มาทำความรู้จักกับ Shear Wall หรือ ผนังรับแรง ว่าคืออะไรและมีความสำคัญอย่างไรกับโครงสร้างอาคาร
“ Shear Wall ” หรือ” ผนังรับแรง” เป็นโครงสร้างประเภทหนึ่ง ซึ่งอาจจะสร้างได้จากวัสดุหลากหลายประเภท ทั้ง คอนกรีตเสริมเหล็กหรือแผ่นเหล็ก แต่ที่ได้รับความนิยมกันมากจะเป็น Reinforcement Concrete Shear Wall หรือที่เรียกว่า “ผนังคอนกรีตเสริมเหล็กรับแรง” โดยที่ Shear wall จะเป็นส่วนประกอบที่สำคัญและมีบทบาทในเรื่องการเสริมความแข็งแรงของโครงสร้างอาคาร โดยจะทำหน้าที่ต้านทานและถ่ายแรงที่กระทำกับอาคารลงสู่ฐานราก ทั้งแรงทางข้าง ( Lateral Force ) และแรงในแนวดิ่ง ( Vertical Force ) ซึ่งอาจเกิดจาก แรงลม แรงจากน้ำหนักบรรทุก หรือแรงจากแผ่นดินไหว ( Earthquake หรือ Seismic ) ซึ่งปัจจุบันเกิดขึ้นบ่อยครั้งและหลายพื้นที่ อีกทั้งยังสร้างความเสียหายให้กับชีวิตและทรัพย์สินของผู้คนอย่างมาก
รูปที่ 1 Shear Wall ในโครงสร้างอาคาร
Shear Wall จะเริ่มตั้งแต่ฐานรากและต่อเนื่องขึ้นไปตลอดความสูงของอาคาร ซึ่งการออกแบบควรหลีกเลี่ยงความไม่ต่อเนื่องของ Shear wall โดยไม่จำเป็น เช่นช่องเปิด ประตู หน้าต่างหรือถ้าเลี่ยงไม่ได้ก็ต้องคำนวณเสริมเหล็กพิเศษเพิ่มเติม โดยความหนาของ Shear Wall อาจเริ่มตั้งแต่ 15 cm. และอาจหนาได้ถึง 40 cm. หรือมากกว่า ขึ้นกับผู้ออกแบบ โดยที่การจัดวางตำแหน่งของ Shear Wall มีข้อแนะนำว่าควรจัดวางให้มีความสมมาตรกัน ( Symmetric in Plan )ในแต่ละแกน ซึ่ง Shear Wall อาจถูกออกแบบให้มีเฉพาะแกนใดแกนหนึ่งหรือทั้ง 2 แกน โดยอาจวางเป็นผนังโดยรอบของอาคาร ด้านในอาคาร หรือใช้เป็นปล่องลิฟท์
รูปที่ 2 การจัดวาง Shear Wall ให้สมมาตรในแต่ละแกน
สำหรับการเสริมเหล็กใน Shear Wall เหล็กเสริมจะถูกวางตัวทั้ง 2 ทิศทางทั้งแนวนอนและแนวตั้งในลักษณะที่คุ้นเคยกันว่าเป็นเหล็กตะแกรง อาจจะวางเป็นตะแกรง 1 ชั้นหรือ 2 ชั้น แล้วเทคอนกรีตให้มีความต่อเนื่องกัน เรียกว่า Curtains wall โดยข้อแนะนำเบื้องต้นสำหรับปริมาณหล็กเสริมเมื่อพิจารณาแบบหน้าตัด ไม่ควรน้อยกว่า 0.0025 ของพื้นที่หน้าตัดผนังรับแรงนั้นๆ ซึ่งในกรณีของการรับแรงจากแผ่นดินไหว ที่ขอบของ Shear Wall จะต้องรับแรงมากกว่าปกติ (Compressive and tensile Stress ) ดังนั้นอาจต้องเพิ่มความแข็งแรงให้กับขอบของ Shear Wall โดยเรียกว่า“ Boundary Elements ”
รูปที่ 3 การเสริมเหล็กใน Shear wall และ Boundary Element
พฤติกรรมการรับแรงและการออกแบบ Shear wall พิจารณาจากเมื่อมีแรงมากระทำจะแยกพิจารณาเป็น 2 ส่วน คือแรงในแนวดิ่ง Shear Wall จะทำหน้าที่เป็นเสา คือรับแรงอัดและถ่ายแรงกระทำลงสู่ฐานราก ในขณะที่ถ้าเป็นแรงทางข้าง Shear wall จะทำหน้าที่คล้ายคานยื่น ( Cantilever Beams ) ซึ่งมีจุดหมุนอยู่ที่ฐานรากนั่นเอง
รูปที่ 4 ผนัง Shear Wall ซึ่งใช้วัสดุประเภทเหล็ก
สำหรับ Shear Wall ซึ่งทำจากวัสดุอื่นๆ เช่น แผ่นเหล็ก ( Steel Plate ) จะมีราคาที่สูงทำให้ไม่ค่อยได้รับความนิยมมากนักในการจัดทำโครงการ