ระบบโครงสร้าง Diagrid System หรือ Diagrid Structure

ภาพประกอบโดย www.tekla.com

ระบบโครงสร้าง Diagrid System หรือ Diagrid Structure...คืออะไร 

คำว่า 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 ซึ่งมีลักษณะการรับแรงทั้งแบบแนวราบ และแนวดิ่ง

ด้วยลักษณะโครงสร้าง Diagrid ที่ส่วนใหญ่จะเป็นเฟรมถักรัดด้านนอกของตัวอาคาร จึงมีผลทำให้ภายใน Core ของอาคารมีเสาเพียงไม่กี่ต้น โดยเป็นผลดีในเรื่องการได้ Space การใช้งานที่เพิ่มมากขึ้น เพราะ Diagrid System เป็นรูปแบบโครงสร้างที่รับน้ำหนักตัวมันเองได้ และยังช่วยพยุงรับน้ำหนักโครงสร้างอาคารส่วนๆอื่นๆในบางจุดได้อีกด้วย นอกจากนี้ยังสามารถต้านทานแรงกระทำต่างๆทั้งแรงลม แรงโน้มถ่วง หรือ การสั่นสะเทือน (แผ่นดินไหว) ได้ค่อนข้างดีอยู่แล้ว

การใช้วัสดุเหล็กในงานระบบโครงสร้าง Diagrid System หรือ Diagrid Structure 

รูปแบบเหล็กที่ใช้นิยมใช้กันทั่วไปในระดับสากล คือ เหล็กหน้าตัดสี่เหลี่ยมผืนผ้า และเหล็กกลม โดยการนำเหล็กมาใช้งานในโครงสร้างแบบ Diagrid จะต้องคำนึงถึงน้ำหนัก และคุณสมบัติที่สามารถต้านทานแรงดัดสูงได้ อีกทั้งจะต้องสามารถประกอบ หรือ ก่อสร้างได้อย่างรวดเร็ว ฉะนั้นเหล็กจึงได้กลายมาเป็นวัสดุทางเลือกหลักๆที่สามารถตอบโจทย์งานสถาปัตยกรรมสมัยใหม่ได้ในหลายๆมิติ

เนื้อหาเพิ่มเติมอื่นๆที่เกี่ยวข้องกับเหล็ก

Diagrid System Diagram

โดยทั่วไปแล้วองค์ประกอบหลักๆของ Diagrid System มีอยู่ 2 ลักษณะคือ

Diagrid Optimal Angle

คือ ส่วนประกอบแนวทแยงของระบบ Diagrid (เรียกว่า Diagonal Member มีลักษณะชิ้นส่วนเป็นรูปสามเหลี่ยม) ที่จะต้องตานทานทั้งแรงเฉือน และโมเมนต์ดัด โดยมุมองศาของ Diagonal Member แนวทแยงที่เหมาะสม และนิยมใช้ออกแบบกันมากที่สุด จะอยู่ในช่วงระหว่าง 60 -70 องศา 

Diagrid Module Dimensions

ขนาดของ Module ในระบบ Diagrid ถูกแบ่งออกเป็น 2 ส่วนหลักๆ คือ 

- ขนาดความสูง : ความสูงของ Diagrid Module จะขึ้นอยู่กับจำนวนชั้นอาคารที่ซ้อนกัน โดยทั่วไปแล้วในหนึ่ง Module ของระบบ diagrid จำนวนชั้นที่นิยมซ้อนกัน คือตั้งแต่ 2 ถึง 6 ชั้น

- ขนาดฐานของ Module : ขนาดฐานของ Diagrid Module จะขึ้นอยู่กับความสูงของตัวอาคาร รูปทรงของตัวอาคาร และมุมองศาที่เหมาะสมที่สุดของ Diagrid Optimal Angle (ส่วนประกอบแนวทแยง)

Diagrid Structure Triangular Element

Diagrid Structural Node มีส่วนประกอบที่สำคัญอะไรบ้าง

  • Node คือ ชิ้นส่วนศูนย์กลางที่คอยยึด และรับแรงกระทำจากชิ้นส่วนแนวทแยง และแนวนอน
  • Diagonal Member คือ ชิ้นส่วนแนวทแยง ส่วนมากจะทำจากเหล็กท่อกลม และเหล็กกล่องขนาดใหญ่
  • Horizontal Member คือ ชิ้นส่วนแนวนอน ส่วนมากจะทำจากเหล็กเอชบีม และเหล็กกล่องขนาดใหญ่
  • Bolt คือ ชิ้นส่วนสลักเกลียวที่ใช้ยึดชิ้นส่วนแนวทแยง และชิ้นส่วนแนวนอนเข้ากับฐานของ Node

Node เป็นส่วนประกอบสำคัญของการออกแบบ Diagrid Structural System โดยส่วนประกอบแนวทแยงทั้งหมด (Diagonal Member) จะถูกประกอบเชื่อมต่อกับชิ้นส่วนของ Node ที่ได้รับการออกแบบมาอย่างดีสำหรับการต้านทานแรงกระทำสองประเภท คือ แรงโหลดแนวตั้ง และแรงเฉือนแนวนอน โดยทั่วไปแล้ว Node จะถูกประกอบติดตั้งเข้ากับชิ้นส่วนแนวทแยง (Diagonal Member) ด้วยวิธีการเชื่อม หรือ การใช้สลักเกลียว (Bolt) ยึดเข้ากับฐาน Plate ของ Node ในแต่ละจุด

