รายการคำนวณการเสริมกำลังด้วยแผ่นคาร์บอนไฟเบอร์_REV...

รายการค านวณ การเสริมก าลังด้วยแผ่นคาร์บอนไฟเบอร์

อาคารชุดพักอาศัย IDEO

จอมทอง กรุงเทพมหานคร

จัดท าโดย บริษัท ซีวิลเอ็นจิเนียริ่งคอนซัลต์แตนท์แอนด์เทรนนิ่ง จ ากัด

เสนอ

บริษัท สมารท์แอนด์ไบรท์ จ ากัด

กุมภาพันธ์ 2558

P a g e | 1

1. ทั่วไป

อาคารชุดพักอาศัย IDEO ตั้งอยู่ในเขตจอมทอง จังหวัดกรุงเทพมหานคร ก่อสร้างเพื่อใช้ประโยชน์ในการ

พักอาศัย ลักษณะการก่อสร้างเป็นระบบผนังคอนกรีตส าเร็จรูป (Precast Wall System) ซึ่งผนังคอนกรีต

ส าเร็จรูปนี้ได้มีการหล่อไว้จากโรงงานตามรายละเอียดที่ผู้ออกแบบก าหนดไว้ หลังจากนั้นน ามาเชื่อมต่อหรือ

ประกอบเข้าด้วยกันที่หน้างานก่อสร้าง โดยในปัจจุบัน อาคารนี้อยู่ในระหว่างการก่อสร้างโครงสร้างหลัก ใน

ระหว่างการก่อสร้างได้พบปัญหาหลัก ๆ ใน 3 บริเวณ คือ 1) บริเวณจุดต่อ (บางต าแหน่ง) ที่มีการเสริมเหล็กข้อ

อ้อยที่น้อยกว่าปริมาณที่ได้ออกแบบไว้ 2) ผนังบริเวณช่องบันไดมีการใส่ปริมาณเหล็กเสริมข้ออ้อยไม่ครบถ้วน

ตามที่แบบระบุไว้ และ 3) ผนังในบริเวณอื่น ๆ ที่มีการใส่เหล็กเสริมน้อยกว่าที่ออกแบบไว้เช่นเดียวกัน ดังนั้น ใน 3

จุดที่กล่าวมานี้ จะต้องมีการออกแบบเสริมก าลังผนังและจุดต่อเพื่อชดเชยเหล็กเสริมที่ขาดหายไป ซึ่งที่ปรึกษาใน

การเสริมก าลังของโครงการนี้ ได้แนะน าให้ใช้วัสดุโพลิเมอร์ CFRP ที่ในปัจจุบันนิยมใช้กันอย่างแพร่ เนื่องจากวัสดุ

มีคุณสมบัติที่เบา ไม่สูญเสียเนื้อที่ใช้สอย อัตราส่วนของก าลังต่อพื้นที่หน้าตัดสูง และสามารถติดตั้งได้อย่างรวดเร็ว

ไม่ยุ่งยาก ซึ่งจะเหมาะสมส าหรับใช้ในงานที่เร่งรีบ และยังสามารถคงพื้นที่ใช้สอยให้เป็นไปตามแบบเดิม

2. มาตรฐานในการออกแบบและคุณสมบัติของวัสดุโพลิเมอร์ CFRP

2.1 มาตรฐานในการออกแบบ

ในการออกแบบเสริมก าลังด้วยแผ่น CFRP ส าหรับโครงการนี้ จะปฏิบัติตามค าแนะน าของมาตรฐาน

อเมริกันที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในทั่วโลก “ACI 440.2R-08 Guide for the Design and Construction of

Externally Bonded FRP Systems for Strengthening Concrete Structures” ดังแสดงในรูปที่ 2.1 ซึ่งใน

รายละเอียดของมาตรฐานได้กล่าวถึงพฤติกรรมทางกลของวัสดุ ข้อค านึงในการพิจารณาการออกแบบ รวมไปถึง

การติดตั้งแผ่นโพลิเมอรอ์ย่างถูกวิธี

P a g e | 2

รูปที่ 2.1 ACI 440.2R-08 Guide for the Design and Construction of Externally Bonded FRP

Systems for Strengthening Concrete Structures

2.2 คณุสมบัตขิองวัสดุ CFRP

การเสริมก าลังของโครงสร้างจะใช้วัสดุโพลิเมอร์ที่มีความยืดหยุ่นสูง สามารถต้านทานแรงดึงได้เป็นอย่างดี

