เก็บตกจากงานก่อสร้างอาคาร MO Memoir : Friday 27 December 2556

เมื่อธันวาคมปีที่แล้วได้มีโอกาสไปเยี่ยมโรงงานเบียร์แห่งหนึ่ง พอกลับมาก็เลยได้เขียนเรื่อง "เก็บตกจากโรงเบียร์" (ดู Memoir ปีที่ ๕ ฉบับที่ ๕๕๑ วันเสาร์ที่ ๒๒ ธันวาคม ๒๕๕๕) บังเอิญเดือนนี้ได้มีโอกาสไปเยี่ยมชมงานก่อสร้างอาคาร ก็เลยถือโอกาสถ่ายรูปและเขียนเรื่อง "เก็บตกจากงานก่อสร้างอาคาร" มาเล่าสู่กันฟัง

ผู้เขียนเองก็ไม่ใช่วิศวกรโยธาหรือช่างก่อสร้าง ดังนั้นงานนี้จะไม่เขียนถึงเรื่องทางเทคนิคใด ๆ แต่จะขอเขียนสำหรับให้คนที่พอมีความรู้พื้นฐานวิทยาศาสตร์อยู่บ้างพอทำความเข้าใจและรู้จักศัพท์งานก่อสร้างบางตัวบ้าง เผื่อมีโอกาสต้องไปประสบกับงานดังกล่าว จะได้พอรู้บ้างว่าช่างเหล่านั้นเขาพูดถึงอะไรกันอยู่

๑. เหล็กเส้น (round bar - RB) กับเหล็กข้ออ้อย (deformed bar - DB)

คอนกรีตเป็นวัสดุที่รับแรงกดอัดได้ดี แต่รับแรงดึงได้แย่มากเมื่อเทียบกับความสามารถในการรับแรงกดอัดของมัน การเพิ่มความสามารถในการรับแรงดึงของคอนกรีตทำได้ด้วยการเสริมเหล็กเส้นในโครงสร้างคอนกรีตนั้น 
  

เหล็กเส้นที่เห็นใช้กันนั้นมีอยู่สองแบบ แบบแรกเป็นแบบผิวเรียบ (ภาษาอังกฤษเรียกว่า round bar หรือบางทีในแบบจะย่อว่า RB) หรือเหล็กเส้นกลม อีกแบบเป็นแบบผิวไม่เรียบ (ภาษาอังกฤษเรียกว่า deformed bar หรือย่อว่า DB) ที่คนไทยเรียกว่า "เหล็กข้ออ้อย" หน้าตาทั้งสองแบบเป็นอย่างไรก็ดูเอาเองในรูปที่ ๑ ข้างล่าง

รูปที่ ๑ เหล็กเส้นที่ใช้ทำเสาเข็มหล่อของบ้านผม รูปนี้ถ่ายเก็บเอาไว้ ๓ ปีแล้ว ที่เห็นเป็นเส้นนอนยาวผิวไม่เรียบคือเหล้กข้ออ้อย ส่วนเส้นที่นำมาพันรอบเหล็กข้ออ้อยและมีคอนกรีตห่วงกลมล้อมอยู่คือเหล็กเส้นกลม คอนกรีตห่วงกลมที่ร้อยเอาไว้นั้นก็เพื่อกันไม่ให้เหล็กเส้นไปติดผนังแม่แบบที่ใช้หล่อคอนกรีต ตัวแกนเหล็กเองจะได้ตั้งอยู่ตรงกลางแม่แบบ
 

ผิวที่ไม่เรียบของเหล็กข้ออ้อยทำให้เหล็กข้ออ้อยนั้นยึดกับคอนกรีตได้ดีกว่าเหล็กเส้น ดังนั้นในงานที่ต้องการความมั่นใจในด้านความแข็งแรงโครงสร้าง จึงนิยมใช้เหล็กข้ออ้อยมากกว่าเหล็กเส้น งานขนาดกลางและขนาดใหญ่จะใช้เหล็กข้ออ้อยมากกว่าเหล็กเส้นกลม ที่ผมเคยเห็นในงานก่อสร้างที่ทำเสาหรือคาน ถ้าเป็นเหล็กเส้นเล็ก ๆ ก็มักจะใช้เหล็กเส้นกลม แต่ถ้าเป็นเหล็กเส้นใหญ่มักจะใช้เหล็กข้ออ้อย

