กรณีศึกษาที่ 1: อาคารคอนกรีตเสริมเหล็กที่สูงที่สุดในประเทศไทย

- อาคารใบหยก 2 (Baiyoke 2 Tower), ประเทศไทย

ภาพที่ 6.3.1.1

อาคารใบหยก 2 กรุงเทพมหานคร
ที่มา : (วิกิพีเดีย สารานุกรมเสรี, 2555)

1. รายละเอียดอาคาร

อาคารใบหยก 2 จะกลายเป็นอาคารคอนกรีตเสริมเหล็กที่สูงที่สุดในประเทศไทย มีจำนวนชั้นถึง 91 ชั้น ประกอบด้วยศูนย์การค้าและที่จอดรถใน 15 ชั้นล่าง โรงแรมและภัตตาคาร 76 ชั้นในส่วนบน มีความสูงทั้งสิ้น 319 เมตร เป็นอาคารที่มีความสูงชะลูด เนื่องจากอยู่บนที่ดินที่ ค่อนข้างเล็ก คือมีความชะลูดประมาณ 8 : 1 ลักษณะพื้นที่ในบริเวณทาวเวอร์จะค่อนข้างสมมาตรในทุกแกน

2. การปรับแต่งรูปทรงอาคาร

การออกแบบอาคารใบหยกมีรูปลักษณ์ของอาคารเป็นรูปสี่เหลี่ยมจัตุรัสลบมุมในชั้นบนและมีส่วนยื่นออกมาจนเป็นรูปกากบาทในชั้นล่างดังกล่าวข้างต้นรูปทรงอาคารที่เป็นสี่เหลี่ยมจะทำให้เกิดการสั่นตัวด้วยกระแสวอร์เท็กซ์ (Vortex Excitation) ได้มากในกระแสลมเรียบ (Smooth Flow) แต่ถ้าลบมุมของสี่เหลี่ยมนั้นออก ก็จะมีผลทำให้การสั่นตัวเนื่องจากกระแสวอร์เท็กซ์นั้นลดลง

3. การเพิ่มความแข็งแรงของโครงสร้าง

- โครงสร้างหลัก

โครงสร้างที่รับแรงด้านข้างนั้น อาคารใบหยก 2 ใช้ระบบผสมระหว่าง Frame Tube คือมีการวางตำแหน่งเสาถี่ๆและรัดเสาด้วยคานรอบนอกอาคาร และระบบ Shear Wall ในส่วนผนังลิฟท์และบันได ในบริเวณกลางอาคาร และยังใช้ Diagonal Bracing ที่เป็นเหล็กรูปพรรณรัดรอบตัวตึกเพิ่มสติฟเนสของโครงสร้าง 

โครง Frame Tube และ Shear Wall ของอาคารใบหยก 2 นี้ จะประกอบด้วย Tube คอนกรีตเสริมเหล็กรูปกล่องสี่เหลี่ยม ขนาด 2.0 x 2.0 ม. และมีระยะห่าง 10.0 ม. ตรงมุมทั้งสี่รอบอาคารจะเป็น Tube กลวงขนาดใหญ่โดยใส่แกนเหล็กรูปพรรณเสริมเพื่อเพิ่มกำลังรับน้ำหนักและสติฟเนส โดยไม่ได้เพิ่มน้ำหนักของโครงสร้างมากนัก นอกจากนั้นยังมีคานรัดรอบ Tube ทั้งหมดและมีคานทแยงยึดระหว่าง Tube ตัวมุมกับ Shear Wall คอนกรีตเสริมเหล็กตรงกลาง

โครง Diagonal bracing ใส่เสริมขึ้นมาเพื่อให้โครงสร้างมีสติฟเนส มากขึ้น โครงนี้เป็นโครงเหล็กรูปพรรณทแยงยึดระหว่าง Tube ตัวมุมทีละ 8 ชั้น โดยเริ่มจากชั้นที่ 19 ถึงชั้นที่ 75 โครงเหล็กนั้นจะถูกปิดบังไว้ด้วยผนังทางสถาปัตยกรรม ซึ่งจะทำให้เรามองไม่เห็นจากภายนอก

-  โครงสร้างย่อย

อาคารใบหยก2 เลือกโครงสร้างใช้คอนกรีตเสริมเหล็ก เพราะจะมีแดมปิงมากกว่าโครงสร้างเหล็ก

4. การใช้ตัวหน่วง

อาคารใบหยกมีการติดตั้ง Tuned Liquid Camper (TLD) ช่วยลดการสั่นตัวด้วยโดยเป็นผลมาจากการทดลองในอุโมงค์ลม ผลการทดสอบในอุโมงค์ลมดังกล่าวข้างต้นพบว่า ถ้าโครงสร้างมีแดมปิงเพิ่มขึ้น การสั่นตัวอันเป็นผลจากกระแสวอร์เท็กซ์ก็จะลดลง อาคารใบหยก2นี้ใช้ภาชนะรูปสี่เหลี่ยมเป็นตัวเก็บของเหลวที่ใช้เป็นตัวหน่วง และของเหลวที่ใช้ก็จะเป็นน้ำธรรมดา โดยฝาของ TLD นี้จะปิดสนิท เพื่อป้องกันการระเหยของน้ำ ความลึกของน้ำใน TLD จะถูกคำนวณได้จากความสัมพันธ์ของความถี่ธรรมชาติของน้ำในภาชนะซึ่งต้องกำหนดให้เท่ากับความถี่ธรรมชาติของอาคารกับความกว้างของภาชนะ ซึ่งขนาดของภาชนะนี้จะต้องพิจารณาจากสถานที่ที่จะติดตั้ง TLD ในกรณีที่สถานที่ติดตั้งเล็กขนาดของ TLD ก็จะเล็กลงไปด้วย ซึ่งจะทำให้ปริมาณน้ำที่ใช้น้อย จึงต้องใช้ TLD หลาย ๆ ตัวช่วยเสริมกันเข้าจึงจะใช้งานได้ผลดี