บทนำเกี่ยวกับโครงสร้างเหล็ก

โครงสร้างเหล็กได้กลายเป็น โซลูชันที่สำคัญในงานก่อสร้างสมัยใหม่ ด้วยคุณสมบัติที่โดดเด่น เช่น ความทนทาน ความยืดหยุ่น และความสามารถในการรับน้ำหนักสูง โครงสร้างเหล็กจึงเป็นที่นิยมมากขึ้นและถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายทั้งในโครงการที่อยู่อาศัยและอุตสาหกรรม. ในบทความนี้ BMB Steel จะให้ข้อมูลรายละเอียดเกี่ยวกับโครงสร้างเหล็ก ส่วนประกอบ ข้อดี และการประยุกต์ใช้จริงในงานก่อสร้าง

1. โครงสร้างเหล็กคืออะไร?

โครงสร้างเหล็ก คือ วัสดุที่ออกแบบมาสำหรับงานก่อสร้างประเภทต่าง ๆ โดยถูกขึ้นรูปให้เป็นรูปร่างเฉพาะตามมาตรฐานทางเคมีและกลไกที่กำหนด

โดยทั่วไปแบ่งเป็น เหล็กร้อนรีด (hot-rolled) และ เหล็กประกอบ (built-up products) มีหน้าตัดหลากหลาย เช่น เหล็กรูปตัว L, C, I, H, สี่เหลี่ยมจัตุรัส, สี่เหลี่ยมผืนผ้า และทรงกลม ปัจจุบันความต้องการโครงสร้างเหล็กทั่วโลกยังคงเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง

1.1 คำนิยามของโครงสร้างเหล็ก

โครงสร้างเหล็ก คือ ระบบรับน้ำหนัก ที่สร้างขึ้นจากการประกอบชิ้นส่วนเหล็ก เช่น เสา คาน หลังคา ค้ำยัน และรอยต่อด้วยสลักเกลียวหรือการเชื่อม ซึ่งมีความแข็งแรงสูง สามารถประกอบและรื้อถอนได้ง่าย และยังสามารถนำกลับมาใช้ใหม่ได้

เมื่อเปรียบเทียบกับโครงสร้างคอนกรีตเสริมเหล็กแล้ว โครงสร้างเหล็กมีน้ำหนักเบากว่า ก่อสร้างได้รวดเร็วกว่า และควบคุมคุณภาพได้ง่ายกว่า

1.2 รายละเอียดของโครงสร้างเหล็ก

โครงสร้างเหล็กประกอบด้วยชิ้นส่วนหลัก เช่น เสา คาน หลังคา และรอยต่อ โดยผลิตสำเร็จในโรงงานแล้วนำไปประกอบหน้างาน ทำให้เกิดโครงสร้างที่แข็งแรง ยืดหยุ่น และปรับเปลี่ยนได้ง่าย

2. รูปแบบทั่วไปของโครงสร้างเหล็ก

โครงสร้างเหล็กถูกใช้กันอย่างแพร่หลายเพราะ ความยืดหยุ่นและความทนทานสูง ซึ่งมีหลายประเภทตามวัตถุประสงค์การใช้งาน

2.1 โครงสร้างเหล็กรูป Z

ใช้เป็นคานมาตรฐาน มีหน้าตัดรีดร้อน

2.2 โครงสร้างเหล็ก รูป L

มีขารับแรง 2 ด้านตั้งฉากกัน มักใช้ในระบบพื้นเพื่อลดความลึกและประหยัดวัสดุ

2.3 โครงสร้าง H-pile

รับน้ำหนักได้ดีที่สุด ใช้กับรากฐานลึก รองรับน้ำหนักเกิน 1,000 ตัน

2.4 โครงสร้างเหล็กรูป C

ประหยัดต้นทุน เหมาะสำหรับช่วงสั้นถึงปานกลาง เช่น โครงสร้างสะพาน

2.5 โครงสร้างเหล็ก HSS รูปกลวง

โครงสร้างเหล็ก HSS หน้าตัดทรงกลม สี่เหลี่ยม ใช้ในเฟรมเชื่อมที่ต้องการความแข็งแรงสูง

