โครงสร้างอาคารรุ่นใหม่ ทนทานต่อแผ่นดินไหวมากกว่า 100 ครั้ง

เมื่อพูดถึงแผ่นดินไหวปัญหาสำคัญนอกจากแรงสั่นสะเทือนที่เกิดขึ้น ยังเป็นความเสียหายต่อพื้นที่เป็นวงกว้าง ทั้งต่อภูมิประเทศ สภาพแวดล้อม และสิ่งปลูกสร้างของมนุษย์ ในกรณีนี้ที่เป็นอันตรายที่สุดคือ โครงสร้างอาคาร ที่สามารถก่อให้เกิดผู้เสียชีวิตจำนวนมาก เช่น กรณีของตึกสตง.ที่พังถล่ม

นี่เป็นเหตุผลในการพัฒนาโครงสร้างอาคารรุ่นใหม่ที่รองรับแผ่นดินไหวโดยเฉพาะ

 

 

 

โครงสร้างอาคารสำหรับรับมือแผ่นดินไหว 100 ครั้ง

 

ผลงานนี้เป็นของทีมวิจัยจาก University of British Columbia (UBC) แห่งแคนาดา กับการคิดค้นพัฒนาระบบโครงสร้างอาคารแบบใหม่ ที่จะช่วยให้ตึกสูงสามารถต้านทานและรองรับแรงสั่นสะเทือนจากแผ่นดินไหวนับ 100 ครั้ง รักษาความมั่นคงของอาคารและช่วยรักษาชีวิตของผู้อาศัยที่อยู่ภายใน

 

จุดเด่นสำคัญของอาคารหลังนี้คือ การออกแบบให้โครงสร้างสามารถโยกได้ อาศัยฐานรากแบบโยก ร่วมกับตัวหน่วงการสั่นสะเทือน อุปกรณ์กระจายแรง และตัวดูดซับแรงประสิทธิภาพสูง เปลี่ยนรูปแบบจากความทนทานในการดูดรับแรงสั่นสะเทือนทั่วไป มาเป็นกระจายแรงเพื่อลดความเสียหายรวม

 

ผลลัพธ์นี้ช่วยให้โครงสร้างอาคารรุ่นใหม่อาจเกิดการโยกหรือเอนไหวไปตามการสั่นสะเทือนบ้าง แต่อยู่ในมุมและทิศทางจำกัดตามที่ได้รับการออกแบบ แต่แรงกดที่ถูกส่งเข้าไปถึงแกนโครงสร้างจะลดลง ช่วยให้โครงสร้างหลักไม่ได้รับความเสียหายจนรักษาชีวิตของผู้อยู่อาศัยไว้ได้

 

ในขั้นตอนการทดสอบทางทีมวิจัยได้ทำการออกแบบตึกจำลองระฟ้าขนาด 30 ชั้น จากนั้นนำไปทดสอบร่วมกับเครื่องสั่นสะเทือนเพื่อสร้างแผ่นดินไหวจำลอง เพื่อจำลองสภาพแวดล้อมแผ่นดินไหวที่เกิดกับอาคารสูง ผลปรากฏว่าตัวตึกรองรับแรงสั่นสะเทือนแผ่นดินไหวได้มากกว่า 100 ครั้ง และยังอยู่ในสภาพสมบูรณ์พร้อมใช้งานตามเดิม

 

นี่จึงถือเป็นหนึ่งในโครงสร้างที่รองรับเหตุแผ่นดินไหวได้อย่างมีประสิทธิภาพ

 

 

โครงสร้างรับแรงสั่นสะเทือนที่มีประโยชน์กว่าที่คิด

 

จริงอยู่นี่ไม่ใช่โครงสร้างรับแผ่นดินไหวแรกที่ได้รับการออกแบบ ที่ผ่านมามีการคิดค้นโครงสร้างอาคารขึ้นมาหลายแบบ เช่น Seismic Base Isolation การแยกฐานอาคารเพื่อลดแรงสะเทือนจากแผ่นดินไหว, Pres-Lam  ที่ใช้สายเคเบิลเชื่อมคานกับเสาเพื่อเสริมความแข็งแรง หรือ Tuned Mass Damper ที่ติดตั้งตุ้มถ่วงน้ำหนักเพื่อลดการสั่นของอาคารสูง

