เสา



ประวัติ
อาจเริ่มมาจากอารยธรรมในยุคเหล็กที่สำคัญของทางตะวันออกกลางและเมดิเตอร์เรเนียนโดยมีการทำมาใช้ในงานสถาปัตยกรรมด้วนเสาจะเป็นหินที่มีพื้นที่เป็นรูปสลักด้วยชาวอียิปต์ เปอร์เซีย และ อารยธรรมอื่น ด้วยส่วนใหญ่จะมีจุดประสงค์เพื่อในการรับนำหนักจากหลังคาและภายในของตัวอาคารและมีการตกแต่งด้วยสีสรรหรือภาพวาดแต่ชาวกรีกโบราณจะมีการนำเสามาใช้ไม้กว้างขวางมากกว่าทั้งภายในและภายนอกอาคารด้วยจะเน้นไปในทางคลาสสิก

ความหมาย 
องค์ประกอบของโครงสร้างที่มีการรับน้ำหนักต่างๆในอาคารโดยจะมีการถ่ายลงเสาด้วยเสาจะทำหน้าที่รับน้ำหนักในแนวดิ่งและในบางกรณีก็ต้องรับโมเมนต์ดัดได้ด้วยเสาจะมีรูปแบบและข้อกำหนดที่แตกต่างกันไปตามรูปแบบของเสาและในการพิจารณาออกแบบเสาก็จะต้องพิจารณาถึงการรับแรงของเสาและลักษณะปลายยึดของตัวเสาด้วย

หน้าที่ของเสา 
เสาเป็นโครงสร้างที่ทำหน้าที่เปรียบเสมือนลำต้นหลักของต้นไม้ที่ทำให้ต้นไม้คงรูปและยืนหยัดอยู่ได้ ซึ่งสามารถรับแรงต่างๆตามการออกแบบและใช้งานทั่วไปมีดังนี้
แรงอัด เช่น แรงเนื่องจากน้ำหนักของโครงสร้าง และน้ำหนักบรรทุกต่างๆเป็นการรับแรงตามแนวแกน  โมเมนต์ดัด เช่น แรงเนื่องจากการเยื้องศูนย์ของแรงที่กระทำตามแนวแกนและเกิดจากแรงกระทำด้านข้างทำให้เกิดเป็นโมเมนต์ดัด 
แรงดึง เช่น แรงในแนวแกนที่จากน้ำหนักที่กระทำในแนวแกนลักษณะการแขวน ห้อยของโครงสร้าง การดึงของโครงสร้างและน้ำหนักบรรทุก 
แรงเฉือน เช่น การรับแรงเนื่องจากดินไหว การรับแรงลม และการรับแรงด้านข้างอื่นๆ 
แรงบิดหรือโมเมนต์บิด เช่น เป็นการรับแรงของเสาในลักษณะการหมุนบิด เช่น เสาของโครงสร้างที่รับแรงพายุทำให้เกิดการบิดของตัวเสา เสาของโครงสร้างที่เกิดการบิดในรูปแบบต่างๆ เป็นต้น 
โดยการออกแบบและการใช้งานเสาบางต้นอาจรับแรงเพียงหนึ่งแรงบางต้นอาจมากว่าหนึ่งแรงก็ได้

ส่วนประกอบของเสา

เสาคอนกรีตเสริมเหล็ก
ประกอบด้วย เหล็กเสริมรับแรงอัดหรือเหล็กยืน(เหล็กข้ออ้อย) เหล็กปลอกรับแรงเฉือน คอนกรีตรับแรงอัด ( คอนกรีตประกอบด้วย หิน ทราย ปูนซีเมนต์ น้ำ)

เสาเหล็ก

เหล็กรูปพรรณสำเร็จรูปจากโรงงาน เดี่ยวๆ เหล็กตัวไอ(I) เหล็กตัวเอส(H) เหล็กกล่อง(Tube) 

เสาโครงข้อแข็ง(Truss)สร้างขึ้นจากการนำเหล็กท่อนสั้นๆมาเชื่อมต่อกันด้วยลวดเชื่อม เหล็กท่อกลม(pipe) เหล็กฉาก(Equal angles) เหล็กกล่อง(Tube) เหล็กราง(Chanel)

