โครงสร้างแขวนในงานสถาปัตยกรรม (Suspension Structure)

โครงสร้างโครงแขวน (Suspension Structure) คืออะไร

โครงสร้างโครงแขวน คือ ลักษณะโครงสร้างอีกรูปแบบหนึ่ง ที่อยู่ในแขนงประเภทของโครงสร้างช่วงพาดกว้าง หรือ โครงสร้างช่วงยาว (Wide Span or Long span Structure) เช่นเดียวกับ Truss Structure และ Cable Structure 

โครงสร้างโครงแขวน ส่วนมากแล้วนิยมใช้เป็นโครงสร้างหลังคา โครงสร้างสะพาน หรือ โครงสร้างอาคารขนาดใหญ่ที่มีช่วงพาดยาวมากกว่า 30 เมตร (ถ้าน้อยกว่า 30 เมตร อาจจะไม่คุ้มทุน ถ้าหากจะใช้โครงสร้างแบบโครงแขวน) เนื่องจากโครงสร้างแบบโครงแขวนเป็นรูปแบบโครงสร้างที่สามารถแผ่ครอบคลุมเนื้อที่ได้ค่อนข้างใหญ่ โดยเฉพาะระนาบกว้าง หรือ ระนาบตามแนวยาว ดังนั้นเราจึงไม่ค่อยได้เห็นโครงสร้างโครงแขวนตามอาคารขนาดเล็ก หรือ อาคารขนาดกลางแบบทั่วไป

ลักษณะของโครงสร้างโครงแขวน

ลักษณะของโครงสร้างโครงแขวน เป็นโครงสร้างที่ถูกออกแบบมาให้มีศักยภาพรองรับแรงกระทําโดยการพัฒนาแรงดึงในตัวเคเบิลให้สามารถรับน้ำหนักแรงดึงจากชิ้นส่วนโครงสร้างช่วงพาด (Wide Span or Long span Structure) หรือ โครงสร้างยื่น (Cantilever Structure) ขนาดใหญ่ได้ 

โดยใช้วิธีการโยงเคเบิลจากฝั่งหนึ่งข้ามไปอีกฝั่งหนึ่ง โดยที่แต่ละฝั่งก็จะมีโครงสร้าง Main Structure เพื่อใช้เป็นฐานยึดตรึงเคเบิลหลักแนวนอน ซึ่งจะทำหน้าที่ยึดรั้งเคเบิลย่อยแนวตั้งไว้เป็นระยะๆอย่างแน่นหนาตลอดแนวความยาวของตัวโครงสร้างช่วงพาด (Wide Span or Long span Structure) หรือ โครงสร้างยื่น (Cantilever Structure) ที่ต้องการแขวนยึดไว้  

จากนั้นนํ้าหนักของโครงสร้างช่วงพาด หรือ โครงสร้างยื่นที่ถูกแขวนไว้ ก็จะถ่วงดึงเคเบิลย่อยแนวตั้งที่ยึดโยงกับเคเบิลหลักแนวนอนจนมีความตึง จากนั้นแรงดึงที่เกิดขึ้นในเคเบิลหลักก็จะถูกถ่ายออกไปยัง Main Structure ที่ยึดตรึงเคเบิลหลักแนวนอนไว้ทั้งสองฝั่ง โดยตัวโครงสร้างช่วงพาด หรือ โครงสร้างยื่นจะถูกออกแบบตามหลักวิศวกรรม เพื่อป้องกันไม่ให้บิดตัวได้จากแรงลม และแรงกระทำอื่นๆ

*** Main Structure มี 2 รูปแบบ คือ 

• Pylon or Mast Structure : มีลักษณะเป็นเสาหอคอย หรือ เสากระโดงขนาดใหญ่ ทำหน้าที่ยึดตรึงเคเบิลหลักแนวนอน และเคเบิลย่อยแนวตั้ง
• Arch Structure : มีลักษณะเป็นโครงสร้างอาร์คโค้งขนาดใหญ่ ทำหน้าที่ยึดตรึงเคเบิลย่อยแนวตั้ง

ในกรณีที่ไม่ต้องการใช้โครงสร้าง Main Structure แบบ Pylon or Mast Structure ในการขึงตรึงเคเบิลหลักแนวนอนเพื่อรับแรงดึงจากเคเบิลย่อยแนวตั้ง ส่วนมากมักจะใช้โครงสร้างแบบอาร์คโค้ง (Arch Structure) ทดแทน 

