Art & Inspire

การออกแบบบ้านและอาคารต้านแผ่นดินไหว

แผ่นดินไหว

       แผ่นดินไหว เป็นภัยธรรมชาติที่ไม่ใช่เรื่องไกลตัวอีกต่อไปหลังจากเมื่อวันที่ 5 พฤษภาคม 2557 ได้เกิดเหตุการณ์แผ่นดินไหวขึ้น จุดศูนย์กลางอยู่ที่ จ.เชียงราย มีความแรงขนาด 6.3 ริกเตอร์โดยเหตุการณ์ดังกล่าวส่งผลให้อาคาร บ้านเรือนเกิดความเสียหายอย่างมาก

เมื่อย้อนดูในประเทศไทยเรา เคยมีประวัติการเกิดแผ่นดินไหวในระดับ 5-6 ริคเตอร์มาแล้ว โดยมีรอยเลื่อนหลักๆสองแห่งคือ รอยเลื่อนแม่ทา บริเวณจังหวัดเชียงใหม่ และรอยเลื่อนศรีสวัสดิ์บริเวณจังหวัดกาญจนบุรี จนทำให้ประเทศไทยเปลี่ยนสถานะจากประเทศที่ค่อนข้างปลอดจากภัยธรรมชาติ เป็นประเทศที่มีภัยธรรมชาติอีกประเทศหนึ่งทีเดียว ดังนั้น การเตรียมพร้อมในด้านการออกแบบ และก่อสร้างโครงสร้างพื้นฐานต่างๆของอาคาร เพื่อรับมือกับแผ่นดินไหว เพื่อให้ความเสียหายที่จะเกิดขึ้น ส่งผลกระทบต่อชีวิตและทรัพย์สินน้อยที่สุด จึงเป็นมาตรการบรรเทาภัยที่จะต้องคำนึงถึงเป็นอย่างยิ่ง

  ประเทศไทย

ลำดับแรกของการออกแบบอาคารให้ต้านทานแผ่นดินไหวได้ วิศวกรผู้ออกแบบจะต้องพิจารณารูปแบบของอาคารก่อน โดยต้องคำนึงถึงระบบโครงสร้าง (Structure), การยึดชิ้นส่วนต่างๆ (Anchorage), การยึดโยงโครงสร้าง (Bracing), ข้อต่อ (Connection) และความเหนียวของโครงสร้าง (Ductility) เป็นสำคัญและก่อนการก่อสร้าง วิศวกรยังจะต้องพิจารณาพื้นที่ สภาพดินในเขตนั้นรูปแบบของอาคารรวมถึงต้องควบคุมให้เป็นไปตามมาตรฐานด้วย

       ระบบโครงสร้าง (Structure) ของอาคารต้านทานแผ่นดินไหวจะต้องมีรูปทรงที่ดีมีลักษณะโครงสร้างต่อเนื่องสม่ำเสมอทางกายภาพทั้งในแนวราบและแนวดิ่ง มีรูปทรงที่สมมาตร หากเป็นอาคารสูง ควรมีกำแพงรับแรงเฉือน (Shear Wall) หลายชิ้น วางในตำแหน่งที่กระจายตัวอย่างสม่ำเสมอตลอดผังอาคารทิศทางการวางแนวผนัง ควรหันด้านยาวของผนังให้สามารถรับแรงด้านข้างจากแผ่นดินไหวได้ทั้งสองทิศทางทั้งตามยาวและตามขวางของอาคารเพราะหากอาคารมีรูปทรง หรือโครงสร้างที่ไม่ดี แรงจากแผ่นดินไหวที่มากระทำต่อโครงสร้างจะทำให้อาคารได้รับความเสียหายเป็นอย่างมาก

       ปัญหาที่มักจะพบในรูปแบบอาคารทั่วไปคือ ระดับความสูงของเสาในชั้นล่างของอาคารจะมีความสูงมากกว่าเสาในชั้นสองขึ้นไป เนื่องจากความต้องการให้ชั้นล่างมีพื้นที่เปิดโล่งเป็น Soft Story เพื่อเป็นห้องโถงอเนกประสงค์ หรือเป็นพื้นที่จอดรถและมีการวางจำนวนเสาน้อยกว่าในชั้นสูงขึ้นไป เพื่อให้มีพื้นที่ใช้สอย กว้างขวาง อาคารลักษณะนี้ จะมีโอกาสที่จะเกิดการวิบัติแบบชั้นอ่อนได้ เนื่องจากเสาอาคารในชั้นล่างมีความอ่อนตัวต่อการโยกไหวทางด้านข้างได้มากกว่าในชั้นสูงขึ้นไป ประกอบกับแรงแผ่นดินไหวที่กระทำต่อเสาชั้นล่างจะมีค่าสูงมากซึ่งพบว่าในประเทศไทยมีอาคารลักษณะดังกล่าวเป็นจำนวนมาก โดยเฉพาะอาคารโรงเรียน โรงพยาบาล และอาคารสาธารณะอื่นๆดังนั้นหากต้องการออกแบบอาคารเพื่อให้มีความสามารถต้านทานแผ่นดินไหวอาจทำได้ดังนี้

