الهندسة الحديثة لناطحات السحاب: تكنولوجيا الوقاية من الزلازل

الزلزال القاتل وتأثيره على تايوان

الزلزال القاتل الذي ضرب تايوان بقوة 7.4 درجة يوم الأربعاء، وأسفر عن مقتل 9 أشخاص على الأقل، دمر أيضًا 770 مبنى، وفقًا لأحدث التقديرات من وكالة الدفاع المدني في الجزيرة.

كيف نجت ناطحة السحاب تايبيه 101 من الزلزال

تعرضت مدينة تايبيه، التي تبعد مسافة 80 ميلاً فقط عن مركز الزلزال، لهزات أرضية عنيفة، خلال ما يبدو أنه أحد أقوى الزلازل التي شهدتها تايوان خلال 25 عامًا. ومع ذلك، نجحت ناطحة السحاب تايبيه 101، التي كانت في وقت سابق أطول ناطحة سحاب في العالم، في البقاء سليمة وخالية من الأضرار، مما يعكس نجاح الهندسة الحديثة وتكنولوجيا البناء المتطورة في تصميم المباني التي تتحمل الزلازل وتحمي سكانها. وهذا يعد انتصارًا للهندسة الحديثة والتقنية المستخدمة في تصميم الأبنية التي تتحمل الزلازل وتحمي سكانها.

المرونة الهيكلية وتأثير الخرسانة المسلحة

يبدو من لقطات الزلزال أن البرج الذي يبلغ ارتفاعه 1667 قدمًا يتأرجح قليلاً، حيث تساعد مرونته الهيكلية في مواجهة الحركة القوية للزلزال. هذا الحركة أظهرت تمامًا كيف أن الدفاع الأكثر أهمية للناطحة السحابية ضد الزلازل هو المادة التي تم بناؤها منها: الخرسانة المسلحة.

من خلال دمج قوة الضغط للخرسانة مع قوة الشد للفولاذ، تجعل المادة المبنى مرنًا بما يكفي ليتأرجح، ولكنها تكون صلبة بما يكفي لمقاومة الرياح العاتية والأعاصير التي تضرب تايوان بشكل متكرر. (إن المبدأ الذي يمكن للمباني أن تتحمل القوى الزلزالية من خلال الحركة معها، بدلاً من الاعتراض عليها، قد شكل الهندسة المعمارية التقليدية في البلدان الشرقية الأسيوية الزلزالية لقرون، من المعابد اليابانية إلى القصور الصينية.)

مخمد الكتلة الملائم： الابتكار التكنولوجي في تايبيه 101

على ارتفاع عالٍ داخل ناطحة السحاب تايبيه 101، تم تطوير ابتكار تكنولوجي آخر للحفاظ على المبنى ومن يعيشون فيه آمنين، وهو يسمى "مخمد الكتلة الملائم".

تتدلى الكرة الفولاذية الذهبية، بين 92 كابلًا سميكًا مرتبطة بالطوابق 87 و 92، ويمكنها الحركة حوالي 5 أقدام في أي اتجاه. يتم استخدامها كمنسق يخفف من حركات التأرجح والاهتزازات التي يتعرض لها البرج،

"إنها في الأساس وزن مضاد كبير جدًا"، أوضح ستيفان آل، مؤلف كتاب "سوبرتول: كيف أن أطول مباني العالم تعيد تشكيل مدننا وحياتنا"، في مقابلة هاتفية. "في حالة تايبيه 101، يبلغ 660 طنًا. يبدو ذلك ثقيلاً حقًا، ولكن إذا قورن بالوزن الكلي للمبنى، فإنه مجرد جزء.

"عندما يبدأ المبنى في الاهتزاز، (سيتحرك مُخمد الكتلة المُلائم) في الاتجاه المعاكس. في حالة تايبيه 101، فإنه معلق... لذلك سيتأخر بعد أن يتأرجح البرج وسيمتص الطاقة الحركية من خلال الحركة في الاتجاه المعاكس"، وأوضح آل، مشيرًا إلى أن الأسطوانات الهيدروليكية بين الكرة والمبنى تحول هذه الطاقة إلى حرارة تُبعث بعدها.

