อาคารไทเป 101: อาคารโครงสร้างเหล็กที่เคยสูงที่สุดในโลก
เชื่อมั่นว่าทุกวันนี้วิศวกรโยธา รู้จัก ตึกไทเป 101 แทบจะทุกท่านเพราะถือได้ว่าเป็นตึกที่สูงที่สุดในโลกอย่างเป็นทางการตั้งแต่ปี พ.ศ. 2547 และถูกทำลายสถิติลงโดยตึก Burj Khalifa ที่มหานครดูไบในปี พ.ศ. 2553
อาคารแห่งนี้เป็นอาคารสูงที่ถูกบันทึกไว้ ว่าความสูงทั้งสิ้นถึงปลายยอดอาคารราว 508 เมตรซึ่งอยู่เลยจากระดับชั้นหลังคาที่ 449 เมตร โดยมีจำนวนชั้นทั้งสิ้น 101 ชั้น เหนือพื้นดินและ 5 ชั้นใต้ดิน มีพื้นที่ใช้สอยรวม 412,500 ตารางเมตร (อ้างอิงตาม wikipedia) และได้รับการ certified LEED PLATINUM ตั้งอยู่ใจกลางกรุงไทเปประเทศไต้หวัน โดยมีแรงบันดาลใจและแนวคิดในการออกแบบจากรูปทรงของเจดีย์ทรงจีน ออกแบบเป็นข้อปล้อง (pod) จำนวนทั้งสิ้น 8 ข้อปล้อง เหตุผลเพราะชาวจีนเชื่อว่าเลข 8 เป็น lucky number โดยแต่ละข้อก็จะจะบานออกซึ่งสะท้อนการเจริญเติบโตก้าวหน้าและความสำเร็จที่เกิดขึ้นอย่างต่อเนื่อง
ก่อนอื่นต้องทำความเข้าใจกันก่อนว่าเวลาวัดความสูงของอาคาร เกณฑ์ทั่วไปที่ใช้คือความสูงตั้งแต่ระดับพื้นจนถึงส่วนบนสุด “ที่ไม่ใช่ส่วนของโครงสร้างเสาส่งสัญญาณ” อาจเป็นระดับชั้นหลังคา parapet หรือเป็นส่วนตกแต่งของอาคาร ยกตัวอย่างเช่น โรงแรมดุสิตธานีที่กำลังก่อสร้างที่มียอดแหลมจากอาคารเดิม ก็พิจารณาปลายยอดแหลม ทั้งนี้หากมีการติดตั้งเสาส่งสัญญาณ ดาวเทียมหรือโทรศัพท์มือถือที่ปลายยอดแหลมก็จะไม่นับ ความสูงไปจนถึงปลายยอดแหลมเป็นความสูงของอาคารอีกต่อไป . โครงการนี้ วิศวกรที่ดูแลโครงการเป็น Asean American ชื่อว่า Dennis Poon จาก Thornton-Tomasetti Engineers มี KTRT JV เป็นบริษัทที่เป็นผู้รับเหมาก่อสร้างทั่วไป general contractor มี China, Steel Structure เป็น Steel Fabricator และ เหล็กที่ใช้ในโครงการผลิตโดย Nippon steel corporation
อาคารแห่งนี้มีการนำเทคโนโลยีสมัยใหม่ในยุคนั้นมาใช้กันอย่างมากมาย ไล่ตั้งแต่การนำลิฟท์ความเร็วสูงที่สามารถเคลื่อนที่ได้ถึง 1010 เมตรภายใน 1 นาที หรือใช้เวลาเพียง 35 วินาทีจากชั้นล่างสุดไปจนถึงชั้นบนสุด มีการใช้อุปกรณ์ลดการสั่นจากแรงลม wind damper ซึ่งเป็นลูกเหล็กขนาดใหญ่ที่มีน้ำหนักถึง 730 ตัน ซึ่งอยู่ที่ระดับชั้นที่ 88 ระบบต้านทานแผ่นดินไหว เรียกว่าเป็นระบบ maga structure system เป็นเสาขนาดมหึมา ความกว้าง 2.4 เมตรความลึก 3 เมตร จำนวนทั้งสิ้น 8 ต้น กระจายอยู่ทุกด้านของตัวอาคาร พร้อมกับแกนอาคาร (core) และโครงถักเพื่อเสถียรภาพที่เรียกว่า outrigger truss ซึ่งอยู่บริเวณ pod (จำนวนทั้งสิ้นสิ้น 8 pod)
.
