ทำไม ตึกสูงๆ เวลาโดนลมพายุถึงโยกตัวได้ ?

สวัสดีชาวโพสต์จังกันทุกคน เวลาเห็นคลิปตึกระฟ้าสูงหลายสิบหรือหลายร้อยชั้นในต่างประเทศ โยกไปโยกมาตอนเจอลมแรงหรือพายุ หลายคนตกใจ คิดว่าตึกกำลังจะถล่มแล้วแน่ๆ

แต่รู้ไหมว่า ความจริงแล้ว การที่ตึกสูง โยกได้ กลับเป็นเรื่องที่วิศวกรตั้งใจออกแบบไว้ตั้งแต่แรก

ถ้าตึกสูงแข็งทื่อจนไม่ยอมขยับเลยต่างหาก อาจอันตรายกว่าที่คิด หลายคนอาจนึกภาพว่า อาคารยิ่งแข็งแรงก็ยิ่งต้องนิ่งเหมือนภูเขา แต่ความจริงแล้ว ตึกสูงไม่ต่างจากต้นไม้เลย

ลองนึกถึงต้นไม้ใหญ่เวลาเจอลมแรง ถ้ามันยืนนิ่งแข็งเป๊ะ ไม่ยอมเอนเลย โอกาสหักกลางลำต้นมีสูงมาก แต่เพราะมันสามารถเอนไปตามแรงลมแล้วค่อยเด้งกลับได้ จึงช่วยลดแรงที่มากระแทกได้มหาศาล

ตึกระฟ้าก็ใช้หลักการเดียวกัน เมื่อมีลมพัดเข้าชนอาคาร โดยเฉพาะตึกที่สูงเกิน 150-200 เมตร

แรงลมจะมหาศาลกว่าที่พื้นดินหลายเท่า ถ้าตึกแข็งจนไม่ยอมขยับ แรงทั้งหมดจะไปกดอยู่ที่โครงสร้างและฐานรากเต็มๆ เป็นเวลานาน ซึ่งอาจทำให้เกิดความเสียหายสะสมในระยะยาว

ด้วยเหตุนี้ วิศวกรจึงออกแบบให้ตัวอาคารสามารถ ยืดหยุ่นได้เล็กน้อย เพื่อกระจายแรงแทนที่จะรับแรงทั้งหมดแบบตรงๆ

แน่นอนว่าคำว่าโยก ไม่ได้หมายถึงโยกเหมือนต้นมะพร้าวนะ ส่วนใหญ่แล้ว การเคลื่อนตัวของยอดตึกจะอยู่เพียงหลักไม่กี่เซนติเมตรไปจนถึงประมาณ 1-2 เมตรในอาคารที่สูงมากๆ และเกิดเฉพาะตอนมีลมแรงหรือพายุเท่านั้น

สำหรับคนที่อยู่ชั้นล่างแทบจะไม่รู้สึกอะไรเลย แต่ถ้าอยู่ชั้นบนสุด บางครั้งอาจรู้สึกเหมือนพื้นไหวเบาๆ หรือเหมือนอยู่บนเรือ ซึ่งเป็นเรื่องปกติของตึกสูง

หลายคนอาจสงสัยว่า แล้วถ้าโยกมากๆ คนข้างในจะเวียนหัวไหม คำตอบคือ ไม่เหลือ

ช่วงแรกๆที่เริ่มสร้างตึกระฟ้า วิศวกรพบว่าตัวตึกแข็งแรงก็จริง แต่คนที่อยู่ชั้นบนกลับเวียนหัว คลื่นไส้ หรือรู้สึกไม่สบาย เพราะอาคารแกว่งมากเกินไป

จึงมีการคิดค้นอุปกรณ์สุดเจ๋งขึ้นมา เรียกว่า Tuned Mass Damper (TMD) หรือ ตุ้มน้ำหนักลดการสั่น

มันคือก้อนเหล็กหรือคอนกรีตขนาดมหึมาที่มีน้ำหนักหลายร้อยถึงหลายพันตัน ติดตั้งไว้ใกล้ยอดตึก

เวลาลมพัดจนตัวอาคารเริ่มโยก เจ้าตุ้มยักษ์นี้จะเหวี่ยงไปในทิศตรงข้าม ช่วยหักล้างแรงสั่น ทำให้ตึกแกว่งน้อยลงและคนในอาคารรู้สึกสบายขึ้น

ตัวอย่างที่โด่งดังที่สุดคือ Taipei 101 ประเทศไต้หวัน ซึ่งติดตั้งลูกตุ้มเหล็กสีทองหนักกว่า 660 ตัน เอาไว้กลางตึกจนกลายเป็นจุดท่องเที่ยวไปเลย

ไม่ใช่แค่ลมนะ หลายประเทศที่เกิดแผ่นดินไหวบ่อย เช่น ญี่ปุ่น ก็ออกแบบให้อาคารสามารถ ขยับตัว ได้เช่นกัน

เพราะถ้าตึกแข็งเกินไป เวลาแผ่นดินไหว แรงสั่นสะเทือนจะถูกส่งเข้าโครงสร้างโดยตรง มีโอกาสแตกร้าวหรือพังได้ง่ายกว่า

จึงมีการใช้ทั้งฐานรองรับแรงสั่นสะเทือน เหล็กที่ยืดหยุ่นได้ และระบบลดแรงสั่นสะเทือนหลายรูปแบบ เพื่อให้อาคารเคลื่อนตัวไปกับแรงธรรมชาติแทนที่จะฝืนมัน

ฟังดูแปลก แต่ในวงการวิศวกรรมมีคำพูดที่ใช้กันบ่อยว่า

"ตึกที่ดี ไม่ใช่ตึกที่ไม่โยก แต่เป็นตึกที่โยกได้อย่างปลอดภัย"

แหล่งข้อมูล

• Council on Tall Buildings and Urban Habitat (CTBUH)
• American Society of Civil Engineers (ASCE)
• National Geographic – How Skyscrapers Survive Wind and Earthquakes
• Taipei 101 Official – Tuned Mass Damper Information