เสาไม้

ไม้เนื้ออ่อน ได้แก่ ไม้ที่มีเนื้อค่อนข้างเหนียว ทำการเลื่อยไสกบ ตกแต่งได้ง่าย ลักษณะเนื้อมีสีซีดจาง น้ำหนักเบา ขาดความแข็งแรงทนทาน รับน้ำหนักได้ไม่ดี เช่น ไม้ฉำฉา ไม้กะบาก ไม้ยาง

ไม้เนื้อแข็ง ได้แก่ ไม้ที่มีเนื้อแข็งปานกลาง ทำการเลื่อยไสกบ ตกแต่งได้ยาก ลักษณะเนื้อไม้มีสีเข้มค่อน ไปทางสีแดง มีความแข็งแรงทนทาน เช่น ไม้ตะเคียน ไม้ชิงชัน ไม้เต็ง ไม้มะม่วง ฯลฯ

ไม้เนื้อแกร่ง ได้แก่ ไม้ที่มีเนื้อแกร่ง ทำการเลื่อยไสกบ ตกแต่งได้ยากมาก ลักษณะเนื้อไม้เป็นมันในตัว แน่น ลายละเอียด น้ำหนักมาก มีสีเข้มจัดจนถึงสีดำ มีความแข็งแรงทนทานดีมาก เช่น ไม้ประดู่ ไม้แดง ไม้เกลือ ฯลฯ

ประเภทของเสา

แบ่งตามขนาดความสูงของเสา

เสาสั้น
คือ เสาที่มีอัตราส่วนความสูงต่อด้านแคบของเสา(เสาสี่เหลี่ยม) หรืออัตราส่วนความสูงต่อเส้นผ่านศูนย์กลางเสา (เสากลม) น้อยกว่า 15

แบ่งตามวัสดุที่ใช้ทำเสา

เสาไม้ (timber column)
ทำจากไม้เนื้อแข็ง ไม้สัก ไม้แดง ไม้พยุง เป็นต้น ปัจจุบันราคาแพงหายาก

เสาคอนกรีตเสริมเหล็ก (reinforce concrete column)
ทำ จากคอนกรีตใส่เหล็กเสริมเพื่อเพิ่มกำลังในแรงรับแรงอัดและแรงดัด ซึ่งคอนกรีตจะรับแรงอัดได้ ส่วนเหล็กจะรับแรงดัดหรือแรงดึงได้ดี 
เสาคอนกรีตเสริมเหล็กสามารถแบ่งออกได้ดังนี้

เสาปลอกเดี่ยว
เป็นเสาคอนกรีตที่เสริมเหล็ก โดยมีเหล็กยืน (ตั้งในแนวดิ่ง) รัดด้วยเหล็กปลอก เป็นวงๆ ซึ่งเหล็กปลอกที่รัดอาจจะมีวงเดียวหรือหลายวงก็ได้และการงอเหล็กปลอกจะงอ เป็นฉาก

เสาปลอกเกลียว
เป็นเสาคอนกรีตที่เสริมเหล็ก โดยมีเหล็กยืน (ตั้งในแนวดิ่ง) รัดด้วยเหล็กปลอกที่เป็นเกลียวรัดต่อเนื่อง เสาประเภทนี้จะรับแรงได้ดีกว่า เสาปลอกเดี่ยวประมาณ 15% โดยปกติจะใช้กับ เสากลม หรือเสาหลายเหลี่ยม

เสาเหล็ก (steel column)
สามารถแบ่งได้เป็น

เสาเหล็กรูปพรรณล้วนๆ หรือนำเหล็กแผ่นมาประกอบกัน หรือท่อเหล็กกลม
เป็นที่นิยมเพราะน้ำหนักน้อยกว่าส่วนใหญ่ใช้เหล็กรูปตัวไอ (I) เหล็กรูปตัวเฮช (H) หรือเหล็กกล่อง(Tube) แต่ข้อด้อยคือทนความร้อนได้ไม่ดี เกิดวิบัติได้ง่าย