2.6 โครงสร้างเหล็ก I-beam

โครงสร้างเหล็ก I-beam หรือ wide-flange beam รับแรงดัดและแรงเฉือนได้ดีมาก

2.7 โครงสร้างท่อเหล็ก

ใช้ในท่อส่งน้ำ น้ำมัน ก๊าซ และโครงรับน้ำหนัก

2.8 โครงสร้างเหล็กรูป T

ต้านทานแรงได้สูง เหมาะเป็นโครงหลัก แต่ขาดแผ่นรับด้านล่างทำให้เสถียรน้อยกว่าแบบอื่น

2.9 โครงสร้างเหล็กแผ่น

ใช้ในโครงการอุตสาหกรรมขนาดใหญ่ เช่น โรงงานและโกดัง

2.10 โครงสร้างเหล็กที่ปรับแต่งได้

สำหรับโครงการที่ต้องการดีไซน์เฉพาะ เช่น สัญลักษณ์หรืออาคารที่โดดเด่น

3. ข้อดีและข้อเสียของโครงสร้างเหล็ก

ข้อดี

• ทนทานและรับน้ำหนักได้สูง → ต้านทานแรงลม แผ่นดินไหว
• ก่อสร้างรวดเร็ว → ผลิตสำเร็จในโรงงาน ลดเวลาและต้นทุน
• น้ำหนักเบา → ลดภาระฐานราก ขนส่งง่าย
• ยืดหยุ่นในการออกแบบ → ปรับเปลี่ยนและต่อเติมได้สะดวก
• คุ้มค่าในระยะยาว → ใช้ซ้ำได้ ลดค่าใช้จ่าย

ข้อเสีย:

• ข้อจำกัดด้านการรับน้ำหนัก → กรอบเหล็กบางอาจไม่เหมาะกับอาคารขนาดใหญ่
• เสี่ยงต่อการกัดกร่อน → หากไม่มีการเคลือบป้องกัน ต้องบำรุงรักษามาก
• นำความร้อนได้สูง → ส่งผลต่อค่าใช้จ่ายด้านพลังงาน

4. คุณสมบัติของโครงสร้างเหล็ก

เหล็กเป็นโลหะผสมที่ประกอบด้วยเหล็กและคาร์บอนเป็นหลัก พร้อมทั้งมีการเติมธาตุอื่น ๆ เช่น แมงกานีส กำมะถัน ทองแดง ฟอสฟอรัส โครเมียม และนิกเกิล เพื่อปรับคุณสมบัติให้เหมาะสมต่อการใช้งาน โดยพฤติกรรมและสมรรถนะของโครงสร้างเหล็กขึ้นอยู่กับองค์ประกอบทางเคมีเป็นสำคัญ

องค์ประกอบทางเคมี

• คาร์บอนและแมงกานีส → เพิ่มความแข็งแรงในการดึงและการคราก แต่จะทำให้ความเหนียวและความสามารถในการเชื่อมลดลง
  
  
• กำมะถันและฟอสฟอรัส → หากมีมากเกินไปจะทำให้เหล็กเปราะ ลดคุณภาพในการเชื่อมและความทนทานต่อการใช้งานซ้ำ ๆ
• โครเมียมและนิกเกิล → เพิ่มความต้านทานการกัดกร่อน และความทนทานต่ออุณหภูมิสูง
• ทองแดง → ช่วยเพิ่มคุณสมบัติการป้องกันสนิมเพิ่มเติม

แม้แต่การเปลี่ยนแปลงเล็กน้อยในองค์ประกอบทางเคมีก็สามารถทำให้เกิดชนิดของเหล็กที่แตกต่างกัน และถูกนำมาใช้ผลิตเป็นชิ้นส่วนโครงสร้าง เช่น ท่อ แผ่นเหล็ก ท่อร้อยสาย สลักเกลียว หมุดย้ำ และเหล็กเสริม.

