ท้าทายทุกกฏของสถาปัตยกรรม ต้านแรงโน้มถ่วง
ด้วยเทคนิค Pre-camber และ Diagrid structures 

สถาปัตยรรมที่ถูกสร้างสรรค์ให้ท้าทายธรรมชาติ ด้วยรูปทรงที่โน้มเอียงมากที่สุดในโลก ด้วยเทคนิควิศวกรรมพิเศษ ทั้งความสวยงามและเป็นเอกลักษณ์ “Capital Gate – Abu Dhabi” อาคารที่ท้าทายทุกกฏของสถาปัตยกรรม ตึกเอียงที่สุดในอาบูดาบีและเอียงที่สุดของโลก ได้รับการรับรองจาก Guinness Book of World Records เป็นตึก 35 ชั้นที่สูง 160 เมตร ถูกออกแบบในแนวทแยงมุม ทำให้พื้นลาดเอียงไปทางทิศตะวันตกถึง 18 องศา ซึ่งถือว่ามากกว่าหอเอนปิซ่า ในอิตาลี ที่มีความเอียงเพียงแค่ 4 องศา THE CAPITAL GATE เป็นอาคารแห่งแรกในโลกที่ใช้แกนแบบ “Pre-Cambered Core” ซึ่งประกอบด้วยคอนกรีตเสริมเหล็กมากกว่า 15,000 คิวบิกเมตร และเหล็กอีก 10,000 ตัน ขณะที่ฐานรากใช้คอนกรีตประมาณ 7,000  คิวบิกเมตร และเสาเข็ม 490 ต้น โดยเจาะลึกลงไปในดินถึง 30 เมตร ส่วนตัวอาคารใช้โครงสร้างเหล็กรูปทรงสามเหลี่ยมด้านเท่า หรือ Diagrid เป็นแห่งแรกในตะวันออกกลาง เป็นสถาปัตยกรรมที่น่าสนใจอย่างมาก มีดูกันว่าเทคนิค Pre-camber และ Diagrid structures ที่ทำให้เกิดอาคารที่โน้มเอียงที่สุดในโลก นั้นมีความพิเศษอย่างไรและซับซ้อนมากแค่ไหนกัน

ภาพประกอบโดย : www.vacancessurmesure.com

Pre-camber คืออะไร สำคัญอย่างไร? 

การทำ Pre-camber คือการออกแบบให้คานนั้นเผื่อการแอ่น การโก่ง หรือปลายตกไว้แล้ว เมื่อก่อสร้างจริง จึงสามารถอยู่ได้อย่างแข็งแรงและสวยงามตามที่ได้ออกแบบไว้ โดยการทำ Pre-camber เป็นรายละเอียดที่ทำขึ้นเพื่อลดข้อจำกัดของการแอ่นตัวของโครงสร้าง ให้ได้ตามที่ผู้ออกแบบวิศวกรออกแบบไว้ การทำ Pre-camber ถูกใช้เพื่อให้สามารถกำหนดระดับสุดท้ายของโครงสร้างให้เหมาะสม โดยระยะและทิศทางของการทำ Pre-camber  จำเป็นจะต้องถูกกำหนดลงในแบบโครงสร้างตั้งแต่ขั้นตอนการออกแบบ การทำ Pre-camber จึงจำเป็นที่จะต้องนำมาคิดออกแบบร่วมกับ Dead load deflection เพื่อให้โครงสร้างที่ติดตั้งโครงสร้างเหล็ก แผ่นพื้นคอนกรีต เททับหน้าและอื่นๆเรียบร้อยแล้ว ได้ระดับหรือ Elevation ของโครงสร้างตอนสุดท้าย ให้เป็นไปตามที่ผู้ออกแบบต้องการ และนอกจากจะต้องให้ความสำคัญกับขั้นตอนการออกแบบแล้ว ระหว่างการก่อสร้าง ก็ต้องมีการควบคุมและกำหนดวิธีการที่เหมาะสม เช่น จะทำค้ำยันหรือไม่ค้ำยัน จะเผื่อการแอ่นตัวจาก Dead load ไว้มากน้อยเพียงใด เพราะเป็นการอาศัยน้ำหนักของ Dead load เอง ที่จะทำให้ระดับของโครงสร้างอยู่ตัว และเสถียรมากที่สุด

