนชั่น คือความเร็วในการก่อสร้าง และยังส่งผลกระทบต่อพื้นที่โดยรอบน้อยกว่าการก่อสร้างด้วยพื้นแบบธรรมดาด้วย ทำให้สามารถวางโครงการได้ง่ายขึ้น

ในด้านความแข็งแรงของโครงสร้าง

พื้น Post Tension ถูกหล่อในที่และใช้งานได้ทันทีโดยไม่ต้องถูกเคลื่อนย้าย ทำให้ลดความเสี่ยงในการแตกร้าว และเสริมความทนทานของตัววัสดุ ส่งผลให้ลดค่าใช้จ่ายในการดูแลรักษาลง

พื้นชนิดนี้ ถือเป็นทางเลือกที่สมบูรณ์แบบ สำหรับโครงสร้างที่ต้องการความแข็งแรงมากๆ ในราคาที่ย่อมเยาว์ ยกตัวอย่างเช่น อาคารจอดรถ หรือสนามกีฬา ที่ต้องสามารถรองรับน้ำหนักได้เยอะๆ มากกว่าอาคารธรรมดาทั่วไป การเลือกใช้พื้น Post Tension จะราคาถูก และเหมาะสมกว่าการใช้พื้นแบบเสาคานดั้งเดิม

Post-Tension Slab

ถ้าเทียบกับพื้นเสาคานแบบดั้งเดิมแล้ว พื้นโพสเทนชั่น มีความบางกว่า ทำให้ปริมาณคอนกรีตที่ใช้ก็น้อยกว่า ทำให้ตัวพื้นมีน้ำหนักเบาลงถึง 20-30% เลยทีเดียว ซึ่งก็เป็นการช่วยลดค่า Dead Load โดยรวมให้กับตัวอาคาร ให้สามารถรองรับน้ำหนักในส่วนอื่นๆ ได้มากขึ้น

ข้อเสียและข้อควรระวัง

ถึงแม้จะมีข้อดีมากมาย พื้นโพสเทนชั่น ก็ยังพอมีข้อเสียอยู่บ้างดังนี้

การสึกหรอของเหล็ก

เพราะตัวพื้นมีโครงเหล็กอยู่ภายในเป็นจำนวนมาก จึงอาจมีการสึกหรอ สนิม หรือการกัดกร่อนเกิดขึ้นกับเหล็กเส้นภายในได้ อย่างไรก็ตาม ผู้ออกแบบสามารถแก้ปัญหานี้ได้ด้วยการเลือกใช้วัสดุที่มีคุณภาพ

หนาเท่าไหร่

มีความซับซ้อนในการติดตั้ง

การผลิต และติดตั้ง สามารถทำได้โดยผู้ชำนาญการเท่านั้น ช่างก่อสร้างทั่วๆ ไป อาจจะไม่มีความสามารถมากพอที่จะก่อสร้างพื้นชนิดนี้ได้อย่างเหมาะสมปลอดภัย

นอกจากนี้ การติดตั้งยังต้องอาศัยความละเอียดและแม่นยำเป็นอย่างสูง ซึ่งในบางครั้ง ก็เคยมีเหตุการณ์ที่ช่างก่อสร้าง ไม่ได้วางโครงเหล็กเส้นลงในตำแหน่งที่ออกแบบไว้อย่างครบถ้วน ซึ่งช่องว่างเหล่านั้น อาจจะส่งผลให้เกิดความเสียหายที่อันตรายได้

ตัวอย่างอาคารที่ใช้พื้นโพสเทนชั่น

เว็บไซต์แบบดีดี baabdd.com เราขอยกตัวอย่างงานออกแบบที่ใช้พื้นแบบโพสเทนชั่นมาให้ดูกันเป็นบางส่วน

ดึงลวด

340 on the Park

340 on the Park เป็นอาคารสูง 62 ชั้น ตั้งอยู่ในชิคาโก สหรัฐอเมริกา มีความสูงถึง 205 เมตร มีจุดเด่นที่การก่อสร้างที่รวดเร็ว เพราะว่าตัวตึกออกแบบเป็นพื้น Post Tension โดยสามารถก่อสร้างได้ 1 ชั้นต่อ 3 วันเท่านั้น ทำให้ตัวอาคารสร้างเสร็จก่อนกำหนดการถึง 2 เดือน

