แผ่นดินไหวกลายเป็นภัยธรรมชาติที่ใกล้ตัวเรามากขึ้น ไม่ว่าจะอยู่ในเมืองหรือที่ไหน ก็มีโอกาสได้สัมผัสกับแผ่นดินไหวกันทั้งนั้น แล้วเราจะมั่นใจได้อย่างไรว่าอาคารที่เราใช้งานอยู่ทุกวันนั้นปลอดภัยมากเพียงพอต่อแรงสั่นสะเทือน ควรจะออกแบบอย่างไรให้เหมาะสมในทางวิศวกรรม
วันนี้จระเข้จะพาทุกคนไปพูดคุยกับ รศ. เอนก ศิริพานิชกร ผู้อำนวยการสำนักวิจัยและบริการวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี มหาวิทยาลัยพระจอมเกล้าธนบุรี ประธานคณะทำงานประสานงานด้านภัยพิบัติจากอาคารถล่ม สภาวิศวกร ผู้เชี่ยวชาญด้านอาคารกับแผ่นดินไหวตัวจริง ที่พร้อมมาให้ความรู้กับเราในวันนี้แล้ว
ยาวไปอยากเลือกอ่านการสร้างอาคารที่มีโครงสร้างต้านทานแผ่นดินไหวสำคัญอย่างไรในปัจจุบัน
ภาพ: แผ่นดินไหว
“กฎกระทรวงเกี่ยวกับโครงสร้างต้านทานแผ่นดินไหว ทำให้เกิดการตื่นตัวมากขึ้น”
สำหรับการดูแลอาคารในเรื่องแผ่นดินไหว เรามีกฎกระทรวงในเรื่องแผ่นดินไหวตั้งแต่ ปี พ.ศ. 2540 ขณะนั้นจะบังคับใช้เฉพาะจังหวัดกาญจนบุรีขึ้นไปทางเหนือ ในขณะนั้นไม่ได้กระทบต่อกรุงเทพฯ และปริมณฑล
ต่อมาเกิดแผ่นดินไหวและสึนามิใน ปี พ.ศ. 2547 จึงมีกฎกระทรวงฉบับใหม่มาแทนฉบับเดิม ซึ่งครอบคลุมกรุงเทพมหานครและปริมณฑล รวมถึงจังหวัดโซนทะเลอันดามันและจังหวัดชุมพรด้วย รวมเป็นทั้งหมด 22 จังหวัด
ภาพ: ความเสียหายจากแผ่นดินไหว
กฎหมายฉบับนี้ทำให้เกิดการตื่นตัวเรื่องการก่อสร้าง เพราะกระทบค่าใช้จ่ายของประชาชนในการที่จะสร้างโครงสร้างให้แข็งแรงมากเพียงพอ
ต่อมาในปี พ.ศ. 2564 มีกฏกระทรวงฉบับใหม่ เป็นการเรียนรู้ว่าโอกาสเกิดแผ่นดินไหวกินพื้นที่มากขึ้นหรือไม่
ขนาดของอาคารควรเป็นเท่าไร ยิ่งจังหวัดที่อยู่ใกล้รอยเลื่อนยิ่งมีความถี่สูง แรงสั่นสะเทือนก็มากขึ้น ดังนั้นอาคารที่อยู่ใกล้กับรอยเลื่อน ก็มีความจำเป็นที่จะต้องมีขนาดเล็กลง
“เกินครึ่งประเทศไทย ถูกควบคุมด้วยกฎหมายแผ่นดินไหว”
สำหรับบางพื้นที่ที่ไม่เคยมีการพูดถึง เช่น จังหวัดอุตรดิตถ์ ก็ถูกนับให้อยู่ในจังหวัดที่ต้องคำนึงถึงเรื่องแผ่นดินไหว และขยายอีกหลายจังหวัด รวมทั้งหมดเป็น 43 จังหวัด เรียกได้ว่าจังหวัดมากกว่าครึ่งของประเทศไทย ถูกควบคุมด้วยกฎหมายแผ่นดินไหว
ภาพ: อาคารถล่มจากแผ่นดินไหว