อ้างอิง :  www.hbeamconnect.com

ภาพประกอบโดย :  www.tekla.com

งานโครงสร้างทางวิศวกรรมที่อลังการ และมีความพิเศษซับซ้อนระดับโลก

การออกแบบโครงสร้างภายนอกเป็นรูปทรงเหล็กสาน เพื่อกระจายน้ำหนักจากด้านนอกอาคารในอัตราเท่าๆ กัน และกระจายแรงดึงให้ขยายออกไปรอบทิศทาง งานกระจกอาคารเป็นผนังกระจกแบบ 2 ชั้น เพื่อช่วยประหยัดพลังงาน และ ใช้แผ่นกระจกทั้งหมดมากกว่า 12,500 บาน โดยนำมาประกอบเข้าด้วยกันเป็นรูปเพชรมากกว่า 720 ชิ้น และแต่ละชิ้นมีขนาดที่ไม่เท่ากันเพราะเป็นงานออกแบบที่ถูกคำนวณให้เกิดความสมมาตร อาคาร Capital Gate ออกแบบโดย RMJM architects ท้าทายแรงดึงดูดของโลก มากกว่าหอเอนปิซ่าในอิตาลี ถึง 5 เท่า

การจะสร้างตึกระฟ้าที่ต้านทานแรงโน้มถ่วงของโลกได้ จึงจำเป็นต้องมีระบบวิศวกรรมแบบพิเศษ ซึ่งด้านบนสุดของอาคารที่ต้องเอียงสูงจากพื้น 33 เมตร สร้างแรงดันมหาศาลที่จะทำให้ฐานรากอาคารหลุดจากพื้น การควบคุมให้ตึก Capital Gate ตั้งได้ เป็นความท้าทายทางวิศวกรรม ที่ต้องการเอาชนะแรงโน้มถ่วงของโลก จึงจำเป็นต้องใช้ฐานราก ,ตอม่อ และเสาเข็มที่หล่อปูนแบบพิเศษ ฝังลงใต้ดินในระดับความสูงที่ไม่เท่ากัน เพื่อเฉลี่ยแรงดันในแต่ละด้านของตึกให้เกิดความสมดุล เนื่องจากตึกนี้มีความเอียงมาก จึงต้องใช้วิธีก่อสร้างที่แตกต่างจากตึกระฟ้าทั่วไป ใช้แกนอาคารที่ออกแบบมาเป็นพิเศษที่โค้งงอในทิศทางต้านกับการเอียงของอาคาร หรือที่เรียกว่า “แกนทรงกระดูก Pre-cambered” ซึ่งถูกเสริมด้วยเส้นเหล็กอัดแรงดันในแนวดิ่งเข้าไปในแกนด้วย เพื่อยึดไม่ให้แกนอาคารแตกออกจากกัน ซึ่งประกอบด้วยคอนกรีตเสริมเหล็กมากกว่า 15,000 คิวบิกเมตร เหล็ก 10,000 ตัน และเสาเข็ม 490 ต้นโดยเจาะลึกลงไปในดินถึง 30 เมตร

ภาพประกอบโดย : www.theawesomer.com

“โครงสร้างแบบ Diagrid structures” ที่เป็นกรอบผนังอาคารภายนอก มีรูปแบบที่ซับซ้อนซึ่งใช้แนวความคิดทางเรขาคณิตโดยใช้ซอฟต์แวร์ Tekla BIM ซึ่งเป็นการสร้างแบบจำลอง 3 มิติ ที่ช่วยในการออกแบบสถาปัตยกรรมที่ท้าทายแรงโน้มถ่วงให้เป็นจริง ด้วยวิธีที่ง่าย และรวดเร็วที่สุด โดยออกแบบชิ้นส่วนโครงสร้างในลักษณะคล้ายผลึกเพชรรูปทรงสามเหลี่ยมแล้วนำมาประกอบเข้าด้วยกันเป็น Pattern ขนาดใหญ่ คล้ายเหล็กสาน ซึ่งเป็นการประกอบชิ้นส่วนเหล็กรูปพรรณที่สั่งผลิตเป็นพิเศษกว่า 728 ชิ้น ที่มีน้ำหนักรวมมากกว่า 13,000 ตัน โดยประกอบทุกชิ้นเข้าด้วยกันรอบตัวแกนอาคาร เพื่อกระจายน้ำหนักจากด้านนอกอาคารในอัตราเท่าๆกัน และกระจายแรงดึงให้ขยายออกไปรอบทิศทาง ด้วยรูปทรงของอาคารแห่งนี้ค่อนข้างเอียง และเป็นทรงเกลี่ยว ที่ไม่เหมือนกันแม้แต่มุมเดียว พื้นผิวรูปทรง และกรอบหน้าต่างอาคารจึงมีความซับซ้อน และแตกต่างกันอย่างสิ้นเชิง จึงต้องใช้ กระจกเทมเปอร์ แบบสามเหลี่ยมกว่า 26,000 แผ่น ที่มีคุณสมบัติหมุนได้สามทิศทาง เพื่อนำมาประกอบกันซึ่งห้ามพลาดแม้แต่ 1 มิลลิเมตร โดยกระจกที่นำมาติดตั้งผ่านการทดสอบภายในห้องแลปมาแล้ว ทั้งการทนต่ออุณภูมิที่เปลี่ยนแปลงฉับพลันในภูมิอากาศแบบทะเลทราย ,การกันน้ำรั่วซึม ,การต้านแรงลม และการป้องกันความร้อน