2. เหล็กคอม้า (bent up bar) เหล็กปลอก (stirrup)

เวลาที่คานรับน้ำหนักนั้น (ซึ่งมักจะลงตั้งฉากกับแนวแกนยาวของคาน) บริเวณตอนกลางของคานจะเกิดการแอ่นตัว (รูปที่ ๒ บน) ทำให้ส่วนด้านบนของคานนั้นรับแรงกดอัด ในขณะที่ส่วนด้านล่างของคานนั้นรับแรงดึง (เมื่อพิจารณาแรงในแนวแกนยาวของคาน) ถ้าเป็นคานคอนกรีต ส่วนด้านบนที่รับแรงกดอัดนั้นมักไม่มีปัญหาใด เพราะคอนกรีตรับแรงกดได้ดีอยู่แล้ว ที่เป็นปัญหามากกว่าเห็นจะได้แก่ส่วนด้านล่างที่ต้องรับแรงดึง เพราคอนกรีตรับแรงดึงได้ไม่ดี
 

การเพิ่มความสามารถในการรับแรงดึงของคอนกรีตทำได้ด้วยการเสริมเหล็กเส้นเข้าไปในบริเวณที่รับแรงดึง ทำให้ได้คอนกรีตที่เรียกว่าคอนกรีตเสริมแรง (reinforce concrete) กล่าวคือตรงไหนต้องรับแรงดึงมากก็ใส่เหล็กเส้นเข้าไป
 

โครงสร้างที่รับแรงดึงไม่ได้มีเฉพาะคาน พื้นถนนคอนกรีตก็เช่นเดียวกัน เวลาที่มีน้ำหนักตัวแผ่นคอนกรีตที่ทำพื้นถนนก็มีสิทธิแอ่นตัว ด้านล่างของแผ่นคอนกรีต (ที่วางสัมผัสพื้น) จะรับแรงดึงในขณะที่ด้านบน (ด้านผิวถนน) จะรับแรงกด วิธีการที่ทำกันเพื่อช่วยให้แผ่นคอนกรีตรับแรงดึงได้ดีก็ด้วยการเสริมเหล็กเส้น ดังนั้นเวลาที่เขาทำถนนคอนกรีตเราจึงมักจะเห็นเขาวางตะแกรงเหล็กเส้นเป็นแผ่นไว้ใกล้พื้น ไม่ได้อยู่ใกล้ผิวถนน จากนั้นจึงค่อยเทคอนกรีต

รูปที่ ๒ (บน) คานคอนกรีตที่เมื่อวางนอนแล้วเป็นแนวเส้นตรงนั้น เมื่อรับแรงกดบริเวณตอนกลางจะทำให้คานแอ่นตัว (ล่าง) แต่ถ้าทำการอัดแรง (จะเป็น pre tension หรือ post tension ก็ตาม) ทำให้คานแอ่นตัวขึ้นบนก่อน (ทำให้ด้านบนรับแรงดึง ด้านล่างรับแรงกด เมื่อพิจารณาแรงในแนวแกนยาวของคาน) พอมีน้ำหนักมากดตรงกลางคานก็จะกลับมาอยู่ในแนวตรง ด้านบนก็จะไม่รับแรงดึง ด้านล่างก็จะไม่รับแรงกด

หรืออีกวิธีการหนึ่งคือทำการอัดแรง กล่าวคือถ้าเป็นคานก็จะทำการใส่แรงอัดเข้าตามแนวแกนโดยอยู่ทางด้านล่างของคาน คานก็จะแอ่นตัวขึ้นบน (รูปที่ ๒ ล่าง) ทำให้ส่วนล่างของคานรับแรงอัด ส่วนบนของคานแรงดึง พอมีน้ำหนักกดลงตั้งฉากกันแนวแกนกลาง ก็จะเกิดแรงดึงขึ้นที่ส่วนบน ซึ่งจะไปหักล้างกับแรงอัดที่ทำไว้ก่อน ในขณะเดียวกันก็จะเกิดแรงดึงขึ้นที่ส่วนล่างของคาน ซึ่งก็จะไปหักล้างกับแรงกดที่มีอยู่ก่อนหน้า การอัดแรงนี้มีทั้งทำก่อนหล่อคอนกรีตที่เรียกว่า pre tensioning และทำหลังหล่อคอนกรีตแล้วที่เรียกว่า post tensioning
  