เมื่อมีเรื่องของกฎหมายแล้ว กรมโยธาธิการและผังเมืองจึงได้ออกมาตรฐานเพิ่มเติม โดยในมาตรฐานนี้ก็มีรายละเอียดว่า การออกแบบอาคารให้พร้อมรับแผ่นดินไหว จะต้องมีรายละเอียดอะไรบ้าง และดีเทลของแบบจะต้องมีอะไรบ้าง
บางคนอาจคิดว่ากรุงเทพฯ อาจจะอยู่ไกลจากรอยเลื่อน แต่จริง ๆ แล้วกรุงเทพฯ จะได้รับผลกระทบจากแผ่นดินไหวในระยะไกล เพราะเวลาที่แผ่นดินไหวมันเคลื่อนที่ผ่าน จะมาในลักษณะเหมือนกับคลื่นทั่วไป เคลื่อนที่ผ่านตัวกลางที่มี Geophysics (ธรณีฟิสิกส์) มีความแข็งแรงเหมือนกัน ก็จะสลายคลื่นไป
แต่เมื่อเข้ามาในกรุงเทพฯ คลื่นจะขยายขึ้น แต่ไม่สั่นไหวแบบเดียวกับบริเวณรอยเลื่อน ด้วยเหตุนี้เองกรุงเทพฯ จะกระทบต่ออาคารสูงปานกลาง
โดยสภาวิศวกรก็ได้เตรียมความพร้อมให้กับสมาชิก โดยจัดอบรมเป็น 2 ส่วน ทั้งการอบรมผู้ไปสอนต่อซึ่งจะใช้เวลาอบรมถึง 24 ชั่วโมง และอีกส่วนหนึ่งก็สนับสนุนให้วิศวกรตื่นตัวในปัจจัยด้านนี้ และในปัจจุบันก็มีการเรียนการสอนด้านนี้ในมหาวิทยาลัยภายใต้กฎกระทรวงนี้ด้วยเช่นกัน
การออกแบบอาคารต้านทานแผ่นดินไหวมีปัจจัยใดที่ควรให้ความสำคัญ
ภาพ: การออกแบบก่อสร้าง
“Performance-Based Design ยอมเสียหายบางส่วน เพื่อลดพลังงาน”
ถ้าถามว่าการออกแบบแผ่นดินไหวเป็นอย่างไร อาจจะบอกได้ว่าการออกแบบแผ่นดินไหวในปัจจุบัน ก็จะมีบทเรียนที่แตกต่างกัน การออกแบบทุกวันนี้ก็จะพยายามให้เหนียว ย่อยสลายพลังงานได้ หมายความว่าอาคารหลังหนึ่งมีจุดหนึ่งที่ทำให้พังก่อน ด้วยหลักแล้วเมื่อพังเสร็จแรงก็จะหายไป
เพราะฉะนั้นวิธีการออกแบบใหม่ จะเรียกว่าเป็น Performance-Based Design โดยดูว่าอาคารมี Performance อย่างไร และออกแบบตามนั้น ตัวอย่างเช่น อาคารเรียนพระราชทาน สมเด็จพระกนิษฐาธิราชเจ้า กรมสมเด็จพระเทพรัตนราชสุดาฯ สยามบรมราชกุมารี เป็นอาคารเหล็กโดยออกแบบให้บางจุดพังเสียหายได้ และบางส่วนก็ออกแบบตามมาตรฐาน เมื่อเสียหายก็ยังใช้งานต่อได้ เพื่อให้แรงสลายไป ตามหลักการออกแบบตามสมรรถนะนั่นเอง
กำแพงรับแรงเฉือน (Shear Wall) คืออะไร สำคัญอย่างไรต่องานออกแบบ
ภาพ: กำแพงรับแรงเฉือน
“แรงเฉือนคือแรงลมและแรงอื่นด้านข้างของอาคาร”
กำแพงรับแรงเฉือน จะเป็นแรงลมที่เป็นแรงกระทำในทิศทางด้านข้างอาคาร ดังนั้นถ้าว่ากันตามความสูงอาคาร เมื่อเรารวมแรงลมและแรงอื่นตามด้านข้างอาคาร เราจะพบว่าด้านล่างจะมีแรงอยู่มาก ซึ่งจุดนี้เรียกว่าแรงเฉือน