เสาโครงข้อแข็ง(Truss)
ทำจากเหล็กท่อนสั้นๆนำมาเชื่อมต่อกัน

เสาเหล็กผสมคอนกรีต
เป็นเสาที่ใช้เหล็กรูปพรรณจากข้อ 3 เทคอนกรีตหุ้มทับหรือเสริมอีกครั้ง เพื่อให้สามารถรับน้ำหนักได้มากขึ้น ทนไฟ ได้มากขึ้น อาจแบ่งได้ดังนี้

เสาปลอกเกลียวเสริมแกนเหล็ก
จะมีลักษณะเหมือนกับเสาปลอกเกลียวธรรมดาแต่จะมีเหล็กรูปพรรณ เสริมอยู่ตรงแกนกลาง ส่วนใหญ่ใช้เหล็กรูปตัวไอ (I) หรือเหล็กรูปตัวเฮช (H) 
พื้นที่หน้าตัดของแกนเหล็กเมื่อเทียบกับพื้นที่หน้าตัดคอนกรีตจะไม่มากนัก โดยทั่วไปนิยมใช้กับเสาที่มีแป้นหูช้าง หรือใช้เมื่อต้องการลดขนาดเสาให้เข้ากับแบบสถาปัตยกรรม

เสาเหล็กหุ้มด้วยคอนกรีต
คล้ายกับเสาปลอกเกลียวเสริมแกนเหล็ก แต่เหล็กที่ใช้ตรงแกน นิยมใช้เหล็กแผ่นหนาๆ นำมาตัดเชื่อมหรือย้ำหมุดให้ได้รูปหน้าตัดเป็นตัว “H” ขนาดใหญ่ และหุ้มด้วยตะแกรงเหล็กเบอร์ 10 AS&W Gage และมีคอนกรีตหุ้มไม่น้อยกว่า 6 ซม. เสาชนิดนี้นิยมใช้ในกรณีที่ต้องการให้เสามีขนาดเล็ก แต่รับน้ำหนักได้มาก

เสาคอนกรีตหุ้มด้วยท่อเหล็ก
เป็นเสาที่มีเปลือกนอกเป็นเหล็ก ภายในเป็นคอนกรีต จะไม่มีการเสริมเหล็กเพิ่มภายใน เสาประเภทนี้จะรับน้ำหนักไม่มาก และตรงปลายเสาต้องใช้แผ่นเหล็กหนา 3/8 นิ้ว หรือประมาณ 10 มม. เชื่อมติดท่อเหล็กเพื่อช่วยในการกระจายน้ำหนัก

เสาในยุคคลาสสิก 

รูปแบบของเสาต่างๆ ที่สร้างล้อมรอบห้องใจกลางวิหารกรีก ช่วงยุคแรกๆเป็นเสาไม้ แต่เปลี่ยนมาเป็นเสาหินปูน (limestone) ในราวศตวรรษที่ 7 ก่อนคริสตกาล (ปีที่ 700 ก่อนคริสตกาล) และเป็นเสาหินปูนในศตวรรษที่ 5 ก่อนคริสตกาล เสาเหล่านี้จะมีขนาดและรูปร่างที่แตกต่างกัน รวมทั้งรูปลักษณะตรงหัวเสาและด้านล่างหรือฐานของเสาก็แตกต่างกัน และมีชื่อเรียกต่างๆ กัน คือ

เสาแบบดอริก (Doric order) 

เสาแบบดอริกได้รับการพัฒนาขึ้นครั้งแรกในเขตเพลอพอนเนซุสของกรีกดอเรียน มีขนาดหนามากที่สุด ส่วนบนของเสา (Capital) (ที่รองรับคานที่เรียกว่า Architrave และ Frieze) มีลักษณะราบเรียบไม่มีลวดลายโค้งให้อารมณ์ความอ่อนช้อย และส่วนล่างของเสา (ที่ติดกับพื้น) ไม่มีฐานของเสาที่เรียกว่า Base ชาวกรีกเห็นว่าเสาแบบดอริกเป็นสัญลักษณ์แห่งหลุมฝังศพหรือความตาย (grave) ความเงียบขรึมน่าเกรงขาม (dignified) และความเป็นชาย (masculine)

เสาแบบไอออนิก (Ionic order) 

