Remark

Как небоскребы противостоят порывам ветра

Небоскребы всега раскачиваются от ветровНебоскребы всега раскачиваются от ветров

Если воздух движется быстро, его вихри формируют колебания, двигаясь сначала в одном направлении, а потом в другом. Его сила действует перпендикулярно горизонтальной оси, раскачивая конструкцию. Специалисты называют это явление «эффектом бокового ветра», и в определенных обстоятельствах колебания нарушают «естественную частоту» здания.

Представьте, говорит инженер Дерек Келли (Derek Kelly), если бы Бог протянул руку с небес и отклонил в сторону шпиль какого-нибудь небоскреба: тот бы завибрировал подобно струне гитары. Это и есть естественная частота здания. Если она соответствует тяге бокового ветра, то они резонируют; колебания растут, как у качелей, на которых катается ребенок: туда-сюда, туда-сюда.

Если неожиданно появится штормовой ветер, небоскреб накренится, но это еще ерунда по сравнению с потенциальной силой эффекта бокового ветра.

Инженеры научились противостоять гравитации: при достаточном количестве металла и высокопрочного бетона в каркасе высотка будет стоять. Более опасный враг — это ветер. Гравитация тянет вниз, а ветер же может прийти с любого направления. Он может давить, засасывать или поочередно делать и то и другое.

В отличие от гравитации, ветер изменяется в зависимости от географического расположения объекта и времени года. Динамика ветра страшнее всего. Она меняется от всего, чего касается, и ветер даже формирует сам себя, направляя потоки на всех своих соседей. Гравитация внушительна и понятна, но дай волю ветру — он соберется и начнет бунтовать.

Когда в 1977 году закончили строительство Ситигруп-центра, предполагалось, что все сделано верно и здание сможет стоять. Инженера-конструктора Уильяма Лемезурье (William LeMessurier) хвалили за хорошую работу, но чуть позже студент-инженер заявил, что это здание (которое теперь называется 601 Lexington) может рухнуть при сильном ветре.

Сварщики кинулись делать экстренные укрепления, а при надвигающемся урагане «Элла» даже обсуждалась возможность эвакуация из прилегающей территории. Но ураган сменил направление и небоскреб оказался в безопасности.

С тех пор в мире высоких зданий появился новый восстребованный инженера — специалист по ветру. По мере того как небоскребы становятся выше, они забираются во все более сильные ветра, и простые технологии производства могут сделать их более уязвимыми. Застройщики начали возводить очень высокие и тонкие здания, вроде 432 Парк-авеню в Нью-Йорке, и они особенно чувствительны к воздушной среде. Когда специалист по ветру вроде Келли смотрит на такое здание, он понимает, что дом парит в воздухе: один его конец прикреплен к земле, а остальная часть раскачивается в ветрах Манхэттена.

Келли является ведущим специалистом в RWDI (Rowan Williams Davies & Irwin Inc.) — одной из лучших в Северной Америке консалтинговых компаний, специализирующихся в ветряной инженерии. Среди клиентов этой компании есть 432 Парк-авеню и 111 57-й Вест Стрит, 438-метровый небоскреб, который будет одним из самых тонких в мире (представьте 30-сантиметровую линейку, стоящую на одном конце и протянутую вверх примерно в два раза больше своей высоты.)

Когда на стадии эскизного проектирования тесты выявляют слишком сильное колебание, что практически всегда происходит со сверхвысокими небоскребами, RWDI предлагает устроить «совещание по планировке». Архитектор, застройщик и инженер едут в штаб-квартиру компании в Гуэлф в Онтарио, чтобы провести день в туннеле для тестирования ветра.

Задача состоит в том, чтобы найти способы, при помощи которых здание сможет, как говорят специалисты, «обмануть ветер». Чтобы поднять самолет, проектировщики крыльев самолета хотят добиться плавного обтекания воздуха; проектировщики же зданий хотят разрыхлить ветер, чтобы максимально ослабить его воздействие.

«Бурдж-Халифа» из Дубая, будучи 828-метровым небоскребом, является самым высоким рукотворным сооружением в мире. Он ассиметричен и разворачивается сверху вниз группой ступенек, словно расширяющаяся винтовая лестница. Эффект бокового ветра зависит от ширины здания, и на каждом уровне «Бурдж-Халифа» ветер попадает в разную частоту: сбитый с толку и раздраженный, словно маленький ребенок, яростно толкающий качели, которые не хотят качаться.

Другим любимым средством для обмана ветра, которое можно увидеть у многих небоскребов, являются срезанные углы, которые гасят турбулентные силы по бокам здания. Пинакли и антенны подвергаются тщательной экспертизе, по своему уровню не уступающей экспертизе яхт регаты «Кубок Америки».

В феврале 2014 года беловолосый уругвайский архитектор Рафаель Виньоли (Rafael Viñoly) выступил с лекцией, посвященной 432 Парк-авеню. Высокое здание может быть в высшей степени безопасным, способным противостоять ураганам и землетрясениям, но никакое количество укреплений его каркаса из стали и цемента не сможет заставить его стоять неподвижно.

Среди инженерных инструментов, уменьшающих колебания высоких зданий, есть так называемые «инерционные демпферы». Демпфер работает как маятник, но колеблется с естественной резонансной частотой здания. Когда небоскреб начинает кренится в одну сторону, мятниковый демпфер тянет его обратно, тем самым синхронизируя и стабилизируя его.

Небоскреб Тайбэй 101, высотой 509,2 м, оборудован таким шаром-маятником весом в 728 тонн, работающим еще и в качестве туристической достопримечательности. Со смотровой площадки кажется, что шар раскачивается от сильного ветра, но на самом деле, туристы находящиеся в здании тоже подвержены колебаниям.

Очень высокие здания — это недавнее изобретение. «А у нас есть врожденное представление, что здание, в которое мы заходим, останется неподвижным. Нас пугает, когда оно движется», — объясняет Мелисса Бертон (Melissa Burton), директор по глобальному развитию городских зданий в BMT Fluid Mechanics. Если Вы решите жить на уровне облаков в комфортной обстановке, ир Вы должны знать, что избежать воздействия ветра никогда не получится. Стены и все, что внутри, всегда будут в движении. Большую часть времени вы не будете этого замечать. Но когда-нибудь придет ураган, ветер взбунтуется, и вы его почувствуете.

Гарет Кук — лауреат Пулитцеровской премии.

Комментарии

Нет комментариев к данной статье.

Комментарии

Поля обозначенные как * требуются обязательно. Перед постингом всегда делайте просмотр своего комментария.