การปรับปรุงสมรรถนะต้านแผ่นดินไหวของอาคารเรียนด้วยผนังสลายพลังงานแบบเสียดทาน

Abstract

เหตุการณ์แผ่นดินไหวรุนแรงมักทำให้เกิดความเสียหายอย่างมากต่ออาคารและสิ่งปลูกสร้าง นำไปสู่ความสูญเสียทั้งต่อชีวิตและทรัพย์สิน โดยเฉพาะอย่างยิ่งอาคารเรียนที่มีนักเรียนจำนวนมากใช้งานพร้อมๆกัน ในปัจจุบันแม้มีเทคนิคการปรับปรุงสมรรถนะต้านทานแผ่นดินไหวให้อาคาร โดยติดตั้งอุปกรณ์สลายพลังงาน (dampers) เข้าไปในตัวอาคาร เพื่อเพิ่มความสามารถในการสลายพลังงานของอาคารให้มากขึ้น แต่มีราคาแพง และยังมีผลกระทบต่อความสวยงามของอาคาร

วิทยานิพนธ์นี้ศึกษาถึงประสิทธิภาพในการเพิ่มสมรรถนะต้านทานแผ่นดินไหวของอาคารเรียนด้วยผนังสลายพลังงานแบบเสียดทาน โดยผนังสลายพลังงานแบบเสียดทานที่ศึกษาจะอาศัยแผ่นโลหะ 2 แผ่นสร้างแรงเสียดทานภายใน และเพิ่มลดแรงเสียดทานได้ด้วยการอัดแรงบีบที่เหมาะสมระหว่างแผ่นโลหะทั้งคู่ด้วยสลักเกลียว ซึ่งแตกต่างจากงานวิจัยในอดีตที่อุปกรณ์สลายพลังงานล้วนมีรูปแบบกระทบต่อความสวยงามของอาคาร และไม่สามารถผลิตได้ในประเทศไทยทำให้มีราคาแพง ผนังสลายพลังงานแบบเสียดทานจึงถูกออกแบบให้มีรูปแบบเหมือนผนังอาคารทั่วไป ทำให้สามารถติดตั้งทดแทนผนังรูปแบบเดิมได้โดยไม่กระทบต่อความสวยงามของอาคาร ทั้งยังสามารถผลิตได้ในประเทศไทยจึงมีราคาไม่แพง

การศึกษาจะทำการทดสอบพฤติกรรมเสียดทานของผนังแบบวัฏจักร (cyclic test) ในห้องปฏิบัติการ เพื่อให้ทราบถึงคุณสมบัติเชิงพฤติกรรมของผนังที่ใกล้เคียงความจริง จากนั้นจึงทำการจำลองการติดตั้งในอาคารโรงเรียนตัวอย่าง ซึ่งเป็นอาคารเรียนคอนกรีตเสริมเหล็กขนาด 5 ชั้น ในเขตกรุงเทพมหานคร โดยทำการวิเคราะห์โครงสร้างด้วยวิธีพลศาสตร์ไม่เชิงเส้นแบบประวัติเวลา (Time history inelastic dynamic analysis) ภายใต้คลื่นแผ่นดินไหวสมมติจำนวน 10 คลื่นที่สอดคล้องกับสเปกตรัมออกแบบ ด้วยโปรแกรม ETABS ของอาคารเรียนที่ติดตั้งและไม่ติดตั้งผนังสลายพลังงานแบบเสียดทาน ผลการศึกษาพบว่าผนังสลายพลังงานแบบเสียดทานมีประสิทธิภาพในการลดความเสียหายของอาคารภายใต้แผ่นดินไหวได้อย่างมีนัยสำคัญ ทั้งยังสามารถป้องกันการวิบัติของอาคารที่อาจเกิดขึ้นจากแผ่นดินไหวรุนแรงมากได้ ดังนั้นผนังสลายพลังงานแบบเสียดทานจึงเป็นอีกทางเลือกหนึ่งในการเพิ่มสมรรถนะต้านทานแผ่นดินไหวให้กับอาคารได้อย่างมีประสิทธิภาพและประหยัด