กรณีศึกษาที่ 2: หอส่งสัญญาณที่สูงที่สุดในโลก

- อาคารโตเกียว สกาย ทรี (Tokyo Sky Tree Tower) ประเทศญี่ปุ่น

ภาพที่ 6.3.2.1

อาคาร Tokyo Sky Tree
ที่มา : (วิกิพีเดีย สารานุกรมเสรี, 2555)

1.รายละเอียดอาคาร

อาคารมีความสูงอยู่ที่ 634 เมตร โดยจากระดับพื้นดินจนถึงความสูงที่ประมาณ 300 เมตร โครงสร้างอาคารเมื่อมองจากมุมบน (Plan View) จะมีลักษณะเป็นรูปสามเหลี่ยม จากนั้นตั้งแต่ระดับ 300 เมตรขึ้นไปจนถึงประมาณ 500 เมตร จะมีรูปร่างเป็นวงกลมและตั้งแต่ระดับ 500 เมตรขึ้นไปจนถึงยอดอาคารมีลักษณะเป็นวงกลมเช่นกันแต่มีขนาดเล็กกว่าเรียกว่า “Antenna Tower”

2.การปรับแต่งรูปทรงอาคาร

จะเห็นว่ารูปทรงอาคารตั้งแต่บริเวณฐานมีรูปทรงสามเหลี่ยมซึ่งมีเหลี่ยมมุมและพื้นที่สัมผัสมากส่งผลทำให้เกิดผลกระทบเนื่องจากแรงลมได้ แต่ในชั้นสูงๆรูปทรงอาคารได้ออกแบบเป็นทรงกลมและยิ่งสูงรูปทรงกลมของอาคารก็เป็นทรงกลมที่เล็กลงเรื่อย ๆ ทำให้มีเหลี่ยมมุมน้อยและพื้นที่สัมผัสแรงลมที่มีผลต่ออาคารก็จะน้อยลงเรื่อยๆเช่นกัน

ภาพที่ 6.3.2.2

 ภาพตัดของ Tokyo Sky Tree ตามระดับความสูงต่าง ๆ

ที่มา : Nikken Sekkei Ltd., Tokyo Sky Tree, Steel Construction Today and Tomorrow, Nov 2010

ที่มา : http://www.oknation.net/blog/akom/2012/01/11/entry-1 สืบค้นเมื่อ 17 พฤษภาคม 2555

3.การเพิ่มความแข็งแรงของโครงสร้าง

- โครงสร้างหลัก

โครงสร้างของ Tokyo Sky Tree เป็นโครงสร้างระบบผสม (Composite System) ระหว่างระบบโครงสร้างเหล็กที่มีลักษณะการวางเสาที่ถี่และมีคานยึดเสาเข้าด้วยกันและยังมีโครงถักสานกันอยู่รอบนอกอีกด้วยทั้งหมดนี้เรียกระบบว่า “Bundled Tube” และอีกระบบคือระบบโครงสร้างคอนกรีตเสริมเหล็กที่เป็นแกนกลาง (Reinforced Concrete Core) และใช้โครงถักกระจายแรงจากปล่องลิฟต์ไปยังขอบนอกอาคารเรียกระบบนี้ว่า “Belt truss Outrigger” สามารถใช้สำหรับเป็นช่องลิฟต์และบันได

ภาพที่ 6.3.2.3
ลักษณะ Belt truss Outrigger ของ Tokyo Sky Tree

ที่มา : http://usi.kir.jp/TCO/Data/CIA/TOBUWorldSquare/ สืบค้นเมื่อ 17 พฤษภาคม 2555

- โครงสร้างย่อย

วัสดุที่นำมาใช้สำหรับงานโครงสร้างของอาคารมีทั้งงานโครงสร้างเหล็กและคอนกรีตเสริมเหล็ก โดยเฉพาะเหล็กโครงสร้างเป็นเหล็กเกรดพิเศษ (High Strength Grade) โดยกำลังวัสดุเฉลี่ยจะอยู่ที่ 400 – 500 N/mm² แต่สำหรับส่วนบนของอาคาร Antenna Tower จะใช้เกรดที่สูงกว่าถึง 780N/mm² ซึ่งเป็นเกรดที่สูงสุดที่เคยผลิตในญี่ปุ่น โดยขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางท่อเหล็กที่ใหญ่ที่สุดที่ใช้อยู่ที่ 2.30 เมตร และมีความหนาถึง 10 เซนติเมตร ในส่วนฐานรากชนิดที่เรียกว่า  Continuous Subterranean Wall Pile โดยเรียกว่า Knucklewall ซึ่งจะมีส่วนที่เรียกว่า Nodules เพิ่มขึ้น เพื่อต้านทานแรงกดและแรงดึงขึ้น (Compressive Force and Uplift Force) ซึ่งเกิดจากแรงลมและแรงแผ่นดินไหวนั่นเอง

ภาพที่ 6.3.2.4 ฐานราก Cast-in-place concrete piles and Underground continuous wall piles

ที่มา: Nikken Sekkei Ltd., Tokyo Sky Tree, Steel Construction Today and Tomorrow, Nov 2010

ภาพที่ 6.3.2.4
ฐานราก Cast-in-place concrete piles and Underground continuous wall piles

ที่มา: Nikken Sekkei Ltd., Tokyo Sky Tree, Steel Construction Today and Tomorrow, Nov 2010

ภาพที่ 6.3.2.5 ส่วนประกอบของระบบฐานราก Tokyo Sky Tree

ที่มา: Nikken Sekkei Ltd., Tokyo Sky Tree, Steel Construction Today and Tomorrow, Nov 2010

ภาพที่ 6.3.2.5
ส่วนประกอบของระบบฐานราก Tokyo Sky Tree

ที่มา: Nikken Sekkei Ltd., Tokyo Sky Tree, Steel Construction Today and Tomorrow, Nov 2010

4.การใช้ตัวหน่วง

เนื่องด้วย Tokyo Sky Tree เป็นอาคารสูงระฟ้าที่ตั้งอยู่บนพื้นที่ที่ได้ชื่อว่ามีความเสี่ยงต่อแรงด้านข้างสูง ทำให้มีการนำอุปกรณ์ควบคุมการสั่นสะเทือนประเภท Oil Damper เข้ามาติดตั้งร่วมด้วย ซึ่งแนวทางดังกล่าวนอกจากจะช่วยควบคุมการเสียรูปของโครงสร้างเมื่อได้รับแรงทางด้านข้างแล้ววิธีการดังกล่าวยังช่วยลดแรงเฉือนที่ฐานได้สูงสุดถึง 40% ในขณะที่เกิดแรงด้านข้างอีกด้วย

ภาพที่ 6.3.2.6

ระบบรับแรงด้านข้างของ Tokyo Sky Tree

ที่มา: Nikken Sekkei Ltd., Tokyo Sky Tree, Steel Construction Today and Tomorrow, Nov 2010