โครงสร้างโครงขึงในงานสถาปัตยกรรม (Cable Structure)

โครงสร้างโครงขึง (Cable Structure) 

โครงสร้างโครงขึง (Cable Structure) คือ ลักษณะโครงสร้างอีกรูปแบบหนึ่ง ที่อยู่ในแขนงประเภทของโครงสร้างช่วงพาดกว้าง หรือ โครงสร้างช่วงยาว (Wide Span or Long span Structure) ถ้าหากมองผิวเผินจะมีลักษณะที่คล้ายคลึงกับโครงสร้างแขวน (Suspension Structure)

โครงสร้างโครงขึง (Cable Structure) เป็นรูปแบบโครงสร้างที่สามารถครอบคลุมเนื้อที่ได้กว้างขวาง โดยเฉพาะระนาบกว้าง หรือ ระนาบตามแนวยาว ส่วนมากแล้วนิยมใช้เป็นโครงสร้างทางสถาปัตยกรรมตั้งแต่ขนาดกลางไปจนถึงขนาดใหญ่ รวมไปถึงโครงสร้างทางด้านวิศวกรรมบางประเภท

สำหรับลักษณะของโครงสร้างโครงขึงนั้น จะมีจุดรับน้ำหนัก หรือ รับแรงกระทำหลักๆ คือ เสากระโดง (จำนวนเสามากน้อยขึ้นอยู่กับลักษณะการออกแบบ และขนาดสิ่งปลูกสร้างนั้นๆ) ส่วนมากจะนิยมใช้ Span เสาแถวเดียว หรือ Span เสาแถวคู่ 

โดยมีการขึงตรึงเคเบิล หรือ ลวดเหล็กกล้าแรงดึงสูงจากสมอถ่วงระดับดิน ,โครงสร้างหลัก หรือ เสากระโดงที่คอยรับน้ำหนัก แล้วยึดเข้ากับชิ้นส่วนโครงสร้างช่วงพาดที่เปรียบเสมือนคานเป็นระยะๆด้วยสลักเกลียว (Bolt) ซึ่งจะทำให้ระยะห่างระหว่างจุดรับแรงมีช่วงที่แผ่กว้าง หรือ ยาวขึ้นนั่นเอง

วัสดุหลักที่นิยมใช้ในการออกแบบก่อสร้างโครงสร้างโครงขึง (Cable Structure)  ประกอบด้วย

• เหล็กรูปพรรณรีดร้อน (เหล็กเอชบีม) ส่วนใหญ่ใช้เป็นโครงสร้างหลักของตัวสถาปัตยกรรม หรือ ใช้เป็นเสาที่คอยตรึงเคเบิลเข้ากับโครงสร้างช่วงพาด
• เหล็กรูปพรรณรีดเย็น (ท่อเหล็กดำ,ท่อเหล็กตะเข็บเกลียว ,เหล็กตัวซี และเหล็กกล่อง) มักใช้เป็นส่วนประกอบโครงสร้างช่วงพาด และใช้เป็นเสากระโดงที่คอยตรึงเคเบิลเข้ากับโครงสร้างช่วงพาด หรือ โครงสร้างส่วนยื่น
• เหล็กเสริม (เคเบิล หรือ ลวดเหล็กกล้าแรงดึงสูง) สำหรับใช้ขึงตรึงยึดระหว่างโครงสร้างหลัก เข้ากับชิ้นส่วนโครงสร้างช่วงพาด หรือ โครงสร้างส่วนยื่น

คุณสมบัติเด่นของวัสดุเหล็ก จะช่วยขยายขอบเขตขีดจำกัดของงานโครงสร้างช่วงพาดให้มีศักยภาพในการใช้งานที่สูงขึ้นกว่าวัสดุคอนกรีต นอกจากนี้ยังตอบโจทย์ความต้องการในเรื่องของการใช้พื้นที่ได้ดีกว่าโครงสร้างคอนกรีต เนื่องจากโครงสร้างเหล็กสามารถก่อสร้างให้มีช่วงพาดระหว่างเสาได้กว้างกว่าโครงสร้างคอนกรีตได้หลายเท่า  

ในด้านของความสวยงามโครงสร้างคานคอนกรีตจะมีขนาดที่ใหญ่โตทึบตัน หน้าตัดก็จะมีความหนาตามไปด้วย ซึ่งทำให้บดบังทัศนียภาพ และทำให้พื้นที่การใช้มีขนาดลดลง ในขณะที่โครงสร้างเหล็ก จะมีขนาดหน้าตัดที่เพรียวบาง ดูสวยงามทันสมัย และไม่บดบังทัศนียภาพ 

