พฤติกรรมของอาคารคอนกรีตเสริมเหล็กภายใต้แรงสึนามิและน้ำท่วม

Abstract

เหตุการณ์สึนามิและน้ำท่วมเป็นภัยพิบัติทางน้ำที่สร้างความเสียหายอย่างมากต่อประเทศไทย โดยเฉพาะอย่างยิ่งเหตุการณ์ที่สึนามิเข้าซัดชายฝั่งทางใต้ของประเทศไทยเมื่อ 26 ธันวาคม พ.ศ. 2547 ได้สร้างความเสียหายต่ออาคารบ้านเรือนจำนวนมาก และถึงแม้ภัยพิบัติจากเหตุการณ์น้ำท่วมจะไม่เกิดความเสียหายที่ประจักษ์ได้เท่าเหตุการณ์สึนามิแต่ก็ได้สร้างความเสียหายเรื่อยมาโดยส่วนใหญ่จะเกิดจากน้ำท่วมฉับพลันและน้ำป่าไหลหลาก การออกแบบก่อสร้างอาคารในเขตเสี่ยงภัยจึงจำเป็นต้องเข้าใจพฤติกรรมของโครงสร้างภายใต้แรงกระทำที่ถูกต้องเพื่อที่จะบรรเทาความเสียหายที่อาจจะเกิดขึ้นในอนาคต ในงานวิจัยนี้จึงได้ศึกษาพฤติกรรมของอาคารภายใต้แรงกระทำสึนามิและน้ำท่วมโดยศึกษาอาคารคอนกรีตเสริมเหล็กสูงสองชั้น โดยแบ่งอาคารออกเป็น 2 ประเภทคือ 1) อาคารคอนกรีตเสริมเหล็กที่บริเวณชั้นหนึ่งของอาคารเปิดโล่งปราศจากกำแพง และ 2) อาคารคอนกรีตเสริมเหล็กที่บริเวณชั้นหนึ่งของอาคารมีการก่อผนังอิฐปิดช่องชนิดอิฐมวลเบา โดยในการจำลองอาคารได้ใช้แบบจำลอง 3 มิติ ศึกษาพฤติกรรมแบบไม่เชิงเส้นของอาคารโดยการจำลองด้วยชิ้นส่วนไฟเบอร์บริเวณปลายเสาและปลายคานในตำแหน่งที่เกิดจุดหมุนพลาสติก โดยในส่วนของกำแพงอิฐที่ทำการศึกษานั้นจำลองเป็นชิ้นส่วนสปริงในแนวราบที่มีพฤติกรรมแบบไม่เชิงเส้น และได้มีการสอบเทียบแบบจำลองกับผลการทดสอบจริงในห้องปฏิบัติการ โดยเป็นการทดสอบโครงสร้างที่มีขนาดและมิติต่าง ๆ เท่าขนาดจริง ในการวิเคราะห์ผลการตอบสนองของอาคารตัวอย่าง ได้ใช้การให้แรงกระทำแบบอุทกพลวัตกระทำในแนวราบเพื่อจำลองแรงที่เกิดจากสึนามิและน้ำท่วม ซึ่งจะกำหนดความสูงน้ำท่วมให้มีค่าคงที่ และเพิ่มความเร็วการไหลของกระแสน้ำขึ้นไปจนกว่าโครงสร้างจะเกิดการวิบัติ ซึ่งพบว่าอาคารที่ไม่มีแผ่นผนังจะเกิดการวิบัติสองรูปแบบคือการวิบัติด้วยแรงเฉือน และการวิบัติด้วยแรงดัดซึ่งเกิดขึ้นในเสาชั้นหนึ่งของอาคาร โดยที่การวิบัติด้วยแรงเฉือนในเสาจะเกิดขึ้นในกรณีที่ความสูงน้ำท่วมมีค่าไม่เกิน 2.80 เมตร และจะเปลี่ยนรูปแบบการวิบัติจากการวิบัติด้วยแรงเฉือนเป็นการวิบัติด้วยแรงดัดเมื่อระดับน้ำมีความสูงเท่ากับ 3.20 เมตร ขึ้นไป และเมื่อพิจารณาอาคารที่มีผนังอิฐก่อปิดช่องพบว่ากำแพงอิฐช่วยเพิ่มความต้านทานแรงทางด้านข้างของอาคารขึ้นโดยประมาณ 4 เท่า โดยที่อาคารที่มีผนังอิฐก่อสามารถรับแรงกระทำสูงสุดที่เกิดจากสึนามิและน้ำท่วมได้โดยไม่เกิดการวิบัติเมื่อความสูงน้ำท่วมมีค่าเท่ากับ 3.20 เมตร และเมื่อความสูงน้ำท่วมมีค่าเพิ่มขึ้นเป็น 6.20 เมตร อาคารที่มีผนังอิฐก่อสามารถรับแรงกระทำที่เกิดจากสึนามิ และน้ำท่วมภายใต้ความเร็วการไหลของน้ำค่าต่ำสุดของช่วงความเร็วการไหลที่เป็นไปได้ โดยที่ความเร็วการไหลที่ทำให้อาคารเกิดการวิบัติมีค่าเท่ากับ 12.2 m/s และ 6.1 m/s สำหรับกรณีความสูงน้ำท่วมเท่ากับ 3.20 เมตร และ 6.20 เมตร ตามลำดับ