เหล็กถูกผลิตผ่านกระบวนการเช่นการอบความร้อนและการสร้างโลหะผสมเพื่อให้ได้คุณสมบัติที่หลากหลาย รวมถึง:

• ความแข็งแรงดึง: วัดโดยการทำการทดสอบความดึงเพื่อกำหนดความแข็งแรงเมื่อถึงจุดคงตัวและความแข็งแรงสูงสุด โดยจะให้กราฟความเครียด-แรงดึงสำหรับวัสดุ
• ความแข็ง: นิยามว่าเป็นความต้านทานของวัสดุที่มีต่อการถูกชนและขีดข่วน วัดโดยใช้วิธีการต่างๆ เช่น บริเนลล์ วิคเกอร์ส และการทดสอบความแข็งร็อกเวลล์
• ความเหนียวของรอยแตก: หมายถึงความสามารถของวัสดุที่จะต้านทานการแพร่กระจายของรอยร้าว โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่ออยู่ในสภาวะโหลดแบบหมุนเวียน เหล็กที่มีความแข็งแรงสูงดูดซับพลังงานมากขึ้นก่อนหน้าการแตกหัก ลดความเสี่ยงในการล้มครืนของโครงสร้าง
• ความแข็งแรงเมื่อเกิดความอ่อนล้า: เหล็กอาจล้มเหลวเมื่อเกิดภาระที่เพิ่มขึ้น แม้ว่าภาระอาจน้อยกว่าค่าภาระสูงสุดที่สามารถรองรับได้ในการทดสอบแบบคงที่ ดังนั้นจึงถือเป็นสิ่งที่สำคัญในการพิจารณาความแข็งแรงเมื่อเกิดความอ่อนล้าในการออกแบบ
• ความต้านทานการเกิดสนิม: เหล็กอาจเกิดสนิมได้ง่าย โดยเฉพาะในสภาพแวดล้อมที่ชื้นหรือในใกล้แหล่งน้ำทะเล เพื่อป้องกันเรื่องนี้ ธาตุต่างๆ เช่น ทองแดง ฟอสฟอรัส และโครเมียมถูกนำเข้ามาเพื่อลดการเกิดสนิมและการเสื่อมโทรม
• เหล็กรีด: แตกต่างจากคอนกรีต เหล็กไม่สามารถถูกหล่อที่หน้างานได้เนื่องจากมีจุดหลอมเหลวสูง ดังนั้นส่วนย่อยเหล็ก เช่น เสา คาน และ ค้ำยันจะถูกผลิตในโรงหลอมเหล็กและนำไปยังหน้างานก่อสร้างสำหรับการประกอบ ผลิตภัณฑ์เหล็กรีดถูกใช้ในงานโครงสร้างเป็นอย่างมากเนื่องจากความแข็งแรงและความหลากหลายของการใช้งาน

โดยสรุป คุณสมบัติของเหล็ก รวมถึงความแข็งแรงดึง ความแข็ง ความเหนียว และความต้านทานการกัดกร่อน ทำให้มันเป็นวัสดุที่หลากหลายไว้ใจได้ในงานก่อสร้าง สามารถเพิ่มธาตุต่างๆ เข้าไปเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพตามความต้องการของแต่ละโครงการ

5. มาตรฐานโครงสร้างเหล็กในเวียดนาม

มาตรฐานสำหรับโครงสร้างเหล็กช่วยให้มั่นใจในคุณภาพและความปลอดภัยในการก่อสร้างโดยกำหนดความต้องการสำหรับวัสดุเหล็กที่ใช้ในโครงการก่อสร้าง โครงสร้างเหล็กในเวียดนาม ต้องเป็นไปตามมาตรฐานของประเทศรวมทั้งมาตรฐานจากประเทศเช่น ออสเตรเลีย สหรัฐอเมริกา สหราชอาณาจักร และยุโรป

เมื่อมาตรฐานเหล่านี้ถูกบ่งชี้แล้ว จะกลายเป็นพื้นฐานสำหรับการสร้าง ตรวจสอบ และอนุมัติโครงสร้างเหล็ก ในเวียดนาม มาตรฐานแห่งชาติที่สำคัญสำหรับโครงสร้างเหล็กคือ TCVN 5575: 2012.

