Cross-Laminated Timber หรือไม้แปรรูป CLT นวัตกรรมโครงสร้างไม้สำหรับตึกระฟ้าในศตวรรษที่ 21

ความกล้าในการท้าทายกฏเกณฑ์ทางสถาปัตยกรรมแบบเดิมๆ

ในปัจจุบัน รวมถึงแนวโน้มในอนาคตการแข่งขันทางด้านสถาปัตยกรรมอาจไม่ได้วัดกันที่ขนาดความใหญ่โตหรูหรา หรือ ความสูงเฉกเช่นยุคก่อนแล้ว ในอนาคตอันใกล้สถาปัตยกรรมจะถูกผสมผสานเข้ากับเทคโนโลยี และระบบปัญญาประดิษฐ์ (Artificial intelligence : AI) มากขึ้น ทั้งในด้านระบบโครงสร้าง และนวัตกรรมอาคาร ถ้าหากเรายังคงยึดติดกับขนาดความใหญ่โต หรูหรา และความสูง วันนี้คงไม่มีตึกที่เอียงที่สุดในโลก อย่างตึก Capital Gate หรือ ตึกระฟ้าพลังงานลม Bahrain World Trade Center ที่ติดตั้งเทคโนโลยีกังหันลมโดยผลิตกระแสไฟฟ้าได้เองตึกแรกของโลก เกิดขึ้นให้เราได้เชยชมเป็นแน่ ซึ่งทั้งสองตึกที่กล่าวมาล้วนท้าทายทุกกฏของสถาปัตยกรรมที่เคยมีมาบนโลกนี้ได้อย่างน่าสนใจ และนำพามาซึ่งทฤษฎีทางวิศวกรรมรูปแบบใหม่

เช่นเดียวกับในอดีตที่ผ่านมา ที่ไม้ถูกมองว่าเป็นวัสดุที่มีคุณสมบัติด้อยในด้านความแข็งแรงทนทาน และมีจุดอ่อนในหลายๆด้าน เมื่อเทียบกับคอนกรีต และเหล็กรูปพรรณ แนวคิดการใช้ไม้ในการนำมาทำโครงสร้างอาคารระฟ้าจึงแทบเป็นไปไม่ได้เลย นั่นจึงเป็นเรื่องธรรมดาที่ผู้คนทั่วไปจะมองว่าตึกสูงทั้งหมดทั่วโลกต้องสร้างมาจากเหล็ก หรือ คอนกรีต เท่านั้น

แต่ใครจะคาดคิดว่าสักวันหนึ่ง ตึกสูงก็สามารถสร้างขึ้นจากโครงสร้างไม้ได้เช่นกัน แถมยังมีความแข็งแรงทนทาน ทนต่อแผ่นดินไหว ทนไฟได้ดีไม่แพ้วัสดุชนิดอื่นเลยด้วยซ้ำ และ ณ ปัจจุบัน ตึกระฟ้าที่สร้างจากระบบโครงสร้างไม้ที่สูงที่สุดในโลกได้ปรากฏโฉมขึ้นมาแล้ว ในประเทศแคนาดา

อาคารที่สะท้อนถึงความพยายามของมนุษย์ที่จะพัฒนาเทคโนโลยีโครงสร้างไม้ให้มีความก้าวหน้าในศตวรรษที่ 21

หลังการปรากฏตัวขึ้นของตึก Brock Commons ในเมืองแวนคูเวอร์ ประเทศแคนาดา ซึ่งได้รับการออกแบบโดยสถาปนิก รัสเซลล์ แอ็กตัน (Russell Acton) ได้สะท้อนถึงความพยายามของมนุษย์ที่จะพัฒนาเทคโนโลยีโครงสร้างไม้ให้มีความก้าวหน้ามากขึ้น ถ้าหากมองผิวเผินจากภายนอกตึก Brock Commons อาจดูเหมือนตึกธรรมดาทั่วๆไป แต่ถ้าหากได้รู้ถึงรายละเอียดโครงสร้างแล้ว อาจจะทำให้ผู้อ่านต้องแปลกใจ เพราะว่าตึก Brock Commons เป็นอาคารโครงสร้างไม้ที่มีความสูงถึง 53 เมตร มีจำนวน 18 ชั้น นับเป็นอาคารระฟ้าหลังแรกของโลกที่ทำจากโครงสร้างไม้ที่มีความสูงที่สุด 

