Science Village กลุ่มอาคารโครงสร้างเหล็กกล้ากำลังสูงที่ลอยเหนือผิวดิน

เจ้าของ : คณะวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี  มหาวิทยาลัยราชภัฏเชียงใหม่ วิทยาเขตสะลวง
ออกแบบสถาปัตยกรรม : Greenline Architects Studio
ออกแบบวิศวกรรมโครงสร้าง : เจษฎาพร ศรีภักดี
ภาพ : Greenline Architects Studio

“การออกแบบโครงสร้างเสาคู่และระบบการค้ำและดึงเพื่อยกทั้งอาคารให้ลอยเหนือพื้นดินต้องใช้ระบบโครงสร้างเหล็กที่มีประสิทธิภาพสูง ซึ่งไม่เพียงลดการใช้ทรัพยากร เวลา แรงงาน และประหยัดต้นทุนแล้ว ยังตอบโจทย์การออกแบบสถาปัตยกรรมแบบยั่งยืนให้กลายเป็นจริง”

การอยู่ร่วมกับธรรมชาติแบบยั่งยืนแค่ฟังก็ว่ายากแล้ว แต่การทำให้ได้นั้นยากยิ่งกว่า และยิ่งยากขึ้นหากไม่ได้เริ่มต้นด้วยการออกแบบที่ดี กลุ่มอาคารคณะวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี  มหาวิทยาลัยราชภัฏเชียงใหม่ วิทยาเขตสะลวง เป็นอีกหนึ่งตัวอย่างที่ออกแบบด้วยแนวคิดการสร้างอาคารให้กระทบผืนดินน้อยที่สุด โดยใช้โครงสร้างเหล็กรูปพรรณรีดร้อนกำลังสูง High Strength Steel (SM520) ในการค้ำและดึงทั้งอาคารให้เหมือนลอยเหนือผิวดิน เพื่อให้ระบบนิเวศน์ดำรงอยู่ไปพร้อมๆ กับการใช้สอยอาคาร

เมื่อต้องสร้างอาคาร 70,000 ตารางเมตรลงกลางป่า

โครงการนี้เป็นการย้ายมหาวิทยาลัยราชภัฏเชียงใหม่ออกไปนอกเมืองแถวแม่ริม พื้นที่ตั้งเป็นป่าที่มีต้นไม้เต็มพื้นที่ เมื่อจะมีการสร้างอาคารคณะวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีซึ่งประกอบด้วยหลายภาควิชา โดยมีพื้นที่ใช้สอยรวมกันประมาณห้างสรรพสินค้าขนาดกลาง ผู้ออกแบบจึงเสนอแนวคิด “Touch the earth lightly : การสัมผัสผืนดินอย่างแผ่วเบา” ด้วยการลดขนาดฐานอาคารให้สัมผัสพื้นดินน้อยที่สุด อีกทั้งหนึ่งในข้อบังคับของการประกวดแบบ คือ ให้แสดงถึงศิลปวัฒนธรรม จึงใช้ “ตาแหลว / ต๋าแหลว” หรือ “เฉลว” (ในภาษาไทยภาคกลาง) เป็นสัญลักษณ์เพื่อความอุดมสมบูรณ์และปกป้องให้พ้นภัยพิบัติ ตามความเชื่อของชาวล้านนาที่นิยมปักตาแหลวไว้ในนาข้าว โดยใช้รูปทรงและการสานกันของตาแหลวมาแปลงเป็นลักษณะโครงสร้างอาคาร พร้อมทั้งวางผังกลุ่มอาคารให้ลดเลี้ยวไปตามความลาดชันของภูเขาคล้ายกับผังของหมู่บ้านชาวเขา เพื่อหลีกเลี่ยงการปรับระดับดินซึ่งเป็นการทำลายหน้าดินเดิมมากเกินไป

อาคารลอยจากพื้นดินด้วยโครงสร้างเหล็ก

โครงสร้างต้นไม้จะมีรากเป็นฐานใต้ดิน มีเพียงลำต้นที่สัมผัสผิวดิน และแผ่กิ่งก้านอยู่ด้านบน คล้ายกับโครงสร้างหลักของอาคารนี้ คือ ตั้งเสาคอนกรีตคู่ไปตามแนวกลางอาคาร มีเฉพาะเสาอาคารที่สัมผัสดิน ส่วนตัวอาคารลอยเหนือพื้นดินเป็นระบบ Block system ที่ออกแบบห้องเรียนให้มีลักษณะเป็นกล่องและเสียบเข้าไปยึดกับโครงสร้างเสาคู่ และใช้โครงสร้างเหล็กรูปพรรณรีดร้อนเป็นตัวค้ำด้านล่างและดึงด้านบน เพื่อรับน้ำหนักในแต่ละ Block ซึ่งยื่นออกไปข้างละเกือบ 20 เมตร แล้วถ่ายน้ำหนักทั้งหมดลงเสาคู่กลางอาคาร เป็นการใช้ศักยภาพของเหล็ก 100 % ซึ่งคอนกรีตทำไม่ได้