นอกจากนี้โครงสร้างเหล็กยังสามารถก่อสร้างได้อย่างแม่นยำ และทำได้เร็วกว่าโครงสร้างคอนกรีตโดยประมาณ 2 – 3 เท่า แม้จะใช้เวลาก่อสร้างเร็วแต่โครงสร้างเหล็กก็ยังคงให้คุณสมบัติในการต้านภัยธรรมชาติได้ดี เนื่องจากเหล็กมีความยืดหยุ่นและรับการบิดได้มากกว่าโครงสร้างคอนกรีตนั่นเอง

องค์ประกอบของโครงสร้างโครงขึง (Cable Structure Detail) ประกอบด้วย

• Anchor and Pin คือ สมอถ่วงพร้อมหูยึด ชิ้นส่วนนี้มักหล่อในรูปแบบตอม่อฝังลึกลงไปใต้ดินพร้อม Base Plate โดยโผล่ขึ้นมาแค่หูยึด หรือในบางรูปแบบก็จะเป็นฐานแบบแท่นปูนหล่อในที่บนระดับดินที่มีความแข็งแรงมาก ซึ่งจะทำหน้าที่ยึดชิ้นส่วน Socket and Turnbuckle รวมไปถึง Cable เพื่อถ่วงสมดุลน้ำหนักแรงดึงจากโครงสร้างช่วงพาด หรือ โครงสร้างส่วนยื่น ผ่านเสากระโดง หรือ โครงสร้างหลักลงสู่หูยึด และสมอถ่วงตามลำดับ
• Socket and Turnbuckle คือ เบ้ายึด และข้อต่อ ซึ่งจะทำหน้าที่จับยึดเคเบิลให้ขึงตรึงระหว่าง Anchor and Pin เข้ากับโครงสร้างหลัก หรือ ยึดระหว่างโครงสร้างหลัก เข้ากับโครงสร้างช่วงพาด หรือ โครงสร้างส่วนยื่น 
• Cable คือ ชิ้นส่วนซึ่งทำหน้าที่ช่วยถ่ายน้ำหนักแรงดึงจากโครงสร้างช่วงพาด หรือ โครงสร้างส่วนยื่น ผ่านโครงสร้างหลักลงสู่หูยึด และสมอถ่วงตามลำดับ
• Bolt คือ สลักเกลียวที่คอยยึดชิ้นส่วน Turnbuckle (ข้อต่อ) เข้ากับชิ้นส่วน Pin (หูยึด)
• Mast คือ ชิ้นส่วนเสากระโดงที่คอยยึดขึงตรึงเคเบิลเข้าโครงสร้างหลัก และโครงสร้างช่วงพาด หรือ โครงสร้างส่วนยื่น

สำหรับลักษณะของชิ้นส่วนแต่ละอันนั้นอาจมีรูปทรง และขนาดที่แตกต่างกันไป โดยจะแปรผันตามลักษณะการออกแบบ รูปแบบการใช้งาน และความเหมาะสมสัมพันธ์กับขนาดของโครงสร้างนั้นๆเป็นหลัก

การออกแบบใช้งานโครงสร้างโครงขึง (Cable Structure) ในงานสถาปัตยกรรม ถูกนำไปใช้กับอาคารหลากหลายรูปแบบ อาทิเช่น

• โครงสร้างหลังคาอาคารหอประชุม และโรงมหรสพขนาดใหญ่
• โครงสร้างหลังคาสนามกีฬาในร่ม 
• โครงสร้างหลังคาสนามกีฬากลางแจ้งขนาดใหญ่
• โครงสร้างหลังคาโรงจอดเครื่องบิน
• โครงสร้างหลังคาโรงงานอุตสาหกรรม
• โครงสร้างหลังคาศูนย์จัดแสดงสินค้า
• โครงสร้างหลังคาศูนย์การค้า
• โครงสร้างหลังคาที่จอดรถ
• โครงสร้างหลังคาสนามบิน ,สถานีรถไฟ และสถานีขนส่ง
• โครงสร้างหลังคาอาคารอเนกประสงค์
• โครงสร้างรองรับพื้นที่การใช้งานแบบ Cantilever
• สะพานแบบต่างๆ

ภาพตัวอย่างโครงสร้างโครงขึง (Cable Structure) แบบต่างๆ

ข้อมูลวัสดุศาสตร์อื่นๆที่น่าสนใจ

เขียน และเรียบเรียงโดย Wazzadu Encyclopedia