และนั่นก่อให้เกิดคำถามตามมามากมายเช่นกัน ว่าทำไมจึงไม่เลือกใช้ระบบโครงสร้างคอนกรีต หรือ โครงสร้างเหล็กเฉกเช่นอาคารอื่นๆ ซึ่งน่าจะปลอดภัยกว่าไม้ 

"โครงสร้างไม้มันจะแข็งแรงมากพอกับการรับน้ำหนักของตึกระฟ้าหรือไม่"

"โครงสร้างไม้จะป้องกันแผ่นดินไหวได้ไหม"

"โครงสร้างไม้เมื่อใช้ไปนานๆมันจะผุพัง หรือ ถล่มลงมาไหม"

"โครงสร้างไม้จะกันปลวก และความชื้นได้จริงหรือ"

และคำถามยอดฮิตเลย ก็คือ "โครงสร้างไม้จะกันไฟได้จริงๆหรอ เมื่อเทียบกับเหล็ก และปูน"

เรามาดูกันครับว่าไม้ที่นำมาทำโครงสร้างตึกสูงเช่นนี้ จะตอบโจทย์ความสงสัยด้านบนได้มากน้อยเพียงใด

ตึกระฟ้าต้นแบบที่สร้างมาจากโครงสร้างไม้แปรรูป Cross-Laminated Timber​ ทั้งหลัง

ตึก Brock Commons ในเมืองแวนคูเวอร์ ถือเป็นตึกไม้ระฟ้าต้นแบบแห่งแรกของโลก ที่ใช้ระบบโครงสร้างไม้เกือบทั้งอาคารมากกว่า 90% (มีเพียงปล่องลิฟท์เท่านั้นที่ทำจากคอนกรีต) โดยโครงสร้างไม้ดังกล่าวทำมาจากเทคโนโลยีไม้แปรรูป ที่มีชื่อเรียกว่า Cross-Laminated Timber หรือ CLT ซึ่งได้จากการนำไม้หลายๆ ชิ้น มาเชื่อมอัดเข้าด้วยกาวต่อกันเป็นชั้นเลเยอร์ ในลักษณะครอสแนวขวางสลับกันไปมาในแต่ละชั้นเลเยอร์ นั่นจึงทำให้มวลของไม้ CLT มีความหนาแน่น และมีความแข็งแรงในการรับน้ำหนักเกินกว่าไม้ทั่วๆไป 

Cross-Laminated Timber หรือ ไม้แปรรูป CLT ต่างจากคอนกรีต หรือ เหล็กรูปพรรณ อย่างไร

ไม้แปรรูป CLT นอกจากจะมีความพิเศษตรงที่มีน้ำหนักเบากว่าวัสดุชนิดอื่นๆเช่น เหล็ก และคอนกรีตแล้ว ยังมีความแข็งแรงทนทาน เหมาะแก่การใช้เป็นโครงสร้างของอาคารสูงที่ต้องรองรับน้ำหนักโครงสร้างทั้งหมดไว้ด้วยตัวเอง อีกทั้งยังมีความสามารถในการต้านทานแผ่นดินไหวได้อย่างดีเยี่ยม ทนต่อความชื้น ป้องกันปลวกได้ดี ใช้เวลาในการก่อสร้างที่รวดเร็ว รวมถึงมีคุณสมบัติเฉพาะตัวในการดูดซับคาร์บอนตามธรรมชาติได้ ซึ่งต่างจากอุตสาหกรรมเหล็ก และคอนกรีตที่มักจะปล่อยก๊าซคาร์บอนออกสู่ชั้นบรรยากาศ นอกจากนี้ไม้ CLT จะต้องเป็นไม้ที่ผลิตมาจากป่าปลูกโดยเฉพาะ นั่นจึงทำให้ไม้แปรรูป CLT กลายเป็นวัสดุที่เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม อีกทั้งยังให้ผิวสัมผัส และความรู้สึกที่ละมุน อบอุ่น เป็นธรรมชาติ อีกด้วย