คุณลักษณะสำคัญของ TCVN 5575: 2012:

• ต้นกำเนิด:
• ได้แก่มาตรฐานรัสเซียรหัส SNIP II-23-81.
• จัดทำโดยสถาบันวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีการก่อสร้าง ของกระทรวงการก่อสร้าง
• เสนอโดยกระทรวงการก่อสร้าง ประเมินโดยกรมควบคุมมาตรฐานและคุณภาพ และประกาศโดยกระทรวงวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี
• กรอบกฎหมาย:
• ถูกยอมรับว่าเป็นมาตรฐาน มาตรฐานแห่งชาติ ตามข้อ 1 มาตรา 69 ของกฎหมายว่าด้วยมาตรฐานและข้อกำหนดทางเทคนิค
• กำหนดอยู่ในข้อ B ของข้อ 2 มาตรา 7 ของระเบียบกระทรวงการคลังที่ 127/2007/ND-CP ซึ่งให้ข้อบังคับรายละเอียดเกี่ยวกับมาตรฐานและข้อกำหนดทางเทคนิค
• การใช้งาน:
• มาตรฐานนี้ใช้สำหรับ โครงสร้างเหล็กทางแพ่งและทางอุตสาหกรรม แต่ไม่ใช้สำหรับการออกแบบ การก่อสร้างขนส่งหรือการชลประทาน เช่น สะพาน ถนน ท่อ หรือประตูวาล์ว
• วิธีการออกแบบ:
• TCVN 5575: 2012 ใช้วิธีการ ค่าสถานะจำกัด ซึ่งใช้ปัจจัยความปลอดภัยสำหรับการโหลด วัสดุ และเงื่อนไขการทำงาน
• เน้นเรื่อง ความแข็งแรงของโครงสร้าง และห้ามไม่ให้มีการเสื่อมสภาพสำคัญในรูปทรงของโครงสร้าง
• สูตรการคำนวณ:
• การคำนวณความแข็งแรง: ฟอร์มูลาที่ใช้คือ ความแข็งแรงที่คำนวณ = ความแข็งแรงมาตรฐาน/ปัจจัยความปลอดภัยของวัสดุ.
• การคำนวณน้ำหนัก: สูตรคือ คำนวณได้เป็นน้ำหนัก = น้ำหนักมาตรฐาน/ปัจจัยความปลอดภัยในการใช้งาน.
• สำหรับภาระที่มีประสิทธิภาพหลายตัว มาตรฐานได้แนะนำ ปัจจัยการลดภาระที่พร้อมกัน เพื่อให้มั่นใจในความถูกต้องในการคำนวณภาระของโครงสร้าง
• ข้อกำหนดเฉพาะ:
• มาตรฐานมีแนวทางเฉพาะสำหรับปัจจัยต่างๆ เช่น ภาระลม , สัมประสิทธิ์การไหลอากาศ และปัจจัยอื่นๆ ในสภาพแวดล้อมที่มีผลกระทบต่อการออกแบบโครงสร้างเหล็ก

TCVN 5575: 2012 มีบทบาทสำคัญในการให้แน่ใจว่าโครงสร้างเหล็กในเวียดนามเป็นไปตามมาตรฐานความปลอดภัย ความน่าเชื่อถือ และผลการปฏิบัติงานในโครงการก่อสร้างทางแพ่งและอุตสาหกรรม