แม้ในปัจจุบันการประกอบชิ้นส่วน Diagrid Structural System จะนิยมใช้ Bolt กันอย่างแพร่หลาย แต่ก็มีข้อควรระวัง โดยเฉพาะในกรณีที่เกิดแผ่นดินไหวแล้วมีแรงโหลด และแรงเฉือนจำนวนมหาศาลเกิดขึ้นในตำแหน่งของการยึดด้วย Bolt ระหว่างฐาน Plate ของ Node ในแต่ละจุด กับชิ้นส่วนแนวทแยง (Diagonal Member) ถ้าหากออกแบบ และคำนวณค่าตัวเลขทางวิศวกรรมที่คลาดเคลื่อน และไม่รอบคอบพอ มันจะกลายเป็นจุดที่อ่อนแอของระบบโครงสร้าง Diagrid Structural ในทันที

ฉะนั้นการออกแบบรอยต่อที่จะต้องใช้ Bolt จะต้องดำเนินการอย่างระมัดระวัง และอาจจะต้องใช้เทคโนโลยีขั้นสูง หรือ ใช้ Software สำหรับการออกแบบโครงสร้างพิเศษในการช่วยคำนวณแรงกระทำต่างๆที่เกิดขึ้นกับตัวโครงสร้างในระหว่างการออกแบบ

Diagrid Structure Node Detail

การรับแรงลม และแผ่นดินไหวในแนวราบ

Diagrid Structure ในรูปแบบเส้นทแยงมุมปกติ จะสามารถรองรับแรงกระทำจากลมในแนวราบได้ค่อนข้างดี เพราะตัวโครงสร้างเกิดการเคลื่อนตัวน้อย จึงมีความแข็งแรงในการรับแรงในแนวราบค่อนข้างสูง

การรับแรงลม และแผ่นดินไหวในแนวดิ่ง

Diagrid Structure ในรูปแบบเส้นทแยงมุมปกติจะไม่สามารถใช้ได้กับการรับแรงในแนวดิ่ง เนื่องจากเป็นแรงกระทำคนละรูปแบบ ซึ่งจะทำให้เส้นทแยงแบบปกติเกิดจุดบอดขึ้น เมื่อเกิดการเคลื่อนตัวในแนวดิ่งที่มากขึ้นจึงทำให้เกิดการยวบ และส่งผลให้อ่อนแอต่อการรับแรงในแนวดิ่ง 

ฉะนั้น Diagrid Structure ที่ใช้ในการรับแรงกระทำในแนวดิ่ง จึงจำเป็นต้องใช้เส้น Diagrid ในรูปแบบรังผึ้งแทน เนื่องจากเป็นรูปแบบเส้นโครงสร้างที่สามารถสร้างความสมดุลระหว่างการกระทำของแรงทั้งแนวราบ และแนวดิ่งได้พร้อมๆกันตามหลักอากาศพลศาสตร์ Aerodynamic Architecture

Diagrid Angle Pattern

34 องศา ,53 องศา ,63 องศา

Diagrid Angle Pattern

69 องศา ,76 องศา ,82 องศา

อาคารตัวอย่างที่ใช้ระบบ Diagrid System Structure

ตั้งแต่อดีตจนถึงปัจจุบันระบบ Diagrid มีการพัฒนาเทคนิคทางวิศวกรรมมาอย่างต่อเนื่อง รวมไปถึงนวัตกรรมการออกแบบ การใช้วัสดุ และการก่อสร้างที่ก้าวหน้าไปมาก จึงทำให้ระบบ Diagrid สามารถตอบโจทย์การออกแบบทางสถาปัตยกรรมที่มีความท้าทายมากยิ่งขึ้นทั้งในปัจจุบัน และอนาคต

ซึ่งในปัจจุบันมีอาคารสูง และอาคารขนาดใหญ่ทั่วโลกที่ใช้ระบบโครงสร้างแบบ Diagrid System Structure ได้อย่างน่าสนใจ และควรค่าแก่การศึกษาเพิ่มเติม อาทิเช่น

นอกจากนี้ยังมีอาคารอื่นๆที่น่าสนใจอีกมากมาย เช่น

  • 1 The Avenue, Manchester, England
  • CCTV Headquarters, Beijing, China
  • Aldar headquarters, Abu Dhabi, United Arab Emirates
  • Guangzhou International Finance Center, Guangzhou, China
  • MyZeil, Frankfurt, Germany
  • Hearst Tower, New York, USA

อ้างอิงโดย

theconstructor.org/structural-engg/diagrid-structural-system

catherine0709steph.wixsite.com/diagrids/the-system

ascelibrary.org/doi/abs

diagridstructuralvarietyae390

แพลตฟอร์ม และเครื่องมือสำหรับการออกแบบตกแต่งบ้าน และงานสถาปัตยกรรม
โดยเป็นศูนย์กลางเชื่อมโยงกลุ่มผู้ใช้งานต่างๆ ตั้งแต่ สถาปนิก แบรนด์สินค้า ผู้จัดจำหน่าย และผู้ให้บริการต่างๆที่เกี่ยวข้อง ...

บทความอื่นๆ จากผู้เขียน

โพสต์เมื่อ

โพสต์เมื่อ

การออกแบบ และเลือกใช้วัสดุ
รวม 20 ไอเดียตกแต่งทางเดินสวนแบบ Tropical style
...
Wazzadu.com ใช้คุกกี้เพื่อพัฒนาประสบการณ์การใช้งานของคุณ อ่านเพิ่มเติมได้ที่นี่ ยอมรับ