ระบบโครงสร้างแบบ Diagrid System หรือ Diagrid Structure คืออะไร

Diagrid เกิดขึ้นจากการรวมกันของคำว่าเส้นทแยงมุม และเส้นตาราง ตามโครงสร้างกายภาพที่เห็นกันอยู่ทั่วไป เป็นนวัตกรรมโครงสร้างที่เกิดขึ้นครั้งแรกในประเทศรัสเซียเมื่อ100 กว่าปีก่อน ต้นกำเหนิดของโครงสร้างแบบ diagrid structure ในงานด้านสถาปัตยกรรมต้องย้อนหลังไปถึงผลงานของวิศวกร และสถาปนิกชาวรัสเซีย Vladimir Shukhov (1853-1939) เป็นผู้บุกเบิกโครงสร้างนี้พร้อมกับหลักการคำนวณทางคณิตศาสตร์ที่เกี่ยวข้องกับรูปแบบโครงสร้างนี้เป็นการปฏิวัติทรงไฮเพอร์โบลา Hyperboloids of Revolution หลังจากนั้นได้มีการนำมาประยุกต์ใช้กับงานโครงสร้างอาคารโดยเฉพาะอาคารที่มีลักษณะสูงชลูด ทีอ่อนไหวต่อการไหวตัวเนื่องจากแรงกระทำด้านข้าง เช่น ลม หรือ แผ่นดินไหว ซึ่งการถักเส้น Diagrid จะแปรผันไปตามสภาพพื้นที่ของภูมิประเทศนั้นๆว่าอยู่ใกล้ศูนย์กลางแผ่นดินไหวมากน้อยเท่าใด รวมถึงกระแสทิศทางลมประจำพื้นที่ว่ามีลักษณะใด โดยมีผลต่อการออกแบบเส้น Diagrid โดยตรง ซึ่งลักษณะการรับแรงทั้งแนวราบ และแนวดิ่ง ด้วยลักษณะของโครงสร้างที่ส่วนใหญ่จะเป็นเฟรมถักรัดด้านนอกของตัวอาคาร จึงมีผลทำให้ภายใน Core ของอาคารมีเสาเพียงไม่กี่ต้น โดยเป็นผลดีในเรื่องการได้ Space การใช้งานที่เพิ่มมากขึ้น

อ้างอิง :  https://www.wazzadu.com/article/1943

ภาพประกอบ : https://visainfodesk.com/capital-gate-abu-dhabi-most-leaning-tower-in-the-world/

ปัจจุบัน “Capital Gate” กลายเป็นอาคารที่ท้าทายทุกกฏของสถาปัตยกรรมมากที่สุดในโลก และกลายเป็นสัญลักษณ์ แลนมาร์คสำคัญของนครรัฐอาบู ดาบี ไปแล้ว ดั่งคำที่ว่า “ทรัพยากรมีวันหมด แต่ความคิดสร้างสรรค์ไม่มีวันหมด” ทั้งการเลือกใช้ Pre-camber core และ Diagrid structures และเทคโนโลยีวิศวกรรมที่ทันสมัย เติมเต็มความคิดสร้างสรรค์ให้เกิดขึ้นจริง และสะท้านโลก นอกจากเป็นสัญลักษณ์สำคัญแล้วยังเป็นเครื่องแสดงถึงความก้าวนำของเทคโนโลยี วัฒนธรรม  ที่ท้าทายทั่วโลก