จากเหตุการณ์แผ่นดินไหว ณ ประเทศเมียนมา อันได้ส่งแรงสั่นสะเทือนมาถึงประเทศไทยในหลายจังหวัด ตั้งแต่ภาคเหนือเรื่อยมาจนถึงกรุงเทพมหานคร เหตุการณ์นี้นำมาซึ่งความสูญเสียทั้งต่อชีวิตและทรัพย์สินที่ยังรอการประเมินค่า หนึ่งในนั้นคือบรรดาอาคารสูงและคอนโดมิเนียมมากมายที่ทิ้งไว้ซึ่งรอยร้าวและคำถามต่อความแข็งแรงของโครงสร้างอาคาร ไม่ว่าจะเป็นอาคารเก่า หรืออาคารใหม่ แม้ว่าจะมีระเบียบบังคับให้อาคารที่ก่อสร้างหลังปี พ.ศ.2550 ต้องก่อสร้างตามมาตรฐานการก่อสร้างเพื่อรองรับแผ่นดินไหวก็ตาม
รูปแบบโครงสร้างที่มีความเสี่ยงต่อแรงแผ่นดินไหว
1. โครงสร้างชั้นล่างอ่อนแอกว่าชั้นบน
โครงสร้างชั้นล่างอ่อนแอกว่าชั้นบน หมายถึงโครงสร้างชั้นล่างของอาคารมีความแข็งแรงต่ำ หรือมีการออกแบบขนาดเสาและฐานรากที่ไม่สมดุลกับการรองรับน้ำหนักที่มาจากชั้นบน ซึ่งอาจทำให้โครงสร้างพังทลายลงได้กรณีที่เกิดเหตุแผ่นดินไหว
หรืออีกกรณีหนึ่ง คือชั้นล่างมีความสูงมากกว่าชั้นบน หรือชั้นล่างมีความสูงกว่าความสูงปกติของชั้นอื่น ๆ ในอาคาร ทำให้โครงสร้างเกิดความไม่สมดุล โดยเฉพาะในช่วงที่มีแรงกระทำจากภายนอก เช่น แผ่นดินไหว ความสูงของชั้นที่ไม่สมดุลกันนี้ จึงอาจทำให้การเคลื่อนที่ของอาคารไม่เสถียร เกิดแรงบิด หรือความเสียหายที่รุนแรง เนื่องจากการกระจายแรงที่ไม่เท่ากันในแต่ละชั้น
2. เสา หรือผนังรับแรงที่มีการขาดช่วง
เสา หรือผนังรับแรงที่มีการขาดช่วง หมายถึงการที่โครงสร้างแนวตั้ง เช่น เสา ผนัง หรือโครงสร้างรับน้ำหนักแนวตั้งไม่ได้วางตัวต่อเนื่องกันตลอดแนว จากฐานรากที่อยู่ใต้ดินขึ้นไปยังชั้นบนของอาคาร ตัวอย่างเช่น
– เสาชั้นบน ไม่ตรงกับเสาชั้นล่าง
– ผนังที่รับแรงแนวตั้งถูกตัดออกบางช่วง เพื่อทำช่องเปิดขนาดใหญ่ เช่น ช่องหน้าต่างขนาดใหญ่
– การเปิดพื้นที่ชั้นล่างให้โล่ง เช่น โถงทางเข้า ลานจอดรถ โดยไม่ได้ออกแบบการรับน้ำหนักของพื้นที่ชั้นบนให้เหมาะสม
เมื่อเกิดแรงภายนอกมาปะทะกับอาคาร เช่น แผ่นดินไหว หรือลมแรง ๆ แรง หรือน้ำหนักที่เกิดขึ้น ไม่สามารถถ่ายเทลงสู่ฐานรากได้อย่างราบรื่น หากมีจุดที่โครงสร้างแนวตั้ง เช่น เสา หรือผนังรับแรง มีการขาดช่วงหรือไม่ต่อเนื่อง แรงจะไปรวมตัวกันที่จุดที่ไม่ต่อเนื่องนั้นทำให้เกิดการรับแรงมากเกินไป เสี่ยงต่อความเสียหายและการพังทลายของโครงสร้าง
3. การออกแบบให้คานไม่สมดุลกับเสา
การออกแบบคานใหญ่หรือแข็งแรงกว่าเสา ทำให้เกิดการถ่ายเทแรงด้านข้างส่วนใหญ่ไปสู่เสาที่มีขนาดเล็กกว่า โดยที่คานไม่ได้ดูดซับพลังงานไว้ ทำให้เสาซึ่งมีขนาดเล็กและอ่อนแอกว่าต้องรับภาระมาก จนส่งผลให้เกิดความเสียหาย หรือแม้กระทั่งการพังทลายที่จุดต่อระหว่างคานกับเสาซึ่งเป็นจุดสำคัญของโครงสร้าง
4. การวางผังและแนวแกนไม่สมมาตร
โดยทั่วไปอาคารสูงจะมีแนวแกน เช่น ปล่องลิฟต์ บันไดหนีไฟ หรือช่องงานระบบ ที่มักออกแบบให้เป็นผนังรับแรงเฉือนที่หนาและมีความแข็งแรงพิเศษ ซึ่งจะสามารถรับแรงด้านข้างได้มากกว่าโครงสร้างเสาและคานทั่วไป แต่สำหรับอาคารบางดีไซน์ อาจไม่ได้วางแนวแกนนี้ไว้ในตำแหน่งที่สมมาตร หรือจะสร้างสมดุลที่สุด เมื่อได้รับแรงจากแผ่นดินไหวจะถูกถ่ายเทแรงไปอย่างไม่สมดุล อาคารอาจเกิดการบิดหรือหมุน โครงสร้างทั่วไปในบริเวณอื่นอย่างเสาและคานที่ไม่สามารถทนแรงเฉือนได้มากก็มีโอกาสเสียหายพังทลายลงก่อน