ซึ่งโครงสร้างแบบอาร์คโค้งไม่จำเป็นต้องมีเคเบิลหลักแนวนอน โดยจะใช้เพียงแค่เคเบิลย่อยแนวตั้งเท่านั้น เนื่องจากโครงสร้างแบบอาร์คโค้งมีคุณสมบัติในการรับแรงดึงได้เช่นเดียวกับการใช้เคเบิลหลักแนวนอน ตัวอย่างเช่น Moses Mabhida Stadium หรือ Wembley Stadium

องค์ประกอบหลักของโครงสร้างโครงแขวน

สามารถแยกออกได้ดังนี้

Anchor and Pin 

คือ สมอถ่วงพร้อมหูยึด ชิ้นส่วนนี้จะถูกยึดติดตั้งเข้ากับ Main Structure แบบ Pylon or Mast Structure (โครงสร้างเสาหอคอย หรือ เสากระโดงขนาดใหญ่) ที่นิยมสร้างขึ้นจากคอนกรีตเสริมแรง ซึ่ง Anchor หรือ ฐานสมอจะผูกเหล็กฝังลงไปในเนื้อคอนกรีต ซึ่งจะโผล่ออกมาจากเนื้อคอนกรีตแค่ส่วน Pin หรือ หูยึดเท่านั้น เพื่อทำหน้าที่ยึดชิ้นส่วน Socket and Turnbuckle รวมไปถึงช่วยขึงตรึง Main Horizontal Cable จากฝั่งหนึ่งไปสู่อีกฝั่งหนึ่ง 

ในกรณีที่  Main Structure แบบ Pylon or Mast Structure ทำมาจากโครงทรัสเหล็กรูปพรรณ หรือ เหล็กท่อกลม จะใช้เพียงแค่ Pin หรือ หูยึดเท่านั้น โดยจะเชื่อม หรือ ยึดติดเข้ากับตัวโครงสร้างเหล็กรูปพรรณ หรือ เหล็กท่อกลมอย่างแน่นหนา

Main Structure

คือ ส่วนโครงสร้างหลักที่ต้องคอยรับแรงดึงจากเคเบิล สามารถแบ่งออกได้ 2 รูปแบบ ดังนี้

Pylon or Mast Structure : มีลักษณะเป็นเสาหอคอย หรือ เสากระโดงขนาดใหญ่โดยจะตั้งอยู่ 2 จุด ตรงกันข้ามคนละฝั่ง เสากระโดงจะทำหน้าที่ยึดตรึง และรับแรงดึงจากเคเบิลหลักแนวนอน และเคเบิลย่อยแนวตั้ง ที่ยึดเข้ากับโครงสร้างช่วงพาด (Wide Span or Long span Structure) หรือ โครงสร้างยื่น (Cantilever Structure)

Arch Structure : มีลักษณะเป็นโครงสร้างอาร์คโค้งขนาดใหญ่ที่พาดจากฝั่งหนึ่งไปยังอีกฝั่งหนึ่ง เป็นลักษณะโครงสร้างที่สามารถใช้ทดแทนเคเบิลหลักแนวนอนได้ด้วยตัวมันเอง โดยทำหน้าที่ยึดตรึง และรับแรงดึงจากเคเบิลย่อยแนวตั้ง ที่ยึดเข้ากับโครงสร้างช่วงพาด (Wide Span or Long span Structure) หรือ โครงสร้างยื่น (Cantilever Structure)

Socket and Turnbuckle 

คือ เบ้ายึด และข้อต่อ ซึ่งจะทำหน้าที่จับยึดเคเบิลหลักแนวนอนให้ขึงตรึงโดยพาดยาวจากฝั่งหนึ่งข้ามไปสู่อีกฝั่งหนึ่งบนโครงสร้างหลักอย่างเสาหอคอย หรือ เสากระโดงขนาดใหญ่ (Pylon or Mast Structure)

Main Horizontal Cable & Vertical Cabel  

คือ เคเบิลแรงดึงสูง ซึ่งทำหน้าที่ช่วยถ่ายน้ำหนักแรงดึงจากโครงสร้างช่วงพาด หรือ โครงสร้างส่วนยื่น ผ่านเคเบิลย่อยแนวตั้ง (Vertical Cabel) และเคเบิลหลักแนวนอน (Main Horizontal Cable) ไปสู่โครงสร้างหลักที่ต้องคอยรับแรงดึงจากเคเบิลทั้งหมด (Main Structure) ตามลำดับ