ดังนั้นวิศวกรจึงต้องกำหนดให้มีกำแพงจุดหนึ่ง หรือกลุ่มหนึ่ง ทำหน้าที่รับแรงเฉือนแทนตัวอาคาร เพราะฉะนั้นกำแพงรับแรงเฉือนจึงเป็นกำแพงที่สร้างขึ้น เพื่อรับแรงกระทำจากด้านข้าง ในเชิงของแผ่นดินไหวถ้าหากกำแพงใหญ่มากเกินไป ก็จะรับแรงมาก
“ปัจจุบันจึงเน้นการสร้างจุดที่จะวิบัติก่อน แม้แต่ในกำแพงรับแรงเฉือน ก็ต้องออกแบบให้บางส่วนสลายแรงได้ดีขึ้นด้วยการทำให้บางจุดเสียหายได้เร็ว จะช่วยลดความเสียหายได้มาก”
เทคโนโลยีในการออกแบบอาคารต้านแผ่นดินไหวที่น่าสนใจในอนาคต
ภาพ: การก่อสร้างอาคาร
คงเป็นเรื่อง Performance-Based Design เพราะต้องยอมรับก่อนว่าเราคงไม่ลงทุนสร้างอาคารให้ต้านแผ่นดินไหวได้ทุกขนาด เพราะฉะนั้นก็จะมีเกณฑ์ในการก่อสร้างอยู่ ได้แก่
- สร้างแล้วแข็งแรงมาก ไม่มีความเสียหายเลย
- เข้าไปใช้งานได้ทันทีทันใด (Immediate Occupancy) เช่น โรงพยาบาล โรงเรียน ศูนย์ Data Center ที่จำเป็นต่อความเป็นอยู่ ก็จะออกแบบให้อาคารเสียหายได้เล็กน้อย โดยส่วนใหญ่มักจะออกแบบแบบ Life Save คือป้องกันชีวิตของคน
- การออกแบบเพื่อป้องกันไม่ให้อาคารถล่มลงมา
ภาพ: การออกแบบอาคารร่วมกัน
“เราสามารถทำให้อาคารพังได้บางจุด แตกต่างจากแบบดั้งเดิมที่ต้องสร้างให้แข็งแรง”
ดังนั้นในอนาคตผมเชื่อว่าวิธีการออกแบบก็ต้องมีการตกลงกัน ระหว่างเจ้าของอาคาร เจ้าของส่วนที่เป็นสาธารณูปโภค เช่น ประปา ไฟฟ้า ว่าจะมีเกณฑ์ในการออกแบบอย่างไร
ซึ่งเกณฑ์ในการออกแบบทุกวันนี้ เราสามารถทําให้โครงสร้างอาคารพังได้ในบางจุด ซึ่งเป็นลักษณะที่แตกต่างจากการออกแบบอาคารแบบดั้งเดิม ที่จะออกแบบให้แข็งแรงอย่างเดียว เมื่อถึงเวลาจริงก็อาจจะต้านทานแรงแผ่นดินไหวไม่ได้
รศ. เอนก ศิริพานิชกร
ภาพจาก https://www.kmutt.ac.th/kmutt-org/director-other-kmutt/
- ประธานคณะทำงานประสานงานด้านภัยพิบัติจากอาคารถล่ม สภาวิศวกร
- ผู้อำนวยการสำนักวิจัยและบริการวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี มหาวิทยาลัยพระจอมเกล้าธนบุรี
- วุฒิวิศวกรโยธา (ว.ย. 1330) สภาวิศวกร
- วุฒิสมาชิก สมาคมวิศวกรรมสถานแห่งประเทศไทยฯ (วสท.)
- วุฒิสมาชิก สมาคมคอนกรีตไทย (สคท.)
สนใจความรู้เกี่ยวกับการก่อสร้างในด้านอื่น ๆ ไปอ่านกันต่อได้เลยที่