รูปแบบโครงสร้างต้านแรงแผ่นดินไหว
1. โครงสร้างชั้นล่างแข็งแรง
ศูนย์กลางพลังงานแผ่นดินไหวอยู่ที่ชั้นล่าง โครงสร้างเสาคานชั้นล่างที่มีขนาดเหมาะสม แข็งแรง และระยะห่างระหว่างชั้นเท่ากันกับชั้นบน จะทำให้อาคารรับแรงได้อย่างสมดุล ดูดซับพลังงานจากแผ่นดินไหวได้ร่วมกันทั้งอาคาร
นอกจากนี้ สัดส่วนความกว้างต่อความสูงของอาคารมีผลต่อการรักษารูปทรงอาคารเมื่อต้องรับแรงแผ่นดินไหว โดยพื้นฐานแล้วหากอาคารมีลักษณะผอมเพรียวมาก (ความกว้างน้อยแต่ความสูงมาก) อาคารก็จะมีโอกาสเสียรูปได้ง่ายกว่าเมื่อเจอภัยพิบัติ
2. ผนังรับแรงสมมาตรและต่อเนื่องกัน
ผนังรับแรงเฉือน (Shear wall) เป็นผนังรับการบิดตัวของอาคารจากแรงลม หรือแรงแผ่นดินไหว ผนังรับแรงเฉือนที่มีประสิทธิภาพจะต้องอยู่ต่อเนื่องกันตั้งแต่จากฐานรากจนถึงด้านบนสุดของอาคารโดยไม่มีอะไรคั่นและไม่ควรมีช่องเปิด อีกทั้งควรอยู่ในตำแหน่งสมดุลกันในแต่ละด้านของอาคารด้วย
3. อาคารมีรูปทรงสมมาตร แนวแกนอาคารอยู่ในจุดที่สมดุล
แนวแกนที่อยู่ในตำแหน่งสมดุลและสมมาตรจะช่วยให้อาคารโดยรวมบิดไปมาน้อย ช่วยลดความเสี่ยงต่อการพังทลายของโครงสร้างได้ นอกจากนั้นอาคารที่รูปทรงสม่ำเสมอ สมดุล และสมมาตร จะมีสมรรถนะในการต้านแรงแผ่นดินไหวมากกว่าอาคารรูปทรงอิสระ เนื่องจากเมื่ออาคารโดนแรงกระทำจากแผ่นดินไหวด้านข้าง อาคารรูปทรงพื้นฐานจะขยับไปทั้งอาคารในลักษณะที่เท่า ๆ กัน
แต่ถ้าหากอาคารมีดีไซน์ของผังพื้นไม่สม่ำเสมอ หรือมีแนวปีกยื่นออกมา ควรออกแบบให้แยกส่วนโครงสร้างและออกแบบรอยต่อตรงระหว่างโครงสร้างให้สามารถขยับตัวได้ เพื่อให้ส่วนประกอบของอาคารแต่ละส่วนเคลื่อนไปในทิศทางของตัวเอง จะช่วยลดความเสียหายทางโครงสร้างได้
4. โครงค้ำยันแนวทแยงช่วยถ่ายแรง
โครงสร้างค้ำยันแนวทแยง (Diagonal Bracing) มีหน้าที่ช่วยรับแรงกระทำที่ด้านข้างต่ออาคาร อย่างแผ่นดินไหว หรือแรงลม โดยที่โครงสร้างเสา-คานแบบปกติที่เน้นรับน้ำหนักแนวดิ่งรับน้ำหนักได้ไม่ดีนัก จึงช่วยลดความเสียหายจากแผ่นดินไหวที่เป็นแรงกระทำด้านข้างได้ โดยอาจออกแบบเป็นรูปแบบของกระบอกสูบไฮดรอลิค (Damper) ที่สามารถขยับได้ก็จะช่วยดูดซับแรงได้มากขึ้น
5. ฐานแยกแรงแผ่นดินไหว
ฐานแยกแรงแผ่นดินไหว (Building Isolation) เป็นระบบโครงสร้างที่ช่วยสลายแรงแผ่นดินไหวได้ดีที่สุด โดยเมื่อเกิดแรงกระทำที่ด้านข้างจากแผ่นดินไหว ฐานรากแยกแรงที่ใต้ดินจะสามารถขยับตัวไป-มาด้านข้างได้ตามแรงที่เกิดขึ้น เหมือนเป็นการรักษาตัวไปตามแรงธรรมชาติ จึงช่วยลดการสั่นไหวไม่ให้ส่งผลต่ออาคารสูงด้านบน ช่วยให้โครงสร้างอาคารไม่เหวี่ยง หรือบิด ลดความเสี่ยงต่อการพังทลายของโครงสร้าง โดยสามารถติดตั้งได้ทั้งบริเวณฐานราก หรือบริเวณชั้นกลางอาคาร
อ้างอิงข้อมูลจาก สมาคมสถาปนิกสยาม ในพระบรมราชูปถัมภ์:
การออกแบบอาคารต้านแผ่นดินไหว สำหรับสถาปนิก ฉบับปรับปรุง
แนวทางการออกแบบทางสถาปัตยกรรม เพื่อรองรับเหตุแผ่นดินไหว