ไม้แปรรูป CLT ไม่ลามไฟได้จริงหรือ

ไม้แปรรูป CLT มีคุณสมบัติที่น่าทึ่งชนิดที่ใครหลายคนอาจคาดไม่ถึง ก็คือการทนไฟได้ดี เพราะเมื่ออาคารติดไฟ ไม้แปรรูป CLT ที่ใช้สร้างอาคารจะสามารถต้านทานไฟได้ไม่แพ้วัสดุชนิดอื่นๆ เพราะเมื่อผิวหน้าของไม้ถูกไฟเผาไหม้ที่อุณหภูมิสูงกว่า 400 องศาเซลเซียสในอัตราเผาไหม้คงที่ (CLT Wood Burning Rate) จะทำให้ผิวชั้นนอกกลายเป็นชั้นของถ่านสีดำ ซึ่งจะทำหน้าที่เสมือนเป็นแนวกันไฟที่คอยเป็นชั้นป้องกันการเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิภายในแกนกลางของเนื้อไม้ ซึ่งจะช่วยชะลอเวลาการวิบัติของโครงสร้างอาคาร ได้ไม่ต่ำกว่า 1 ชั่วโมง 45 นาที (สามารถพ่นสารกันลามไฟเพิ่มเติมเพื่อยืดเวลาให้นานขึ้นได้) ตามมาตรฐานความปลอดภัยในด้านอัคคีภัย ซึ่งจะช่วยให้เจ้าหน้าที่สามารถคำนวณอัตราการลามไฟได้แม่นยำขึ้น โดยเป็นระยะเวลาที่มากพอสำหรับการลำเลียงคนออกจากตัวอาคาร

" รัสเซลล์ แอ็กตัน (Russell Acton) สถาปนิกที่ออกแบบตึก Brock Commons กล่าวว่าหลายคนอาจคิดว่าไม้นี่ถ้าติดไฟก็ไหม้วอดไปหมดทั้งหลังใช่ไหมครับ แต่ที่จริงแล้ว ไม้หนาๆ ที่ใช้สร้างอาคาร มันต้านทานไฟได้ดีกว่าที่คิดด้วยซ้ำ เพราะพอไหม้ จะทำให้ผิวชั้นนอกกลายเป็นชั้นของถ่าน แล้วไปปกป้องเนื้อไม้ภายใน โดยที่ไฟไม่สามารถไหม้ลามลึกลงไปได้ "

วิวัฒนาการของ Cross-Laminated Timber หรือ ไม้แปรรูป CLT

การพัฒนาไม้แปรรูป CLT ไม่ได้หยุดอยู่แค่การเป็นโครงสร้างตึกสูงเท่านั้น แต่ยังพัฒนาไปไกลถึงขนาดที่สามารถสร้างเป็นระบบอาคารสำเร็จรูป (Prefabricated) ได้หลายรูปแบบ และถ้าหากการวิจัยคิดค้นไม้แบบใหม่ที่ผลิตจากเซลลูโลสนาโนไฟเบอร์ (เส้นใยของเนื้อไม้) ด้วยฝีมือนักวิจัยญี่ปุ่นประสบผลสำเร็จ ในอนาคตอาจมีสิ่งก่อสร้างจากไม้ที่แข็งแกร่งเกินกว่าไม้แปรรูป CLT ชนิดที่สามารถใช้ทดแทนเหล็กให้ได้เห็นกันก็เป็นได้

ศตวรรษใหม่ของตึกไม้ระฟ้ากำลังเปิดฉากขึ้นอย่างเป็นทางการแล้ว

“ผมเชื่ออยู่เสมอว่า ทุกๆ ก้าวที่ยิ่งใหญ่ในงานสถาปัตยกรรมล้วนมีที่มาจากนวัตกรรมด้านโครงสร้าง” Michael Green สถาปนิกชาวแวนคูเวอร์กล่าว

การเกิดขึ้นของตึก Brock Commons อาคารระฟ้าที่ทำจากโครงสร้างไม้ทั้งหลังในแวนคูเวอร์ ได้สร้างแรงกระเพื่อม และจุดประกายให้สถาปนิกหัวก้าวหน้าทั่วโลก หันมาให้ความสนใจ และนำเทคโนโลยีโครงสร้างไม้สำหรับตึกระฟ้า ไปประยุกต์ใช้กับงานออกแบบมากขึ้น อาทิ เช่น 