วิธีการหนึ่งที่ทำให้บริเวณด้านล่างของคานรับแรงดึงได้ดีขึ้นก็คือการเสริมเหล็กที่ภาษาช่างเรียกว่า "เหล็กคอม้า" คือแทนที่จะพาดเหล็กเส้นเป็นเส้นตรงยาวตลอดความยาวคาน ก็จะทำการดัดเหล็กให้คดไปมา โดยบริเวณช่วงหัวเสาเหล็กเส้นดังกล่าวจะอยู่บริเวณด้านบนของคาน จากนั้นจะดัดให้ลงมาอยู่บริเวณด้านล่างของคานในช่วงเสา และดัดกลับไปอยู่ด้านบนของคานใหม่เมื่อมาใกล้หัวเสาอีกต้นหนึ่ง (ดูตัวอย่างที่เป็นเส้นสีเขียวรูปที่ ๓ ล่าง) การผูกเหล็กคอม้านี้แต่ก่อนเห็นกระทำกันเป็นประจำ แต่เดี๋ยวนี้ไม่ค่อยเห็นแล้ว ผมก็ไม่รู้เหตุผลว่าเพราะอะไร งานนี้คงต้องให้วิศวกรโยธาตอบเอง เห็นแต่ไปใช้เหล็กปลอกทำหน้าที่แทน

รูปที่ ๓ คานที่วางยาวไปบนเสาหลายต้น (บน) ส่วนล่างของคานตรงช่วงระหว่างเสาแลส่วนบนของคานตรงบริเวณหัวเลาจะรับแรงดึง (ลูกศรสีแดง) โดยส่วนบนของคานตรงช่วงระหว่างเสาจะรับแรงกด (ลูกศรสีน้ำเงิน) วิธีการหนึ่งที่สามารถทำให้บริเวณดังกล่าวของคานรับแรงดึงได้ดีขึ้นทำได้โดยการเสริมเหล็กเส้นเข้าไปบริเวณดังกล่าวที่เรียกว่า "เหล็กคอม้า" (bent up bar - เส้นสีเขียวในรูป)

เหล็กปลอก (stirrup) ก็คือเหล็กเส้นที่เขาดัดเป็นรูปร่างเดียวกับพื้นที่หน้าตัดของคาน ถ้าคานมีพื้นที่หน้าตัดสี่เหลี่ยมก็จะดัดเหล็กเส้นให้เป็นรูปสี่เหลี่ยม เหล็กปลอกนี้ใช้สำหรับยึดเหล็กเส้นที่วางตัวในแนวแกนยาวของคาน (หรือเสา) ให้อยู่ในตำแหน่ง (ดูรูปที่ ๔) ระยะห่างระหว่างเหล็กปลอกก็ขึ้นอยู่กับการออกแบบ ถ้าคานไม่ต้องรับแรงกดมาก (คือไม่คิดว่าจะแอ่นมาก) ก็อาจวางห่างเป็นระยะเท่า ๆ กันก็ได้โดยไม่ต้องใส่เหล็กคอม้า แต่ต้องการความมั่นใจสูงก็จะใส่เหล็กปลอกไว้ถี่ (คือห่างกันไม่มาก) ตรงช่วงบริเวณใกล้หัวเสา ส่วนช่วงตรงกลางคานนั้นก็วางห่างกันเป็นระยะเท่า ๆ กันได้

รูปที่ ๔ คานนี้ใช้เหล็กข้ออ้อยรับแรงในแนวแกนยาวของคาน โดยมีการติดตั้งเหล็กปลอกอยู่ห่างเป็นระยะเท่า ๆ กัน ก่อนเทคอนกรีตก็ต้องตีแบบล้อมและหนุนเหล็กเส้นให้อยู่ในแนววางไม่แอ่นดังในรูปก่อน จากนั้นจึงค่อยเทคอนกรีต
 