โดยแบ่งเป็น 2 ชนิด (ดูรูปที่ 2.2) คือ 1) CFRP sheet ชนิด UT70-30 และ 2) CFRP strip ชนิด TL512 มี

คุณสมบัติของวัสดุที่ใช้ในการออกแบบแสดงดังในตารางที่ 2.1 และ 2.2 ตามล าดับ

P a g e | 3

ก) CFRP sheet ข) CFRP strip

รูปที่ 2.2 ตัวอย่างการประยุกต์ใช้แผ่น CFRP ในการเสริมก าลังโครงสร้าง

ตารางที่ 2.1 คุณสมบัติของ CFRP sheet ชนิด UT70-30

P a g e | 4

ตารางที่ 2.2 คุณสมบัติของ CFRP strip ชนิด TL512

3. การออกแบบเสริมก าลังบริเวณจุดต่อ

เนื่องจากจุดต่อได้ท าการออบแบบให้มีปริมาณเหล็กเสริมจ านวน 8 เส้น ขนาด DB28 ซึ่งมีพื้นที่หน้าตัด

เหล็กเสริมรวมเท่ากับ 8(6.16) = 49.28 ซม.2 แต่ในระหว่างการก่อสร้างได้ติดตั้งเหล็กเสริมจ านวน 8 เส้น ขนาด

DB16 มีพื้นที่หน้าตัดเหล็กเสริมเท่ากับ 8(2.01) = 16.08 ซม.2 เป็นผลให้บริเวณจุดต่อมีปริมาณเหล็กเสริมไม่

เพียงพอ (ส่วนต่าง 49.28 – 16.08 = 33.2 ซม.2) จ าเป็นที่จะต้องมีการเสริมก าลังด้วยแผ่นคาร์บอนไฟเบอร์เพื่อ

ชดเชยพื้นที่หน้าตัดเหล็กเสริมที่ขาดหายไป โดยรายละเอียดการค านวณแสดงดังรูปที่ 3.1 ซึ่งจากการค านวณ

ก าหนดให้ใช้แผ่น CFRP strip ที่มีความหนา 1.2 มม.จ านวน 14 แผ่น โดยแต่ละแผ่นมีความกว้าง 5 ซม. ติดใน

แนวดิ่งหรือแนวต้ังและจะต้องมีระยะทาบของแผ่น CFRP strip ระหว่างช้ันที่พิจารณา ไม่น้อยกว่า 400 มม.

หลังจากที่ติดตั้งแผ่น CFRP strip จะต้องปิดทับด้วยสาร epoxy และสารป้องกันผิวตามมาตรฐานผู้ผลิต

นอกจากนั้นเพื่อให้แผ่น CFRP ที่ติดตั้งดังกล่าวมีประสิทธิภาพสูงสุดตามที่ออกแบบไว้ จะก าหนดให้ใช้แผ่น CFRP

sheet ที่มีความหนา 0.167 มม. โอบรัดแผ่น CFTP strip จ านวน 1 ชั้นเต็มพื้นที่ที่พิจารณาในการออกแบบเสริม

ก าลังและด้านปลายของ CFRP sheet แต่ละด้านจะต้องยื่นเลยออกจากบริเวณที่พิจารณาแต่ละด้านไม่น้อยกว่า

300 มม. ส่วนในบริเวณใด ๆ ก็ตามที่จะต้องติดตั้งแผ่น CFRP ในส่วนโค้งของโครงสร้างจะต้องท าการลบมุมให้มี

รัศมีความโค้งไม่น้อยกว่า 15 มม.

P a g e | 5

รูปที่ 3.1 รายละเอียดการค านวณปริมาณแผ่นคาร์บอนไฟเบอร์เสริมก าลงับริเวณจุดต่อ

Design : Engineer:

Project : Check :

Location: Date 1/23/2015

A. Material Properties

A.1 Rebar

- Yield strength, fy 4000 ksc

A.2 CFRP Strip

- Design Tensile Strength, sf u 24000 ksc

-Effective Tensile Stength, fe f f * = 0.7*f f u 16800.00 ksc

- Width of Plate, Bf 50 mm.

- Thickness of Plate, tf 1.2 mm.

- Area of CFRP plate, Af 60 mm.2

B.1 ปรมิาณทีข่าดหายไปของเหล็กเสรมิ

No. Diameter Area

Design 8 28 49.26 cm^2

Provided 8 16 16.08 cm^2

33.18 cm^2

ความกวา้งของ

CFRP ทีต่อ้งการ 65.8 cm

ใชจ้รงิ 70 cm

สรุป

ขาดหาย

ใช ้CFTP-Strip จ านวน 14 แผน่ โดยแตล่ะแผน่มคีวามกวา้ง 5 ซม.