“เหล็กรูปพรรณรีดร้อนกำลังสูงช่วยให้การออกแบบโครงสร้างมีประสิทธิภาพมากขึ้น สามารถรับแรงอัดและแรงดึงได้มากกว่าเหล็กปกติในหน้าตัดที่เท่ากัน ลดขนาดโครงสร้างของอาคารให้เล็กลง จึงโชว์โครงสร้างให้ดูเบาลอยส่งเสริมสถาปัตยกรรมได้ดี” ผู้ออกแบบ คุณธนารัฏช์ วิเชียรทัศนา

ออกแบบโครงสร้างเหล็กยื่นลอยเกือบ 20 เมตร และมีโครงค้ำถ่ายน้ำหนักลงเสาคู่กลางอาคาร

การอยู่ร่วมกับธรรมชาติแบบยั่งยืน

เมื่อตัวอาคารสัมผัสพื้นดินน้อย พื้นที่ใช้สอยชั้นล่างรวมถึงทางเดินที่ลอยอยู่เหนือพื้นดิน เพื่อให้น้ำจากภูเขาไหลลอดผ่านใต้อาคารได้ รวมถึงไม่ขวางทางเดินของสัตว์ตามธรรมชาติ แน่นอนว่าพื้นดินขณะก่อสร้างจะถูกทำลายเพราะต้องขุดทำฐานรากและมีเครื่องจักรเข้าไปทำงาน  แต่คาดหวังว่าหลังจากสร้างเสร็จ พื้นดินจะค่อยๆ รักษาตัวเองตามธรรมชาติ ในอีก 5-10 ปี ระบบนิเวศน์ก็จะฟื้นคืนมาและกลายเป็นส่วนหนึ่งของสถาปัตยกรรม ภายในอาคารออกแบบระบบพลังงานแบบพึ่งพาธรรมชาติ อย่างทางเดินตรงกลางเป็นแบบ Double load corridor คือมีห้องเรียนขนาบซ้ายขวา ซึ่งปกติทางเดินจะมืดทึบและห้องเรียนจะระบายอากาศได้เพียงฝั่งเดียว ผู้ออกแบบจึงใช้ช่องระหว่างเสาคอนกรีตคู่ และเว้นระยะทางเดินกับห้องเรียนให้เป็นช่องโล่ง ซึ่งมีลักษณะคล้ายปล่องเรียกว่า “Light tube” เพื่อนำแสงธรรมชาติลงมาทุกชั้น ห้องเรียนจึงได้รับแสงทั้งสองฝั่ง และเกิดการไหลเวียนอากาศทั้งลมเย็นจากใต้อาคารซึ่งไม่ติดพื้นดิน และจากภายนอกผ่านห้องเรียนมายังปล่องและทะลุขึ้นไปข้างบน และยังออกแบบให้ทั้ง 11 อาคารใช้ระบบก่อสร้างแบบเดียวกัน จึงสามารถวางแผนการใช้วัสดุให้ประหยัดได้ ซึ่งเป็นอีกหนึ่งวิธีในการใช้ทรัพยากรอย่างคุ้มค่า

รูปตัดแสดงโครงสร้างอาคารและการระบายอากาศภายในอาคาร

ทางเดินชั้นล่างอาคารลอยเหนือพื้นดินปูพื้นด้วยตะแกรงเหล็กฉีกที่มีความโปร่ง

เหล็กกล้ากำลังสูง คำตอบที่ทำให้งานออกแบบเป็นจริง

อาคารทั้งหมดใช้เหล็กประมาณ 3,000 ตัน และได้เลือกใช้เป็นเหล็ก Cellular beam ซึ่งสามารถลดการใช้เหล็กลง 20% โดยการออกแบบโครงสร้างที่ยื่นลอย (Cantilever structure) จำเป็นต้องใช้ระบบโครงสร้างที่มีประสิทธิภาพสูง จึงเลือกใช้เหล็กรูปพรรณรีดร้อนกำลังสูง High Strength Steel (SM520) ที่สามารถรับแรงอัดและแรงดึงได้มากกว่าเหล็กปกติในหน้าตัดที่เท่ากัน ลดขนาดโครงสร้างของอาคารให้เล็กลง น้ำหนักอาคารจึงเบากว่าการใช้เหล็กปกติในขณะที่ความแข็งแรงเท่าเดิม ทำให้เส้นสายการโชว์โครงสร้างดูเบาลอยและตอบโจทย์การออกแบบได้ดี อีกทั้งยังเน้นการเตรียมชิ้นงานโครงสร้างจากโรงงานแล้วค่อยนำไปประกอบด้วยระบบ Bolt and Nut เพื่อลดการใช้แรงงาน ระยะเวลาก่อสร้าง และลดการสร้างขยะที่หน้างาน เป็นการลดต้นทุนแต่เพิ่มประสิทธิภาพให้อาคารได้มากยิ่งขึ้น

ผู้ออกแบบ คุณธนารัฏช์ วิเชียรทัศนา