ตอนแรกที่ผมเห็นคานในรูปที่ ๔ นั้นผมรู้สึกว่ามันแปลก ๆ คือไม่เข้าใจว่าทำไปถึงไปเน้นเหล็กเส้นตรงบริเวณด้านบนของคานซะมากขนาดนั้นในขณะที่ด้านล่างไม่เสริม ตามความรู้ที่มีนั้นถ้าจำนวนเหล็กเส้นที่อยู่ทางด้านบนของคานเท่ากับด้านล่างของคานก็จะไม่รู้สึกแปลกใจ เพราะสามารถใช้เหล็กปลอกหรือเพิ่มขนาดของเหล็กเส้นที่วางตัวในแนวยาว ทำหน้าที่แทนเหล็กคอม้าได้ หรือในกรณีที่จำนวนเหล็กเส้นที่อยู่ทางด้านล่างของคานมีมากกว่าด้านบนก็จะไม่รู้สึกแปลกใจอะไร เช่นกัน เพราะด้านล่างของคานมันรับแรงดึงอยู่แล้วเวลาที่มีน้ำหนักกดลงล่างในแนวตั้งฉากกับพื้นที่หน้าตัดคาน ด้วยความสงสัยก็เลยถามวิศวกรที่คุมงานก่อสร้างอยู่ เขาก็ตอบว่าเขาก็แปลกใจเหมือนกัน แต่แบบที่วิศวกรต่างชาติของบริษัทผู้รับเหมาหลักออกแบบไว้นั้นมันก็เป็นเช่นนี้ และทางนั้นก็ยืนยันมาว่าแบบถูกต้องแล้ว

รูปที่ ๕ คานที่แสดงในรูปที่ ๔ มีเหล็กเส้นอยู่ทางด้านบนถึง ๒ แถว (๘ เส้น) ในขณะที่ด้านล่างนั้นมีเพียงแถวเดียว (๔ เส้น) คานตัวนี้ใช้เหล็กข้ออ้อยทำเหล็กปลอกด้วย

๓. คานฝากและคานยื่น

คานทำหน้าที่รับน้ำหนักจากพื้นส่งต่อไปยังเสา เพื่อให้เสาส่งต่อน้ำหนักนั้นลงไปยังพื้นดิน คานปรกติก็จะวิ่งผ่านแนวเสาอยู่แล้ว โดยอาจอยู่ระหว่างเสาทั้งสองต้น พาดผ่านเสาหลายต้น และ/หรือมีส่วนที่โผล่ยื่นเลยตำแหน่งเสาออกไป ส่วนของคานที่โผล่ยื่นออกเลยเสาไปนั้นเรียกว่า "คานยื่น" (cantiliver beam) คานยื่นนี้เวลารับแรงกด คานจะโค้งลงล่าง ทำให้ส่วนด้านบนของคานนั้นรับแรงดึงในขณะที่ส่วนด้านล่างของคานรับแรงกด
 

ในกรณีที่ช่วงเสาห่างกันมากนั้นอาจต้องเพิ่มคานเข้าระหว่างคานที่พาดผ่านเสา โดยคานที่วางพาดระหว่างคานด้วยกันนี้เรียกว่า "คานฝาก" (ดูรูปที่ ๖)
 

สำหรับอาคารที่พื้นอาคารไม่ได้รับน้ำหนักอะไรมากนักก็มักจะทำการหล่อคานก่อน จากนั้นก็นำพื้นสำเร็จรูปมาวางพาดระหว่างคาน จากนั้นจึงค่อยเทคอนกรีตทับพื้นสำเร็จรูปอีกที วิธีการนี้มีข้อดีตรงที่ไม่เปลืองนั่งร้านเวลาเทพื้น ใช้นั่งร้านเฉพาะเวลาหล่อคาน แต่สำหรับกรณีที่ต้องการให้พื้นรับน้ำหนักได้มากนั้น ก็เห็นใช้วิธีผูกเหล็กเส้นของพื้นกับของคานให้เชื่อมติดกัน จากนั้นก็เทคอนกรีตทั้งส่วนคานและพื้นพร้อมกัน วิธีนี้จะเปลืองแม่แบบเยอะมากเพราะต้องรองรับพื้นทั้งอาคารจนกว่าคอนกรีตที่เทนั้นแข็งตัวพอจะรับน้ำหนักได้ จึงจะสามารถรื้อนั่งร้านออกได้ (รูปที่ ๘)

รูปที่ ๖ คานตามแนวเส้นประสีเหลืองเป็นคาดที่วางพาดผ่านเสา ส่วนที่อยู่ในแนวเส้นประสีแดง (หรือสีเขียว) นั้นไม่ได้พาดผ่านเสา คานประเภทหลังนี้เรียก "คานฝาก" ส่วนที่โผล่ยื่นออกไปตามเส้นลูกศรสีส้มนั้นคือ "คานยื่น"