6. การประยุกต์ใช้โครงสร้างเหล็กในการก่อสร้าง

โครงสร้างเหล็กถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในโครงการก่อสร้างที่หลากหลาย ตั้งแต่ที่พักอาศัยไปจนถึงอุตสาหกรรม ด้านล่างนี้เป็นการใช้งานที่พบได้บ่อยที่สุด

6.1 โครงสำหรับโรงงานและโกดัง

โครงสร้างเหล็ก เหมาะสำหรับโรงงานและโกดัง เนื่องจากมีความสามารถในการรับน้ำหนักที่ดีและการสร้างที่รวดเร็ว เลขาเหล็กสร้างให้มีพื้นที่กว้างขวางที่เหมาะสมสำหรับการผลิตและการจัดเก็บ

6.2 สะพานถนนและสะพานแขวน

โครงสร้างเหล็ก ใช้กันอย่างแพร่หลายในก่อสร้างสะพานถนนและสะพานแขวน เนื่องจากสามารถรองรับน้ำหนักมากและทนทานต่อสภาพอากาศเลวร้าย

6.3 สนามกีฬา อาคารจัดแสดง และหลังคาสนามบิน

โครงสร้างเหล็ก อนุญาตให้สร้างอาคารขนาดใหญ่ เช่น สนามกีฬา อาคารจัดแสดง หลังคาสนามบิน โดยไม่จำเป็นต้องมีเสาค้ำซึ่งจะดูเหมือนสร้างพื้นที่กว้างที่ยืดหยุ่น

6.4 อาคารสูงและหอกระจายเสียง

อาคารสูงและหอ มักใช้ โครงสร้างเหล็ก เพื่อทำให้น้ำหนักรวมเบาลงในขณะเดียวกันก็รับประกันความแข็งแรงและความทนทานของโครงสร้าง

7. คำถามที่พบบ่อยเกี่ยวกับโครงสร้างเหล็ก

Q1: โครงสร้างเหล็กมีค่าใช้จ่ายสูงกว่าการก่อสร้างแบบดั้งเดิมหรือไม่?
A: ค่าใช้จ่ายเริ่มต้นอาจสูงกว่า เพราะต้องใช้วัสดุและแรงงานเฉพาะ แต่ช่วยประหยัดในระยะยาว เนื่องจากก่อสร้างเร็ว ลดค่าบำรุงรักษา และประหยัดพลังงาน

Q2: โครงสร้างเหล็กเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมหรือไม่?
A: ใช่ เหล็กสามารถรีไซเคิลได้ทั้งหมด โดยไม่สูญเสียความแข็งแรงและความทนทาน ถือเป็นวัสดุที่ยั่งยืนต่อสิ่งแวดล้อม

Q3: การก่อสร้างเหล็กเป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อมหรือไม่?
A: ใช่ เหล็กเป็นวัสดุที่สามารถรีไซเคิลได้ 100% และสามารถนำกลับมาใช้ใหม่ได้โดยไม่สูญเสียความแข็งแรงหรือความทนทาน ทำให้มันเป็นวัสดุก่อสร้างที่ยั่งยืน

ไม่ว่าจะเป็นความยืดหยุ่น ความสามารถในการรับน้ำหนักสูง หรือการช่วยประหยัดต้นทุน ทำให้โครงสร้างเหล็กกลายเป็นตัวเลือกอันดับต้น ๆ ของเจ้าของโครงการ ผู้รับเหมา และสถาปนิก

หากคุณกำลังมองหาโซลูชันการก่อสร้างที่มีประสิทธิภาพ ยั่งยืน และคุ้มค่า โครงสร้างเหล็กคือคำตอบที่เหมาะสมที่สุดสำหรับโครงการของคุณ

สำหรับข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับโครงสร้างเหล็กและการขอราคาโดยละเอียด สามารถติดต่อ BMB Steel – ผู้ให้บริการโครงสร้างเหล็กชั้นนำในเวียดนาม