เสรมิก าลังจดุตอ่ผนังคอนกรีตส าเร็จรูป

อาคารชดุพักอาศัย IDEO

จอมทอง กรุงเทพฯ

0

Analysis of Section with Composited Material

P a g e | 6

4. การออกแบบเสริมก าลังผนังบันได

เนื่องจากผนังมีการเสริมเหล็กไม่เป็นไปตามที่ออกแบบไว้ โดยเหล็กเสริมที่จะขาดหายไปคือ เหล็กขนาด

DB12 ระยะเรียง 250 มม. เมื่อคิดเป็นต่อระยะ 1 เมตร ปริมาณเหล็กเสริมที่หายไปคือ 4(1.13) = 4.52 ซม.2 /ม.

รายละเอียดการค านวณปริมาณแผ่นคาร์บอนไฟเบอร์แสดงดังรูปที่ 3.2 การเสริมก าลังจะก าหนดให้ติดตั้งแผ่น

CFRP sheet ที่มีความหนา 0.167 มม. ความกว้าง 25 ซม. มีระยะเรียงเท่ากับ 50 ซม. จากกึ่งกลางถึงกึ่งกลาง

แผ่น (หรือระยะเว้นช่องว่าง 25 ซม.) ติดตั้งตามแนวขวางของผนังบันไดตลอดความสูงชั้นที่พิจารณา และ

ก าหนดให้ปลายของแผ่น CFRP sheet แต่ละด้านจะต้องยื่นเลยออกจากบริเวณที่พิจารณาแต่ละด้านไม่น้อยกว่า

400 มม. ส่วนในบริเวณใด ๆ ก็ตามที่จะต้องติดตั้งแผ่น CFRP ในส่วนโค้งของโครงสร้างจะต้องท าการลบมุมให้มี

รัศมีความโค้งไม่น้อยกว่า 15 มม.

P a g e | 7

รูปที่ 3.2 รายละเอียดการค านวณปริมาณแผ่นคาร์บอนไฟเบอร์เสริมก าลงับริเวณผนังบันได

Design : Engineer:

Project : Check :



A.1 Concrete

- Compressive strength, f'c 280 ksc

- Modulus of Elasticity of concrete, Ec = 15,100*sqrt(f'c) 252671.328 ksc

A.2 Rebar


A.3 CFRP Sheet


- Modulus of Elasticity of CFRP, Ef 2.35E+06 ksc

- Product Utimate Tensile Strain, ef u* 0.01489 mm./mm.

- Enviromental Reduction Factor, CE 0.9

- ef d = 0.41*sqrt(fc'/n Ef tf) ; tf = 0.167 mm,n=1 1.10E-02 OK

-Effective Tensile Stength, fe f f * = ef d*f f u 25735.85 ksc

A.4 CFRP Sheet Dimension

- Width of sheet, Bf 250 mm.

- Thickness of sheet, tf 0.167 mm.

- Area of CFRP sheet, Af 41.75 mm.2

B. Sectional Properties


No. Diameter Area

Design 4 12 4.52 cm^2 / 1m

Provided 0.00 cm^2

4.52 cm^2




สรุป ใช ้CFTP-Sheet จ านวน 2 แผน่ โดยแตล่ะแผน่มคีวามกวา้ง 25 ซม. ระยะเรยีง 50 ซม.

เสรมิก าลังผนังคอนกรีตส าเร็จรูป



0


ขาดหาย

P a g e | 8

5. การออกแบบเสริมก าลังจุดต่อบริเวณผนังทั่วไป

เนื่องจากผนังก าแพงมีการเสริมเหล็กไม่เป็นไปตามที่ออกแบบไว้ มีปริมาณเหล็กเสริมที่ขาดหายไปจ านวน

มาก โดยเหล็กเสริมที่ออกแบบไว้คือ 48 เส้น ชั้นคุณภาพ DB25 (พื้นที่หน้าตัดรวมเท่ากับ 235.62 ซม.2) แต่ใน

ระหว่างการก่อสร้างได้ติดตั้งเหล็กเสริม 8 เส้น ชั้นคุณภาพ DB20 (พื้นที่หน้าตัดรวมเท่ากับ 25.13 ซม.2) ปริมาณ

เหล็กเสริมที่หายไปคือ 235.62 – 25.13 = 210.49 ซม.2 รายละเอียดการค านวณปริมาณแผ่นคาร์บอนไฟเบอร์

แสดงดังรูปที่ 3.3 จากการค านวณได้ก าหนดให้ใช้แผ่น CFRP sheet ที่มีความหนา 0.167 มม. ความกว้าง 50 ซม.

