ไขความลับเบื้องหลังออกแบบตึกต้านแผ่นดินไหวในญี่ปุ่น

ญี่ปุ่น เป็นประเทศที่ตั้งอยู่ในเขตเสี่ยงต่อแผ่นดินไหวมากที่สุดในโลกแห่งหนึ่ง และได้รับการยอมรับว่ามีมาตรฐานการก่อสร้างที่สามารถรับมือกับแรงสั่นสะเทือนได้อย่างมีประสิทธิภาพ แม้แต่แผ่นดินไหวที่มีขนาดมากกว่า 7 แมกนิจูด 

มาตรฐานความสามารถในการต้านทานแผ่นดินไหวของญี่ปุ่นแบ่งออกเป็นสองระดับ คือ หากอาคารได้รับความเสียหายจากแผ่นดินไหวขนาดเล็ก จะต้องมีการสร้างใหม่โดยใช้เทคโนโลยีการต้านทานแผ่นดินไหวล่าสุด ขณะที่อาคารที่เผชิญแผ่นดินไหวรุนแรง อาจได้รับความเสียหายทางโครงสร้างได้บ้าง แต่จะต้องไม่มีการสูญเสียชีวิต

แนวคิดหลักของอาคารต้านแผ่นดินไหวในญี่ปุ่นมีอยู่สามรูปแบบ ได้แก่

1. โครงสร้างไทชิน (Taishin) เป็นมาตรฐานพื้นฐานที่อาคารทุกแห่งในญี่ปุ่นต้องปฏิบัติตาม โดยเน้นความแข็งแรงของเสา คาน และผนัง เพื่อต้านทานแรงสั่นสะเทือนโดยตรง เหมาะสำหรับอาคารเตี้ย แต่ไม่สามารถต้านทานแรงสั่นสะเทือนจากอาฟเตอร์ช็อกได้ดีนัก ซึ่งสามารถแบ่งออกเป็นสองประเภทหลัก ได้แก่

• โครงสร้างแข็ง (Rigid Structures) ซึ่งถูกสร้างขึ้นให้มีความแข็งแรงสูงเพื่อป้องกันการพังถล่ม
• โครงสร้างยืดหยุ่น (Flexible Structures) ที่สามารถโค้งงอได้เล็กน้อยเพื่อช่วยกระจายแรงสั่นสะเทือน ลดความเสียหายที่อาจเกิดขึ้น และเพิ่มความปลอดภัยให้แก่ผู้อยู่อาศัย

1. โครงสร้างเซย์ชิน (Seishin) เป็นระบบที่ใช้โช้กอัพ แผ่นยาง หรืออุปกรณ์กันสั่นสะเทือนติดตั้งระหว่างโครงสร้างอาคารและฐานราก เพื่อช่วยดูดซับแรงสั่นสะเทือน วิธีนี้เป็นทางเลือกที่แนะนำโดยเฉพาะสำหรับอาคารสูง แม้จะไม่ใช่ข้อบังคับทางกฎหมายก็ตาม โดยอาคารที่ใช้โครงสร้างแบบนี้สามารถลดความรุนแรงของแผ่นดินไหวได้มากถึง 70–80% เมื่อเทียบกับอาคารที่ใช้เพียงโครงสร้างต้านแผ่นดินไหวแบบทั่วไป สามารถแบ่งออกเป็นสองรูปแบบหลัก ได้แก่

• ระบบแอคทีฟ (Active Damping System) ซึ่งใช้แหล่งพลังงาน เช่น ไฟฟ้า เพื่อช่วยลดแรงสั่นสะเทือน
• ระบบพาสซีฟ (Passive Damping System) ซึ่งอาศัยแรงทางกายภาพ เช่น สปริงและโช้คอัพ เพื่อซับแรงไหวสะเทือน

1. โครงสร้างเม็นชิน (Menshin) เป็นเทคโนโลยีที่ได้รับการยอมรับว่ามีประสิทธิภาพสูงสุด นิยมใช้ในอาคารสูง อาคารสำนักงาน หรือตึกระฟ้า เพื่อลดผลกระทบจากแผ่นดินไหว วิธีนี้ใช้วัสดุพิเศษ เช่น ยางลามิเนต ตะกั่ว สปริง แดมเปอร์ และลูกปืน มาช่วยแยกอาคารออกจากแรงสั่นสะเทือนของพื้นดิน หลักการทำงานของโครงสร้างประเภทนี้คือ วัสดุที่ใช้จะช่วยดูดซับและกระจายพลังงานจากแผ่นดินไหว ทำให้แรงสั่นสะเทือนที่ส่งผ่านไปยังตัวอาคารลดลงอย่างมาก โดยสามารถลดความรุนแรงของแผ่นดินไหวลงเหลือเพียง 1/3 ถึง 1/5 ของแรงที่เกิดขึ้นจริง

นอกจากโครงสร้างที่กล่าวมาแล้ว ญี่ปุ่นยังมีการพัฒนาเทคโนโลยีใหม่ ๆ เพื่อเพิ่มความปลอดภัยของอาคารจากแผ่นดินไหว เช่น

• ลูกตุ้มลดแรงสั่นสะเทือน (Quake Damping Pendulums) ที่ช่วยลดการแกว่งของอาคารสูงโดยใช้มวลขนาดใหญ่ที่แขวนไว้ภายในอาคาร
• เทคโนโลยี Invisibility Cloak ที่ใช้วงแหวนพลาสติกช่วยเปลี่ยนทิศทางของคลื่นไหวสะเทือน ทำให้แรงไหวสะเทือนถูกดูดซับก่อนถึงตัวอาคาร
• โครงสร้างโมดูลาร์และโครงสร้างเหล็กเบา (Modular and Light Steel Structures) ที่สามารถประกอบและรื้อถอนได้ง่าย ทนทานต่อแผ่นดินไหว และเป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม

ด้วยมาตรฐานและนวัตกรรมเหล่านี้ ญี่ปุ่นจึงกลายเป็นประเทศต้นแบบด้านการก่อสร้างอาคารต้านแผ่นดินไหว ซึ่งเป็นบทเรียนสำคัญสำหรับประเทศอื่น ๆ ที่ต้องเผชิญกับภัยพิบัติทางธรรมชาติในลักษณะเดียวกัน

ที่มา RealEstate-Tokyo TRTWorld

จิตา สุประดิษฐ