1. จะต้องมีการจัดให้ความสูงของเสาชั้นล่างไม่แตกต่างจากชั้นสูงขึ้นไปมากนัก การออกแบบที่ดี ควรจัดให้เสาชั้นล่างไม่สูงชะลูดมาก จนทำให้เสาชั้นล่างมีค่าความต้านทานในการเคลื่อนตัวด้านข้างน้อยกว่าเสาชั้นสองเกิน 80%

2. จัดให้เสาชั้นล่างมีจำนวนมากขึ้น

3. ขยายขนาดหน้าตัดเสาชั้นล่างให้ใหญ่ขึ้น

4. เสริมค้ำยันด้านข้างทางแนวทแยง เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพในการต้านการเคลื่อนตัวทางด้านข้าง เป็นต้น

วิเคราะห์โครงสร้างตรวจสอบแรงเฉือนที่ฐาน

        การยึดชิ้นส่วนต่างๆเข้าด้วยกัน (Anchorage) โดยเฉพาะอาคารที่เป็นโครงสร้างพื้นฐานสำคัญชิ้นส่วนต่างๆ ต้องได้รับการยึดเข้าด้วยกันให้แข็งแรง เช่น ตอม่อกับเสา คานกับเสา พื้นกับคาน แปกับจันทัน ผนังกระจกกับโครงที่รองรับ เป็นต้นเพื่อป้องกันมิให้ตัวอาคารหลุดออกจากฐานรองรับเมื่อเกิดแผ่นดินไหวและอาคารได้รับแรงสั่นไหวไปมา

การยึดโยงโครงสร้าง (Bracing) สำหรับอาคารโครงสร้างเหล็ก หรือโครงสร้างไม้ที่ไม่มีการยึดโยง เมื่อถูกพายุหรือแผ่นดินไหวรุนแร จะพังทลายได้ง่าย ซึ่งพบค่อนข้างบ่อย ควรจะต้องมีการยึดโยงชิ้นส่วนทแยงหรือผนังที่แน่นหนา เพื่อให้รับแรงดันทางด้านข้างและแรงบิดตัวได้อย่างเหมาะสมไม่ให้โย้มาก เวลาสั่นไหว

การยึดโยงโครงสร้าง (Bracing)

         ขณะเดียวกันก็ต้องคำนึงถึงข้อต่อ (Connection) ของอาคารโดยต้องให้ข้อต่อแข็งแรง ให้สามารถยึดรั้งชิ้นส่วนเข้าด้วยกัน และถ่ายแรงจากชิ้นส่วนหนึ่งไปสู่อีกชิ้นส่วนหนึ่งของโครงสร้าง ได้ทั้งนี้เพื่อไม่ให้ชิ้นส่วน แยกหลุดจากกัน จากการสั่นไหว

ข้อต่อ (Connection)

        ความเหนียวของโครงสร้าง (Ductility) ควรมีความเหนียวทนต่อแรงโยกของแผ่นดินไหวได้ โดยที่ไม่เสียกำลังหรือยังคงกำลังส่วนใหญ่ไว้ได้ โดยใส่ปลอกรัดแกนของเสาให้มีความถี่มากขึ้น และคำนวณขาของเหล็กปลอกให้มีความยาวเพียงพอโดยเฉพาะบริเวณใกล้จุดต่อระหว่างเสาและคาน เนื่องจากบริเวณนี้ เสาและคานมีการดัดตัวในลักษณะไปกลับหลายรอบ เหล็กปลอกในบริเวณนี้จึงต้องจัดวางให้แน่นเป็นพิเศษ และการต่อเหล็กเสริมตามยาวจะต่อในบริเวณใกล้จุดต่อของเสาและคานไม่ได้ เนื่องจากแรงแผ่นดินไหว จะทำให้เหล็กเสริมเหล่านี้เลื่อนหลุดจากจุดต่อได้ง่าย

ความเหนียวของโครงสร้าง (Ductility)

        การออกแบบอาคารต้านทานแผ่นดินไหวที่มีประสิทธิภาพอย่างแท้จริงนั้น สิ่งสำคัญที่สุด คือ วิศวกรผู้ออกแบบ วิศวกรผู้ควบคุมงาน ผู้รับเหมาก่อสร้าง ตลอดจนผู้ที่เกี่ยวข้องจะต้องดำเนินการออกแบบ ก่อสร้างสิ่งปลูกสร้างต่างๆ ให้ถูกต้องตามหลักวิชาการ ขณะเดียวกันก็ต้องมีจริยธรรมในการประกอบวิชาชีพควบคู่ไปด้วย เพื่อให้สิ่งปลูกสร้างต่างๆ มีโครงสร้างที่มั่นคง แข็งแรง สามารถต้านทานแผ่นดินไหวได้อย่างเหมาะสมแต่สุดท้ายแล้วขึ้นชื่อว่าธรรมชาติไม่มีอะไรแน่นอน ดังนั้น เราจึงควรเตรียมพร้อมรับมือกับเหตุการณ์ทางธรรมชาติที่อาจเกิดขึ้นได้อีกในอนาคต

เขียนและเรียบเรียงโดย : Wilaiphan S.
อ้างอิง : สมาคมวิศวกรรมสถานแห่งประเทศไทย ในพระบรมราชูปถัมภ์/ คณะวิศวกรรมศาสตร์ จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย / tumcivil.com / constructionandproperty.net


Photo of author
WRITTEN BY

supawadee