เสาแบบไอออนิกได้รับการพัฒนาขึ้นครั้งแรกในกรีกตะวันตก เขตเอเชียไมเนอร์ (ฝั่งติดกับเปอร์เซีย) มีขนาดที่บางและเรียวกว่าแบบดอริก ส่วนบนของเสาหรือหัวเสามีลักษณะที่ตกแต่งมีลวดลายที่คดโค้งมากขึ้นที่เรียกว่า Volute และส่วนฐานของเสาก็เช่นกันมีการตกแต่งไม่แข็งทื่อเหมือนกับแบบดอริก ชาวกรีกเห็นว่าเสาแบบไอโอนิคเป็นสัญลักษณ์ของความบอบบาง (slender) ความงดงาม (elegant) และความเป็นผู้หญิง (feminine)

เสาแบบคอรินเทียน (Corinthian order) 

เสาแบบคอรินเทียนได้รับการพัฒนาขึ้นมาหลังสุดในราวปลายศตวรรษที่ 5 ก่อนคริสตกาล ขนาดเสายังคงความเรียวเช่นกับแบบไอโอนิค และมีการประดับมาฐานเสาเช่นกัน แต่มีความแตกต่างตรงที่ส่วนบนของเสามีการตกแต่งเป็นรูปใบไม้ที่เรียกว่า acanthus leave

ประโยชน์ของเสา 
ใช้เป็นโครงสร้างในการรับแรงของสิ่งก่อสร้างต่างๆ 
ใช้เป็นกำแพงกันดินเช่น เสาเข็มไม้ หรือเสาเข็มคอนกรีตเสริมเหล็ก เป็นต้น 
ใช้เป็นค้ำยันต่างๆ 
ใช้ประโยชน์ตามการออกแบบและใช้งานในรูปแบบอื่น เช่น ความสวยงามทางสถาปัตยกรรม สิ่งศักดิ์สิทธิ์ความเชื่อ ฯลฯ

มาตรฐานการตรวจสอบความสมบูรณ์ของเสาเข็มด้วยวิธี Seismic Test  
เป็นการตรวจสอบความสมบูรณ์ของตัวเสาเข็ม โดยส่งคลื่นสั่นสะเทือนจากเครื่องกำเนิดความถี่ (Vibrational Machine) ลงไปในเนื้อคอนกรีตของตัวเสาเข็มที่ต้องการตรวจสอบ จึงสามารถตรวจความต่อเนื่องหรือความบกพร่องที่อาจเกิดกับตัวเสาเข็มได้ทั้งยังประมาณความลึกของเสาเข็ม

จากทฤษฏีคลื่นหน่วยแรง
	*เมื่อมีแรงกระแทกที่กระทำตรงหัวเสาเข้มจะเกิดการแพร่ของคลื่นลงไปสู่ปลายเสาเข็ม และจะเกิดการสะท้อนกลับมาจากแรงต้านของมวลดิน จากพฤติกรรมการเคลื่อนที่ของคลื่น  สามารถใช้ทฤษฏีคลื่นหน่วยแรงมาวิเคราะห็ได้

〖∂^2〗_(u(x,t))/〖∂_t〗^2 =c^2.〖∂^2〗_(u(x,t))/〖∂_x〗^2 

โดยที่
		cคือ ความเร็วของการเดินทางของคลื่นหน่วยแรงภายในเสาเข็ม
		uคือ การเคลื่อนที่ของอนุภาคเสาเข็ม
		xคือ ตำแหน่งของอนุภาคเสาเข็ม
		t  คือ เวลา

การวิเคราะห์ผล
	การวิเคราะห์จากวิธีการสะท้อนพัลส์ จะเป็นที่นิยมมากเพราะมีต้นทุนค่าอุปกรณ์ต่ำและมี ขบวนการทำงานน้อย เมื่อเริ่มตอกหัวเสาเข็มจะเกิดคลื่นหน่วยแรงเดินทางจากหัวถึงปลายเสาเข็มและเกิดการสะท้อนกลับเมื่อเสามีความยาว L และคลื่นหน่วยแรงมีความเร็วเท่ากับ Cจะสามารถคำนวณหาเวลาที่  คลื่นเคลื่อนที่ไปอย่างเดียวเท่ากับ2L⁄cดังนั้นเมื่อทำการตรวจสอบจะได้ผลการวัดจากเสาเข็ม สมบูรณ์ ดังรูปที่ 2 โดยจะเห็นได้ว่าระยะห่างจากจุดยอดจะเท่ากับ 2L⁄c