ต่อแผ่น และมีระยะเรียง 50 ซม. วัดจากกึ่งกลางถึงกึ่งกลางแผ่น โดยซ้อนทับกันจ านวน 5 layers จัดเรียงให้อยู่

ภายในระยะ 2000 มม. ของแต่ละฝั่งของผนัง (2 ด้านรวมเป็น 2x2000 = 4000 มม.) โดยติดตั้งตามแนวดิ่งหรือ

แนวตั้งของผนังตลอดความสูง และจะต้องมีระยะทาบของแผ่น CFRP sheet ระหว่างชั้นที่พิจารณา ไม่น้อยกว่า

400 มม.

นอกจากนั้นเพื่อให้แผ่น CFRP sheet ที่ติดตั้งดังกล่าวมีประสิทธิภาพสูงสุดตามที่ออกแบบไว้ จะ

ก าหนดให้ใช้แผ่น CFRP sheet ที่มีความหนา 0.167 มม. โอบรัดแผ่น CFRP sheet จ านวน 1 ชั้นติดตั้งตามแนว

ขวางหรือแนวนอนที่บริเวณปลายบนและปลายล่างของแผ่น CFRP sheet ของแนวยาว โดยก าหนดให้มีความลึก

1500 มม. วดัจากปลายของ CFRP ของแนวยาว และแผ่น CFRP sheet ของแนวขวางที่นี้ปลาย แต่ละด้านจะต้อง

ยื่นเลยออกจากบริเวณที่พิจารณาแต่ละด้านไม่น้อยกว่า 500 มม. ส่วนในบริเวณใด ๆ ก็ตามที่จะต้องติดตั้งแผ่น

CFRP ในส่วนโค้งของโครงสร้างจะต้องท าการลบมุมให้มีรัศมีความโค้งไม่น้อยกว่า 15 มม.

P a g e | 9

รูปที่ 3.3 รายละเอียดการค านวณปริมาณแผ่นคาร์บอนไฟเบอร์เสริมก าลงับริเวณผนังทั่วไป

Design : Engineer:

Project : Check :



A.1 Concrete

- Compressive strength, f'c 280 ksc

- Modulus of Elasticity of concrete, Ec = 15,100*sqrt(f'c) 252671.328 ksc

A.2 Rebar


A.3 CFRP Sheet


- Modulus of Elasticity of CFRP, Ef 2.35E+06 ksc

- Product Utimate Tensile Strain, ef u* 0.01489 mm./mm.

- Enviromental Reduction Factor, CE 0.9

- ef d = 0.41*sqrt(fc'/n Ef tf) ; tf = 0.167 mm,n=1 1.10E-02 OK

-Effective Tensile Stength, fe f f * = ef d*f f u 25735.85 ksc

A.4 CFRP Sheet Dimension

- Width of sheet, Bf 500 mm.

- Thickness of sheet, tf 0.167 mm.

- Area of CFRP sheet, Af 83.5 mm.2

B. Sectional Properties


No. Diameter Area

Design 48 25 235.62 cm^2 / 1m

Provided 8 20 25.13 cm^2

210.49 cm^2




เสรมิก าลังผนังคอนกรีตส าเร็จรูป



0


ขาดหาย

สรุป ใช ้5 layers CFTP-Sheet มคีวามกวา้ง 50 ซม./แผน่ ระยะเรยีง 50 ซม. เรยีงในระยะ 4000 มม./layer

P a g e | 10

4. แบบก่อสร้าง

แบบกอ่สร้างประกอบด้วยจ านวน 4 แผ่น แสดงปริมาณและลักษณะการเสริมก าลัง ณ ต าแหน่งต่าง ๆ

โดยมีรายละเอียดดังนี้

P a g e | 11

P a g e | 12

P a g e | 13

P a g e | 14

รายการคำนวณการเสริมกำลังด้วยแผ่นคาร์บอนไฟเบอร์_REV...

Documents

Transcript of รายการคำนวณการเสริมกำลังด้วยแผ่นคาร์บอนไฟเบอร์_REV...