ประเทศไต้หวันเป็นประเทศที่มีสภาพอากาศที่รุนแรง และมีภัยธรรมชาติทั้งจากแรงลมและแรงแผ่นดินไหว เกาะไต้หวันอยู่บริเวณส่วนที่เชื่อมต่อระหว่างแผ่นยูเรเซียและแผ่นฟิลิปปินส์ ซึ่งพบการสั่นไหวระดับรุนแรง โดยในอดีตพบว่ามีการสั่นถึงระดับ 40% ของความเร่งจากแรงโน้มถ่วงของโลก (0.4g = 400 gal) บริเวณกึ่งกลางของเกาะไต้หวัน ลักษณะทางธรณีวิทยาพบว่าเป็นชั้นดินอ่อนที่ทับถมบนชั้นหินโดยมีความหนาของชั้นดินอ่อนราว 40 ถึง 60 เมตร โครงการนี้ใช้เสาเข็มเจาะความยาวรวมกันกว่า 26.7 กิโลเมตรจำนวนทั้งสิ้น 550 ต้นเจาะลึกลงไปถึงระดับชั้นหิน เข้าไปในชั้นหินอีกราว 20 ถึง 30 เมตร
ด้วยเกาะไต้หวันเกิดลมพายุที่รุนแรงอย่างต่อเนื่องต่อเนื่อง จึงออกแบบให้คำนึงถึงคาบการกลับเฉลี่ย (return period หรือ mean recurrence interval) ที่ 50 ปี สำหรับการวิเคราะห์การเสียรูป ที่ครึ่ง (0.5) ปีสำหรับ การใช้งานแล้วรู้สึกปลอดภัย และที่ 100 ปี สำหรับการวิเคราะห์เพื่อให้เกิดความปลอดภัย ในขณะที่การออกแบบเพื่อต้านทานแผ่นดินไหว จากพิจารณาให้โครงสร้างยังคงสภาพอีลาสพลาสติกที่แผ่นดินไหวระดับคาบการกลับ 100 ปี ในขณะที่ต้านทานการพังถล่มที่ระดับคาบการกลับ 950 ปี
.
จากการวิเคราะห์โครงสร้างของตัวอาคารพบว่า โหมดการสั่น โหมดแรกมีค่าคาบการสั่นธรรมชาติที่ 5.76 วินาที และโหมดถัดมาอยู่ที่ 4.16 วินาที และแน่นอนว่าต้องมีการทดสอบอาคารผ่านอุโมงค์ลม เพื่อตรวจสอบขนาดของแรงลมที่กระทำและการเสียรูปที่เกิดขึ้นระหว่างชั้น
วัสดุที่ใช้ในงานก่อสร้างอาคารแห่งนี้ เป็นเหล็กแผ่น กำลังสูง เกรด SM570 (Fy 460 MPa) กำหนด yield ratio (Fy/Fu) ไม่เกิน 80% สำหรับเหล็กแผ่นหนาเกินกว่า 40 มิลลิเมตร และ 85% กรณีที่น้อยกว่า 40 มิลลิเมตร และคอนกรีตสมรรถนะสูง กำลังรับแรงอัด 490 ksc โดยเป็นคอนกรีตที่สามารถไหลได้ดีมีค่า slump ที่สูงมาก (เมื่อนำกรวย slump ออก คอนกรีตสดก็จะแผ่ไหลออกมาอย่างช้า ๆ) จุดต่อคานที่เป็นส่วนหนึ่งของโครงต้านทานแผ่นดินไหว เป็นรูปแบบที่มีการบากปีกคานออกหรือ Reduced Beam Section (RBS) เพื่อลดความเสี่ยงต่อการวิบัติที่จุดเชื่อมต่อคานเข้ากับเสา มีอุปกรณ์ลดการสั่นไหวที่เรียกว่า TMD หรือ Tuned Mass Damper ที่มีน้ำหนักถึงราว 730 ตันตั้งอยู่ที่ชั้น 88 และมี TMD ขนาดเล็กอีกตัว อยู่บนปลายยอดของตัวอาคาร
.
เสา super column 2.4 x 3.0 m เป็นเสาท่อเหล็กที่มีการเทคอนกรีตกรอบที่ด้านใน และมีการใส่เหล็กเสริมที่มัดเป็นรูปทรงกลม จัดวางที่กึ่งกลางเสา เพื่อเพิ่มความมั่นคงแข็งแรงของเสาอาคารในการต้านทาน gravity load และพร้อมกันด้วยแรงลมและแรงแผ่นดินไหวดังที่กล่าวข้างต้น
.
โครงการนี้ใช้เหล็ก สำหรับโครงสร้างหลัก น้ำหนักรวมทั้งสิ้น 98,000 ตัน สำหรับ TMD 730 ตันและสำหรับส่วนที่เป็นยอดแหลมอีก 400 ตันซึ่งถือได้ว่าเป็นการยกวัตถุที่มีน้ำหนักมากที่สุดจากชั้นล่างไปจนถึงยอดอาคาร และได้มีการบันทึกความยาวรวมของแนวรอยเชื่อมพอกขนาด 6 มิลลิเมตร เป็นระยะทาง ทั้งสิ้น 2500 กิโลเมตร โดยเพลงที่ใช้เป็นเครนขนาดใหญ่พิเศษที่สามารถยกได้ถึง 100 ตัน