Cable Connector Fitting

คือ อุปกรณ์ยึดระหว่างรอยต่อของเคเบิลทั้งแนวตั้ง และแนวนอน มีทั้งแบบสำเร็จรูป (มีให้เลือกหลากหลายแบบ) และแบบสั่งทำพิเศษตามลักษณะการออกแบบสถาปัตยกรรมที่มีความเฉพาะตัว โดยขนาดของ Cable Connector Fitting จะแปรผันตามความสัมพันธ์กับลักษณะโครงสร้างสถาปัตยกรรม และลักษณะการรับแรงดึงเป็นสำคัญ

วัสดุหลักที่ใช้ในการออกแบบก่อสร้างโครงสร้างโครงแขวน (Suspension Structure) 

ประกอบด้วย

- คอนกรีตเสริมแรง

จัดเป็นวัสดุที่มีความแข็งแรงมากเป็นพิเศษ ใช้ในการก่อสร้างโครงสร้างหลัก Main Structure แบบ Pylon or Mast Structure ที่มีลักษณะเป็นเสาหอคอย หรือ เสากระโดงขนาดใหญ่เป็นส่วนใหญ่ เพื่อใช้ยึดตรึงสายเคเบิลที่พาดจากฝั่งหนึ่งไปยังอีกฝั่งหนึ่ง  นอกจากนี้ยังใช้ในการก่อสร้างฐานรองรับขนาดใหญ่สำหรับวางติดตั้งโครงสร้างแบบอาร์คโค้ง  

- เหล็กเอชบีม

เหล็กเอชบีมขนาดใหญ่ที่มีความแข็งแรงมากเป็นพิเศษ นิยมใช้ในการทำเสาหอคอย หรือ เสากระโดงขนาดใหญ่ เพื่อใช้ยึดตรึงเคเบิลที่พาดจากฝั่งหนึ่งไปยังอีกฝั่งหนึ่ง นอกจากนี้เหล็กเอชบีมขนาดเล็กไปจนถึงขนาดกลางยังถูกใช้ในการทำโครงสร้างช่วงพาด หรือ โครงสร้างยื่นอย่างแพร่หลายอีกด้วย

- ท่อเหล็กดำ และท่อเหล็กตะเข็บเกลียว

เหล็กท่อขนาดใหญ่นิยมใช้ทำเสากระโดงขนาดใหญ่ เพื่อใช้ยึดตรึงเคเบิลที่พาดจากฝั่งหนึ่งไปยังอีกฝั่งหนึ่ง นอกจากนี้ยังนิยมใช้ทำโครงสร้างทรัสแบบอาร์คโค้งที่พาดจากฝั่งหนึ่งไปยังอีกฝั่งหนึ่ง เพื่อยึดตรึงเคเบิลย่อยแนวตั้ง รวมไปถึงใช้ทำโคงสร้างช่วงพาด หรือ โครงสร้างยื่นด้วยเช่นกัน

- เคเบิล หรือ ลวดเหล็กกล้าแรงดึงสูง 

ใช้ทำเคเบิลย่อยแนวตั้ง และเคเบิลหลักแนวนอน

- สเตนเลส สตีล และอลูมิเนียม

ใช้ในการทำข้อต่ออุปกรณ์ยึดจำพวก Connector Fitting เป็นต้น

การออกแบบใช้งานโครงสร้างโครงแขวน (Suspension Structure) ในงานสถาปัตยกรรม 

ถูกนำไปใช้กับสถาปัตยกรรมหลากหลายรูปแบบ อาทิเช่น

• อาคารหอประชุม และโรงมหรสพขนาดใหญ่
• สนามกีฬาในร่ม 
• สนามกีฬากลางแจ้งขนาดใหญ่
• ศูนย์จัดแสดงสินค้า
• ศูนย์การค้า
• สนามบิน หรือ สถานีรถไฟขนาดใหญ่
• อาคารอเนกประสงค์
• สะพาน หรือ สกายวอล์ค

ตัวอย่างรูปแบบโครงสร้างโครงแขวน (Suspension Structure Type) ในงานสถาปัตยกรรม

ดาวน์โหลดองค์ความรู้ด้านการออกแบบอื่นๆ ในรูปแบบ PDF File (คลิ๊กที่ตัวหนังสือสีส้มด้านล่าง)

โครงถัก หรือโครงข้อหมุนในงานสถาปัตยกรรม (Truss Structure) PDF File Download 3.21 MB

ข้อมูล Wazzadu Encyclopedia  อื่นๆที่น่าสนใจ