 

แน่นอนระบบเหล่านี้มีตัวอย่างการใช้งานจริงจนสามารถพบเห็นได้ตามอาคารขนาดใหญ่และสถานที่สำคัญมาบ้าง หลายประเภทลดแรงสั่นสะเทือนต่อโครงสร้างลงได้มากถึง 75 – 80% หรือตึก Taipei 101 ของไต้หวัน ที่สามารถรับมือกับแผ่นดินไหวขนาด 7.4 ได้โดยไม่มีความเสียหายมากนัก

 

อย่างไรก็ตามโครงสร้างเหล่านี้ยังมีข้อจำกัดในบางด้าน เช่น  Base Isolation มีข้อจำกัดด้านพื้นที่ใช้สอยรวมของสิ่งปลูกสร้างน้อย, Pres-Lam  ไม่เหมาะจะใช้กับเขตร้อนและอาคารสูง รวมถึง Tuned Mass Damper เองก็ไม่ได้ช่วยลดแรงสั่นสะเทือนเข้าสู่โครงสร้างมากนัก

 

ในขณะที่โครงสร้างอาคารแบบใหม่จะรวมเอาข้อดีของหลายวิธีการไว้ด้วยกัน ตัวโครงสร้างถูกออกแบบให้อาคารมีพื้นที่ใช้สอยมาก ช่วยลดแรงกระทำต่อโครงสร้างคอนกรีตและเสาเข็ม ทั้งยังมีต้นทุนการจัดสร้างไม่สูงนัก พร้อมนำไปใช้งานในอาคารสูงหลายสิบชั้นได้อย่างราบรื่น จากการทดสอบนับร้อยครั้งแน่ใจได้ในความปลอดภัย

 

อีกหนึ่งจุดเด่นสำคัญคือ การโยกเอนของตึกอาจดูอันตราย แต่ช่วยสลายแรงสั่นสะเทือนลดโอกาสเกิดความเสียหายต่อโครงสร้าง นอกจากช่วยป้องกันอันตรายจากการพังถล่มแล้ว ยังลดความยุ่งยากเมื่อต้องทำการซ่อมแซมและบูรณะหลังเกิดเหตุ ซึ่งถือเป็นอีกหนึ่งปัญหาสำคัญที่เกิดขึ้นหลังเหตุแผ่นดินไหว

 

นี่จึงถือเป็นโครงสร้างอาคารยุคใหม่ที่อาจเป็นกุญแจสำหรับรับมือแผ่นดินไหวอย่างแท้จริง

 

 

 

อย่างไรก็ตามโครงสร้างอาคารนี้ยังอยู่ในระหว่างการค้นคว้าวิจัย จำเป็นต้องได้รับการทดสอบในการจัดสร้างที่พักอาศัยและอาคารพาณิชย์ในลำดับต่อไป การทดสอบที่เกิดขึ้นเป็นการจำลองรูปแบบแผ่นดินไหวในทวีปอเมริกาเหนือ จึงอาจมีความแตกต่างของรูปแบบสั่นสะเทือน และยังมีความซับซ้อนทางวิศกรรมสูงจึงอาจทำให้การจัดสร้างทำได้ไม่ง่ายนัก

 

คงต้องรอดูกันต่อไปว่าโครงสร้างอาคารรุ่นใหม่นี้จะช่วยให้เรารับมือภัยธรรมชาติที่รุนแรงขึ้นทุกวันได้แค่ไหน

 

 

 

ที่มา

 

https://news.ubc.ca/2025/05/ubc-earthquake-resistant-high-rise-technology/

 

https://interestingengineering.com/lists/top-5-earthquake-resistant-structures-around-world