การบรรเทาภัยแผ่นดินไหวของอาคารสูงคอนกรีตเสริมเหล็กด้วยมวลหน่วงปรับค่าแบบอินอิลาสติก

Abstract

การลดความเสียหายของอาคารสูงที่มีอยู่เดิมภายใต้แรงแผ่นดินไหว ได้มีการศึกษากันมาอย่างกว้างขวางในอดีต ไม่ว่าจะเป็นการติดตั้ง Base Isolations การเสริมกำลังของระบบโครงสร้าง หรือการติดตั้งอุปกรณ์เพิ่มความหน่วง โดยวิธีการต่างๆ เหล่านี้ แม้สามารถลดผลจากแรงแผ่นดินไหว เพิ่มประสิทธิภาพในด้านกำลัง และเพิ่มการสลายพลังงานได้ แต่ก็มีข้อจำกัดในด้านของต้นทุนซึ่งค่อนข้างสูง การติดตั้งมวลหน่วงปรับค่าเป็นอีกทางเลือกหนึ่งที่ประหยัดมากกว่าในการลดความเสียหายของอาคารสูงจากแผ่นดินไหวระยะไกล งานวิจัยในอดีตพบว่ามวลหน่วงปรับค่ามีประสิทธิภาพในการลดการสั่นไหวของโครงสร้างลงได้ภายใต้แผ่นดินไหวรุนแรงปานกลาง แต่ประสิทธิภาพของมวลหน่วงปรับค่าจะลดลงเมื่อแผ่นดินไหวมีความรุนแรงขึ้น เพราะโครงสร้างมีพฤติกรรมอยู่ในช่วงอินอิลาสติกทำให้สูญเสียการปรับค่าที่เหมาะสมไว้ การศึกษานี้พิจารณาอาคารตัวอย่างคอนกรีตเสริมเหล็กสูง 20 ชั้น ในเขตกรุงเทพมหานคร ติดตั้งมวลหน่วงปรับค่าที่ชั้นหลังคาด้วยอัตราส่วนมวล 5% แล้วทำการวิเคราะห์โครงสร้างด้วยวิธีพลศาสตร์ไม่เชิงเส้น (Inelastic Dynamic Analysis) ภายใต้แรงฮาร์มอนิกและแผ่นดินไหวสมมติระยะไกลที่ปรับขนาดความเร่ง จากน้อยไปมากจนโครงสร้างวิบัติ ผลการวิเคราะห์โครงสร้างอาคารที่ติดตั้งและไม่ติดตั้งมวลหน่วงปรับค่าจะถูกนำมาเปรียบเทียบ เพื่ออธิบายพฤติกรรมโครงสร้างเมื่อติดตั้งมวลหน่วงปรับค่า ซึ่งจากการศึกษาพบว่ามวลหน่วงปรับค่ามีประสิทธิภาพในการป้องกันและลดความเสียหายของอาคารจากแผ่นดินไหวขนาดรุนแรงได้ อีกทั้งยังมีความสามารถในการป้องกันการวิบัติของอาคารได้อย่างมีนัยสำคัญ นอกจากนี้ได้ศึกษาถึงการติดตั้งมวลหน่วงปรับค่าแบบอินอิลาสติกเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพของอาคารในการลดความเสียหายและป้องกันการวิบัติของอาคาร ซึ่งผลการศึกษาเบื้องต้นพบความเป็นไปได้ที่จะเพิ่มประสิทธิภาพให้กับมวลหน่วงปรับค่าในการลดความเสียหายและป้องกันการวิบัติของอาคารได้อย่างมีนัยสำคัญหากออกแบบให้มวลหน่วงปรับค่าถึงจุดครากพร้อมกับชิ้นส่วนแรกที่ครากในอาคาร