โปรเจค "W350"  ตึกไม้ระฟ้าสูง 70 ชั้น ภายในมีพื้นที่ใช้สอยมากกว่า 455,000 ตารางเมตร ซึ่งวัสดุส่วนใหญ่ทำจากไม้แปรรูป CLT มากถึง 90% หรือ ประมาณ 180,000 ลูกบาศก์เมตร โดยมีเพียง 10% เท่านั้นที่เป็นเหล็ก เมื่อสร้างเสร็จจะเป็นที่อยู่อาศัยกว่า 8,000 หลังคาเรือน รวมทั้งสำนักงานให้เช่าและร้านค้า โดยบริเวณระเบียงจะมีต้นไม้ปลูกประดับอยู่ทั่วทั้งตึก แม้ในทางทฤษฎีจะสามารถสร้างได้ แต่ในความเป็นจริงมูลค่าในการก่อสร้างค่อนข้างสูงลิบลิ่วเมื่อเทียบกับตึกขนาดเดียวกันแบบทั่วไป แต่อย่างไรก็ตามโปรเจคนี้ก็ยังคงถูกผลักดันโดย Sumitomo Forestry Co., Ltd. บริษัทด้านสิ่งแวดล้อมเเละทรัพยากรในประเทศญี่ปุ่น

เช่นเดียวกับแนวคิดในการสร้างตึกไม้ระฟ้า ที่เริ่มแพร่หลายมากขึ้นเรื่อยๆทั่วโลก ไม่ว่าจะเป็นตึก Oakwood Tower ในลอนดอน ,ตึก River Beech Tower ในชิคาโก หรือ ตึก The Lodge ในฮอลแลนด์ ถึงแม้โปรเจคส่วนใหญ่จะยังคงอยู่ในกระบวนการพัฒนาทางทฤษฎี แต่ก็เป็นแนวโน้มที่ดี ที่นวัตกรรมโครงสร้างไม้สำหรับตึกระฟ้า (Wood Skyscraper) กำลังถูกผลักดันมากขึ้นโดยกลุ่มนักออกแบบหัวก้าวหน้า ที่มีความทะเยอทะยานที่จะทำสิ่งที่ยากให้เป็นไปได้ เช่นเดียวกับการเกิดขึ้นของตึก Brock Commons ในเมืองแวนคูเวอร์นั่นเอง

กำเนิดวัสดุศาสตร์ประเภทใหม่ ที่จะช่วยตอบโจทย์ระบบโครงสร้างไม้สำหรับอาคารสูงระฟ้า (Wood Skyscraper)​ ในอนาคต

ถึงแม้ Cross-Laminated Timber หรือไม้แปรรูป CLT จะมีกำเนิดมาสักพักแล้ว แต่การนำไปใช้ทำโครงสร้างไม้สำหรับอาคารสูงระฟ้ายังถือเป็นสิ่งใหม่ที่ท้าทาย แต่ก็มีแนวโน้มที่ดีขึ้นอย่างต่อเนื่อง โดยมีการวิจัยเพื่อพัฒนาเกี่ยวกับความปลอดภัย และความคุ้มค่าด้านงบประมาณสำหรับการสร้างอาคารด้วยโครงสร้างไม้ ซึ่งในอนาคตมีแนวโน้มที่มูลค่าการก่อสร้างจะลดลง เพราะเทคโนโลยีการผลิตที่พัฒนา และแพร่หลายมากขึ้น 

ไม่แน่ว่าไม้แปรรูป Cross-Laminated Timber อาจจะกลายเป็นวัสดุศาสตร์ประเภทใหม่ ที่จะช่วยตอบโจทย์ระบบโครงสร้างไม้สำหรับอาคารสูงระฟ้า (Wood Skyscraper)  ในอนาคตได้เร็วกว่าที่คิดไว้

วัสดุเทียบเคียงในหมวด "โครงสร้างไม้"

Wazzadu Academy : ข้อมูลวัสดุศาสตร์ในหมวดอื่นๆที่น่าสนใจ