  

ข้อกำหนดในการทดสอบจากอุปกรณ์

อุปกรณ์เคาะทดสอบ
ค้อนมือถือหัวพลาสติกหรืออุปกรณ์ที่สามารถใช้แทนได้ ทั้งนี้ค้อนต้องสามารถสร้างแรงกระแทกที่มีระยะน้อยกว่า 1 มิลลิวินาทีและไม่ทำความเสียหายกับเสาเข็ม
	หัววัดสัญญาณเพื่อการวัดความเร็ว		
หัววัดสัญญาณมาตรความเร่ง ซึ่งต้องสอบให้ได้มีความเร่งเที่ยงตรงเท่ากับร้อยละ 5 ตลอดช่วงการทดสอบ	และมาตรความเร่งต้องตอบสนองสัญญาณเชิงแอมพลิจูดเป็น เส้นตรง (Linear Amplitude Response)  อย่างน้อยจนถึงความเร่ง 50g มาตรี่สมบรณ์ ต้องมีดังนี้
- มาตรความเร่งสัมพัทธ์ต้องมีความถี่ธรรมาติไม่ต่ำกว่า 30000เฮิรตช์  และมีค่าคงที่ของเวลา (Time Constant)>0.5 sec
- มาตรความเร่งสมบูรณ์ต้องมีการตอบสนองสัญญาณเชิงเฟสคงที่จนถึง
ความถี่5000 เฮิรต์หรือสูงกว่า
หัววัดสัญญาณเพื่อการวัดแรงกระแทก
แรงกระแทกที่วัดได้ จะต้องสอบเทียบให้ได้ความเที่ยงตรงที่ดีเท่ากับร้อยละ 5 ตลอดช่วงค่าที่วัดได้
สายส่งสัญญาณ
ต้องเป็นสายที่ป้องกันการรบกวน (Shielded Cable) เพื่อลดสัญญาณรบกวน
อุปกรณ์ปรับสัญญาณ (Signal Conditioner)
จะต้องตอบสนองเชิงเฟสเหมือนกันสำหรับช่วงของความถี่ที่เกี่ยวข้องกับ
		การทดสอบ
อุปกรณ์บันทึกสัญญาณ
จะต้องเป็นแบบดิจิทัลเท่านั้น สัญญาณแบบแอนะล็อกจากหัววัดสัญญาณ
		ถูกแปลงด้วยดิจจิทัล ความละเอียด> 12Bit และ ความถี่> 30000 ข้อมูลต่อวินาที 
		และความคลาดคลื่นต้องไม่เกิดร้อยละ 0.01
อุปกรณ์แสดงผล
จะต้องเลือกสัญญาณใรช่วงระยะเวลาตั้งแต่ 2 – 30 มิลลิวินาทีได้

วิธีการทดสอบ
การเตรียมการทดสอบ
ขั้นตอนแรกตรวจสอบสถานที่ทดสอบควรเข้าถึงได้ง่ายและไม่มีน้ำท่วมรวมไปถึงสภาพหัวเสาเข็มทดสอบควรมีผิวเรียบต่อมาตรวจสอบเสาเข็มคอนกรีตเสริมเหล็ก ควรบ่มคอนกรีตให้มีกำลังไม่ น้อยกว่าร้อยละ 75 ของค่าออกแบบหรือ บ่มให้ครบ 7 วันก่อน