รูปที่ ๗ อาคารหลังนี้ออกแบบให้พื้นอาคารต้องรับน้ำหนักค่อนข้างมาก การทำพื้นจึงใช้วิธีการผูกเหล็กเส้นของพื้นเข้ากับคาน จากนั้นจึงทำแม่แบบรองรับด้านล่างทั้งพื้นและอาคาร และเทคอนกรีตทีเดียวเพื่อให้คอนกรีตส่วนคานและส่วนพื้นต่อแนบแน่นเป็นชิ้นเดียวกัน จะเห็นว่าต้องใช้นั่งร้านจำนวนมากค้ำยันคานและพื้นก่อนเทคอนกรีต

๔. การต่อเหล็กเสา

ปรกติที่เห็นคือช่วงระยะห่างระหว่างเสานั้นมักจะน้อยกว่าความยาวของเหล็กเส้น (เหล็กเส้นที่ขายกันมีความยาว 10-12 เมตรต่อเส้น) ดังนั้นเวลาที่ทำคานนั้นจึงสามารถใช้เหล็กเส้นทั้งเส้นได้โดยไม่ต้องมีการต่อ แต่ความสูงของอาคารรวมเสาเข็ม (หรือแม้แต่เสาเข็มเพียงอย่างเดียว) นั้นมักจะมากกว่าความยาวมาตรฐานของเหล็กเส้นที่ขายกันอยู่ทั่วไป ดังนั้นเวลาที่ทำเสาจึงมักต้องมีการต่อเหล็กเส้นของเสาให้สูงขึ้นไปเรื่อย ๆ ตามความสูงของเสา
  

การต่อเหล็กเส้นของเสานั้นก็อาจใช้เหล็กเส้นใหม่วางให้เหลื่อมซ้อนกับปลายเหล็กเส้นด้านล่าง แล้วก็ใช้ลวดผูกมัดให้แน่น หรือนำเหล็กเส้นท่อนสั้น ๆ มาวางขนานอยู่กับเหล็กเส้นด้านล่างและเหล็กเส้นที่นำมาต่อ และผูกเหล็กเส้นท่อนสั้น ๆ นี้เข้ากับเหล็กเส้นที่อยู่ด้านล่างและเหล็กเส้นที่นำมาต่อ (รูปที่ ๘)

รูปที่ ๘ การต่อเหล็กเส้นของเสา เส้นสีเขียวแทนเหล็กเส้นหลักของเสา สีแดงคือเหล็กเส้นที่ใช้เชื่อมต่อที่นำมามัดติด

การวางคานให้ได้ระดับนั้นสามารถใช้ระดับน้ำจับได้ แต่ถ้าต้องการวางเสาให้ตั้งตรงนั้นจำเป็นต้องเล็งแนวจากสองทิศทางที่ตั้งฉากกัน ถ้าเป็นงานก่อสร้างเล็ก ๆ ช่างก็มักจะใช้ลูกดิ่ง แต่ถ้าเป็นงานก่อสร้างใหญ่หรือที่มีเสาเรียงกันเป็นแถวก็มักจะใช้กล้องสำรวจเล็ง เพราะต้องมั่นใจว่าเสาจะต้องตั้งตรงในแนวดิ่งและวางเรียงแถวเป็นแนวเดียวกันด้วย ส่วนวิธีการใช้ตลับเมตรนั้นไม่รู้เหมือนกันว่าเป็นอย่างไร ได้ยินจากวิศวกรไทยที่ทำงานก่อสร้างให้กับบริษัทเกาหลีบ่นเรื่องนี้ให้ฟัง คือวิศวกรไทยจะใช้กล้องส่องเล็งแนวเสาซึ่งเป็นวิธีปฏิบัติทั่วไปที่บ้านเราใช้กัน แต่วิศวกรเกาหลีที่คุมงานอีกทีนั้นยืนยันให้ใช้ตลับเมตรตามวิธีของเขา สำหรับงานก่อสร้างนี้วิศวกรไทยได้สรุปให้ฟังว่า มาตรฐานเรื่องความปลอดภัยและกฎระเบียบข้อบังคับในการทำงานของเกาหลีนั้นเข้มงวดกว่าของไทย แต่เทคนิคการทำงานก่อสร้างของเกาหลีนั้นกลับไม่ทัดเทียมเท่า

ฉบับวิชาการปิดท้ายของปีนี้ก็คงเป็นเรื่องนี้ ถ้าจะมีอีกฉบับก่อนสิ้นปี ก็คงไม่ใช่วิชาการแล้ว