สืบเสาะเรื่องโครงสร้าง 1 : เคล็ดลับความแข็งแรง

องค์ประกอบพื้นฐานของอาคารทุกหลัง คือ "โครงสร้าง" (Structure)

โครงสร้างคือสิ่งที่อยู่ภายใน อาจมองเห็นได้ยาก เปรียบเทียบง่ายๆ กับร่างกายคนเราว่า โครงสร้างก็เหมือน “กระดูก”

หน้าที่หลักของกระดูก คือค้ำจุนร่างกายให้คงรูปอยู่ได้ เช่นเดียวกับโครงสร้างอาคาร ก็มีหน้าที่หลักในการค้ำจุนอาคาร ให้ตั้งอยู่ได้อย่างแข็งแรง

โครงสร้างแบบไหน ทำให้ตึกแข็งแรงมากกว่ากัน? เรามาเริ่มทดลองตามวีดีโอคลิปนี้กันเลย

การที่อาคาร หรือสิ่งก่อสร้างต่างๆ จะแข็งแรงทนทานได้นั้น ความลับสำคัญคืออาคารนั้นต้องรับน้ำหนักวัสดุที่ใช้ก่อสร้าง น้ำหนักเฟอร์นิเจอร์ หรือสิ่งของในอาคาร และน้ำหนักคนที่อยู่ในอาคารได้

น้ำหนักที่กดลงมานั้นคือ "แรง" (Force) ประเภทหนึ่ง

“โครงสร้าง” (Structure) ของอาคารแต่ละหลัง ทำหน้าที่รับแรงกดดังกล่าว เพื่อให้สิ่งก่อสร้างยังคงอยู่ได้อย่างมั่นคง แข็งแรง 

ไม่ใช่แค่ตึกเท่านั้นที่มีโครงสร้าง แต่สิ่งก่อสร้างอื่นๆ ก็ต้องอาศัยประโยชน์จากโครงสร้างเช่นกัน อาทิ สะพาน เสาไฟฟ้าแรงสูง เสาสัญญาณโทรศัพท์มือถือ เป็นต้น

โครงสร้างประกอบด้วย “ชิ้นส่วน” (Members) ต่างๆ ที่ช่วยเสริมความแข็งแรงและกระจายแรง เพื่อให้เกิดความมั่นคง

ชิ้นส่วนที่แข็งแรง มีทั้งวัสดุตามธรรมชาติ เช่น ไผ่ ไม้ และวัสดุที่มนุษย์ผลิตขึ้น เช่น เหล็ก คอนกรีต อะลูมิเนียม เราประกอบชิ้นส่วนเข้าด้วยกันโดยใช้ ตัวยึดเหนี่ยว (Joints)

แบบต่างๆ เช่น น็อต ตะปู สลัก ฯลฯ เพื่อให้เกิดความแข็งแรงปลอดภัย

เมื่อทดลองตามวีดีโอคลิปแล้ว เด็กๆ คิดว่าอะไรทำหน้าที่เป็น ชิ้นส่วน และอะไรทำหน้าที่ ยึดเหนี่ยว แล้วรูปทรง แบบไหนมีความมั่นคงมากที่สุด

สืบเสาะเรื่องโครงสร้าง 2 : ต่อยอดโครงสร้าง

ถ้าอยากต่อโครงสร้างให้สูงมากกว่า 1 ชั้น จะทำอย่างไรให้โครงสร้างยังคงแข็งแรงอยู่ได้ มาลองดูกัน

ยิ่งโครงสร้างสูงขึ้น ก็ต้องมีชิ้นส่วนเยอะขึ้นที่จะช่วยเพิ่มความแข็งแรงให้มากขึ้นด้วย

โครงสร้างของอาคารจริงๆ ไม่ได้รับเฉพาะน้ำหนักอาคารและสิ่งต่างๆ ในอาคารเท่านั้น แต่ยังต้องรับแรงจากสิ่งแวดล้อมด้วย เช่น แรงลม แรงสั่นสะเทือนของรถบนถนน หรือแรงสั่นสะเทือนจากแผ่นดินไหว ฯลฯ เหมือนที่เราลองเขย่ากัน

น้ำหนักตึกที่กดลงบนโครงสร้างตรงๆ ตามแนวดิ่ง เรียกว่า แรงกด (Compression) ส่วนแรงกระทำอื่นๆ จากสิ่งแวดล้อม อาจเป็น แรงดึง (Tension) แรงดัดโค้ง (Bending)

แรงบิด (Torsion) หรือ แรงเฉือน (Shearing)

เรามีวิธีเพิ่มความแข็งแรงให้โครงสร้างหลายวิธี ซึ่งวิธีต่างๆ ในวีดีโอคลิปคือตัวอย่างที่ใช้ได้ผล แต่ก็ยังมีวิธีอื่นๆ อีกมากมาย

สืบเสาะเรื่องโครงสร้าง 3: ท้าคิดโครง ลงมือสร้าง

โครงสร้างแบบที่เราทดลองกันนี้ คล้ายคลึงกับ โครงสร้างระบบเสาและคาน (Column and Beam) ซึ่งน้ำหนักต่างๆ ภายในอาคารจะถ่ายลงสู่คาน คานถ่ายน้ำหนักลงสู่เสา และเสาถ่ายน้ำหนักลงสู่ฐานไปเป็นทอดๆ

,

ลองพัฒนาโครงสร้างให้สูงและใหญ่ขึ้นกันดีกว่า

มาต่อเติมโครงสร้างให้สูงขึ้นหลายๆ ชั้นและใหญ่ขึ้นด้วยวิธีจากคลิปวีดีโอนี้กัน หรือจะคิดค้นวิธีใหม่ๆ ของตัวเองก็ได้นะ

unknown source