การเตรียมอุปกรณ์ทดสอบ
ตรวจสอบการทำงานของหัวสัญญาณ สายส่งสัญญาณและระบบวัด สัญญาณตองทำงานได้ ส่วนหัววัดสัญญาณต้องถูกประกบเข้ากับผิวเสาเข็มด้วย ต่ำแหน่งติดตั้งเสาเข็มควรอยู่ห่างจากขอบเสาเข็ม สำหรับเสาที่มีเส้นผ่านศูนย์ กลาง > 500 mm ต้องทำการวัดอย่างน้อยสามตำแหน่ง เพื่อลดความคลาดคลื่น
การทดสอบและบันทึกผล
ตรวจสอบหรือปรับความเฉของช่องสัญญาณให้เป็นศูนย์ก่อนตอกทดสอบทุกครั้งการตอกทดสอบต้องกระทำในทิศทางตามแกนเสาเข็มห่างจากต่ำแหน่งที่ติดตั้งหัววัดสัญญาณไม่เกิน300 มิลลิเมตรและในการตรวจสอบต่ำแหน่งหนึ่งจะต้องทดอบไม่ต่ำกว่า 3 ครั้ง และมีสัญญาณคล้ายคลึงกันหรือ ไม่การบันทึกสามารถใช้ค่าเฉลี่ยได้ แต่หากไม่สามารถทำซ้ำได้ ถ้าให้ตรวจสอบอุปกรณ์ทันที และตรวจสอบแล้วอุปกร์ทำงานผิดปกติให้เปลี่ยนอุปกรณ์ทันที
ตามมาตรฐาน: ASTM D5882

ขั้นตอนการทำเสาคอนกรีต
1. ตรวจสอบแบบว่าเสามีขนาด ความยาว ความสูงเป็นเท่าไร จากแบบก่อสร้าง
2. ผูกเหล็กเสริมแกนเสา และเหล็กปลอกให้ได้ตามแบบก่อสร้างระบุไว้โดยที่เหล็กแกนเสาไม่หนีศูนย์ และการต่อทาบเหล็กแกนเสาจะต้องเป็นไปตามแบบก่อสร้างหรือมาตรฐาน ว.ส.ท. กำหนด
3. เมื่อเสริมเหล็กเสร็จเรียบร้อยแล้วจะทำการติดตั้งแบบหล่อเสา โดยที่แบบหล่ออาจจะเป็นไม้,เหล็ก หรือ แบบสำเร็จรูปอื่นๆก็ได้ โดยเสียบเหล็กที่แบบหล่อหรือเสียบภายหลังถอดแบบหล่อแต่ต้องอุดด้วย grouting cementยาวออกจากเสาประมาณ 30-40 เซนติเมตร เพื่อป้องกันการร้าวเมื่อก่อผนัง และจะต้องเช็คระยะดิ่งทุกครั้งเพื่อไม่ให้เสามีขนาดผิดไปจากจากมาตรฐาน(ว.ส.ท.ยอมให้ขนาดของเสาคลาดเคลื่อนไปจากแบบในทางลบไม่เกิน 6 มิลลิเมตร และ ในทางบวกไม่เกิน 12 มิลลิเมตร)
4. ติดตั้งค้ำยันแบบหล่อเสาให้แข็งแรงสามารถรับแรงดันคอนกรีตได้โดยไม่แตก พร้อมที่จะเทคอนกรีต
5. หาระดับเทคอนกรีตโดยเทียบจากระดับอ้างอิง ในกรณีของเสาชั้น 1 แต่ถ้าเป็นเสาที่มีการก่อสร้างพื้นเสร็จแล้วอาจเทียบระดับจากระดับพื้นได้ และราดน้ำแบบหล่อให้ชุ่ม เพื่อลดอุณหภูมิและการดูดน้ำจากคอนกรีต
6. เทปูนซีเมนต์ผสมกับทรายลงไปจำนวนหนึ่งก่อน เพื่อที่จะไปเคลือบผิวของแบบหล่อและเหล็กเสริม
7. เริ่มเทคอนกรีต โดยอาจใช้วิธี เทจากถังปูน กระบะ (Buckets) เทผ่านท่อผ้าใบ หรือวิธีอื่นๆที่พิเศษยิ่งกว่ากรณีเสามีรูปร่างเฉพาะทางก็ได้ โดยการเทควรให้มีการแยกตัวของคอนกรีตน้อยที่สุด หรือ ไม่มีเลยจะยิ่งดีที่สุด
8. อาจหยุดเทคอนกรีตที่ระดับต่ำกว่าท้องคานประมาณ 2.5 -3.0 เซนติเมตร เพื่อสะดวกในการวางท้องคาน
9. เมื่อคอนกรีตแข็งตัวแล้ว ประมาณ 1.5-2 วันก็สามารถถอดแบบข้างเสาได้ซึ่งอาจจะเร็วกว่าก็ได้ขึ้นอยู่กับคอนกรีตที่ใช้ และจะทำการบ่มคอนกรีตทันที