นอกจากนี้ อาคารแห่งนี้ ขึ้นชื่อว่าเป็นที่อยู่อาศัยแบบ Residential Tower แห่งแรกในอเมริกาโซน Midwest ที่ผ่านเกณฑ์มาตรฐานของ LEED Silver Certification ถือเป็น Green Building ที่น่าสนใจมากๆ

> อ่านบทความ Green Building อาคารเขียวคืออะไร

ออกแบบ

Escala

อาคารสูงที่ตั้งอยู่ที่ ซีแอตเทิล สหรัฐอเมริกา โดยในขั้นตอนก่อสร้างพื้นโพสเทนชั่น จะใช้การเทคอนกรีตหล่อในที่ด้วยการเทเพียงครั้งเดียวเท่านั้น ต่อพื้น 1 ชั้น โดยสามารถเทครอบคลุมพื้นที่ใช้สอยทั้งชั้นได้ในทีเดียว ครั้งละถึง 1,400 ตร.ม. ในขณะที่การเทคอนกรีตโดยทั่วไป มักจะทำกันทีละไม่เกินพื้นที่ 900 ตร.ม. ทำให้การก่อสร้างทำได้อย่างรวดเร็วเป็นอย่างยิ่ง

ราคา

55 Hudson Yards

55 Hudson Yards เป็นอาคารสำนัก ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของโครงการ Hudson Yards ที่เป็นโปรเจคกลุ่มอาคารแบบ Mix-Used ขนาดใหญ่ ตั้งอยู่ที่นิวยอร์ค สหรัฐอเมริกา มีความสูง 51 ชั้น เป็นอาคารสำนักงานแบบ High-rise ที่แรกของ New York City ที่ใช้โครงสร้างแบบ Unbonded Post-Tension

แต่เดิมทีตัวอาคารถูกดีไซน์ให้ใช้โครงสร้างเหล็ก แต่สุดท้ายก็มีการปรับมาใช้โครงสร้างแบบระบบ Unbonded PT Structural เนื่องจากมีค่าใช้จ่ายที่น้อยกว่าโครงเหล็กแบบดั้งเดิม

พื้นโพสเทนชั่น

NEMA

NEMA เป็นอาคารอยู่อาศัยความสูง 76 ชั้น ตั้งอยู่ที่ชิคาโก มีพื้นที่ใช้สอยรวมกว่า 100,000 ตร.ม. และมีความสูงถึง 273 เมตร ตัวอาคารประกอบด้วยห้องชุดทั้งหมด 792 ยูนิต โดยหลังจากก่อสร้างเสร็จสิ้น NEMA Chicago ถือเป็นอาคารที่ใช้พื้น Post Tension ซึ่งมีความสูงเป็นอันดับ 2 ในชิคาโกเลยทีเดียว

ส่วนโพเดียมตรง 15 ชั้นด้านล่าง ถูกแบ่งพื้นที่ใช้สอยเป็นที่จอดรถ สำนักงาน และพื้นที่อยู่อาศัยบางส่วน ในขณะที่ชั้น 16 จะเป็นฟิตเนสและสระว่ายน้ำ และชั้น 17 ขึ้นไป จะเป็นห้องชุดสำหรับอยู่อาศัยทั้งหมด

ในส่วนโครงสร้าง พื้นแต่ละชั้น มีความหนาอยู่ที่ 21.5 เซนติเมตร วางอยู่บนคานแบบหล่อในที่ ซึ่งมีขนาดความกว้างตั้งแต่ 64 – 115 ซม. มีความลึกที่ 30 – 38 ซม.

บทสรุป

พื้น Post-Tension นั้น มีความหนาน้อย และไม่จำเป็นต้องใช้คาน ทำให้มี Floor to Floor ที่สูง และมีโครงสร้างที่แข็งแรงทนทาน สามารถใช้งานได้ยาวนานถึง 15-20 ปีขึ้นไป หวังว่าบทความนี้จะช่วยให้ท่านผู้อ่านทุกคน ทราบกันอย่างถ่องแท้ ว่าพื้นโพสเทนชั่น คืออะไร มีองค์ประกอบอะไรบ้าง ผลิต และติดตั้งอย่างไร พร้อมทราบถึงข้อดีข้อเสีย และได้มีโอกาสได้เห็นตัวอย่างอาคารที่น่าสนใจซึ่งใช้พื้นชนิดนี้ในการก่อสร้าง