تستخدم مُخمدات الكتلة المُلائمة في ناطحات السحاب في جميع أنحاء العالم، بما في ذلك برج شتاينواي الرفيع في نيويورك وبرج العرب في دبي بشكل مفصل، والذي يحتوي على 11 منها. يحمي الجهاز بشكل حاسم ضد الحركة العنيفة الناتجة عن "الاهتزاز الموسيقي"، الذي يمكن أن يتسبب في الفشل الهيكلي خلال زلزال، وفقًا لآل.

"(هذا) عندما تبدأ المباني في الاهتزاز عند ترددها الخاص"، وأضاف قائلًا إن الظاهرة تشبه الشوكة الموسيقية. "يمكن أن يؤدي هذا إلى انهيار، (حيث تبدأ المبنى) في الاهتزاز بسرعة وسرعة وسرعة أكثر."

تُعد مُخمدات الكتلة المُلائمة، المعروفة أيضًا باسم الممتصات الموسيقية، "مُلائمة" للرنين بنفس تردد المبنى، ولكن مع أطوال موجية تبدأ في وقت سابق أو في وقت لاحق، مما يساعد في تبديد الطاقة الكارثية بشكل محتمل.

الدعم الهيكلي والتصميم الهندسي للناطحات السحابية

الاستقرار الذي يوفره يمكن أيضًا أن يقلل من التأثير غير المريح - أو حتى الغثيان - الذي يمكن أن يكون للأهتزاز على سكان المبنى في الرياح العاتية.

صممتها الشركة التايوانية C.Y. Lee & Partners، كانت تايبيه 101 أطول مبنى في العالم من 2004 حتى عام 2007، عندما تجاوزته برج خليفة في دبي. وأصبحت منصة المراقبة التي تطل على مُخمد الكتلة المُلائم المبتكر المنتشر الآن جذبًا شعبيًا، خاصة عندما يتحرك خلال الرياح القوية.

لا تعتبر الكرة العملاقة، على أي حال، السمة المصممة الوحيدة التي تساعد في استقرار البرج، الذي يقع على مسافة قريبة من خط كسر رئيسي.

على سبيل المثال، تقع الناطحة السحابية على أساسيات استثنائية عميقة بشكل استثنائي - وهي 380 مثقبة من الخرسانة المسلحة والأعمدة الفولاذية المحفورة في الصخور الصلبة أدناه. فوقها، يتم ربط النواة الخاصة بالمبنى بسلسلة من "الأعمدة العملاقة"، الموجودة حول حافة الناطحة السحابية، عبر قضبان خرسانية فولاذية ضخمة.

تصميم الناطحات السحابية يتوافق مع أكواد البناء المضادة للزلازل التي تعتبر صارمة للغاية، وهذا يتوقعه الكثيرون نظرًا لوقوع تايوان على طول "حلقة النار الهادئ"، والتي تتسبب في نشاط زلزالي وبركاني هائل من إندونيسيا إلى تشيلي.

رغم أن التصميم الهندسي للناطحات السحابية يتوافق مع أكواد البناء المضادة للزلازل، وأنه تم اختباره على "طاولة الاهتزاز"، إلا أن تفاعل الناطحة السحابية مع زلزال قوي ومباشر يظل نظرياً حتى يحدث فعلياً، ويتعرض التصميم للتحقق الفعلي لمدى تحمله ضد الزلازل. ولكن تقنيات النمذجة الرقمية والاختبار الشامل تحول دون حدوث الأضرار الخطيرة في المباني الحديثة خلال الزلازل القوية.

"على الرغم من أن لدينا محاكاة كمبيوتر، إلا أن هناك شيئًا ما عن الطبيعي لا يمكننا حقًا الحصول عليه من المحاكاة الرقمية"، قال آل، مضيفًا: "على الرغم من تقدمنا التكنولوجي، إلا أننا ما زلنا نختبر (التصاميم) في أنفاق الرياح وطاولات التحريك".