Современите згради повеќе не се борат против силите на природата – тие учат да живеат со нив

Кога гледаме облакодер висок 300 или 500 метри, најчесто мислиме дека неговата најголема сила е цврстината. Но современото градежништво одамна откри дека најбезбедните објекти не се оние што се најкрути, туку оние што знаат да се движат.

Во инженерството постои едно правило што денес го потврдуваат најголемите светски конструктивни инженери: зградата не смее да биде премногу крута, затоа што токму крутите конструкции најлесно ја пренесуваат целата енергија од земјотресот или силниот ветер врз самата конструкција.

Затоа денес архитектите и градежните инженери не проектираат „неподвижни“ згради.

Тие проектираат еластични згради.

Зошто зградите мора да се движат?

Секоја висока зграда природно осцилира.

Дури и кога нема земјотрес, ветерот предизвикува микропоместувања кои човечкото око речиси не ги забележува.

Кај облакодери повисоки од 300 метри, врвот може да се помести и повеќе од еден метар при силни ветрови, без тоа да претставува опасност за конструкцијата. Целта е движењето да биде контролирано, а не хаотично.

Токму затоа современото инженерство повеќе не се обидува целосно да ги елиминира движењата.

Напротив.

Ги контролира.

Еластичноста започнува уште во темелите

Една од најголемите револуции во сеизмичкото инженерство е таканаречената сеизмичка изолација на темелите (Base Isolation).

Наместо зградата цврсто да биде поврзана со земјата, помеѓу темелите и конструкцијата се поставуваат специјални гумено-челични лежишта, фрикциони изолатори или системи со лизгачки механизми.

При земјотрес, земјата се движи.

Но зградата не ја следи веднаш.

Изолаторите ја апсорбираат голем дел од енергијата и значително го намалуваат преносот на сили кон конструкцијата. Овој принцип денес се користи кај болници, музеи, аеродроми и други објекти од критично значење.

Амортизери – како кај автомобилите

Дури и најцврстата конструкција создава вибрации.

Поради тоа во современите облакодери се вградуваат вискозни амортизери, челични дампери и други системи кои ја претвораат кинетичката енергија во топлина.

Тие функционираат речиси идентично како амортизерите кај автомобилите.

Кога конструкцијата почнува да осцилира, амортизерите го намалуваат интензитетот на движењето и го прават помазно и побезбедно.

Џиновското нишало на врвот

Еден од најфасцинантните инженерски изуми е Tuned Mass Damper (TMD).

Тоа е огромна челична маса поставена во најгорниот дел на зградата.

Кај некои облакодери тежи и повеќе од 600 до 700 тони.

Кога зградата се движи во една насока, масата намерно се движи во спротивната, намалувајќи ги вибрациите.

Практично, зградата и нишалото „се борат“ едно против друго додека не ја смират конструкцијата.

Современите истражувања покажуваат дека овие системи значително ги намалуваат осцилациите предизвикани од ветер и земјотреси, а денес се развиваат и уште поефикасни системи со inerter технологија.

Челикот денес не смее да биде премногу тврд

Во минатото инженерите се стремеле кон што поцврсти конструкции.

Денес се користат висококвалитетни конструктивни челици кои можат контролирано да се деформираат без да пукнат.

Ова својство се нарекува дуктилност.

Во случај на силен земјотрес, конструкцијата може да се свитка, но не и да колабира.

Токму затоа современите сеизмички прописи ширум светот инсистираат зградите да имаат способност за контролирана пластична деформација.

Архитектурата и инженерството работат заедно

Познатиот инженер Бил Бејкер, автор на конструктивниот систем на највисоката зграда во светот – Burj Khalifa, често нагласува дека формата никогаш не е само естетика.

Таа директно влијае врз стабилноста.

Затоа современите облакодери ретко се целосно рамни или совршено симетрични.

Нивната форма намерно го нарушува струењето на ветерот, со што се намалуваат аеродинамичките вибрации.

Сличен пристап применуваше и легендарниот конструктивен инженер Лесли Робертсон, кој беше еден од пионерите во развојот на високите згради отпорни на екстремни оптоварувања. Неговата филозофија беше дека конструкцијата мора да биде „флексибилна, но предвидлива“ – доволно еластична за да ја апсорбира енергијата, но доволно стабилна за да ја задржи својата носивост.

Компјутерите денес „создаваат“ земјотреси

Пред изградбата на секој облакодер, инженерите прават илјадници компјутерски симулации.

Се анализираат различни магнитуди на земјотреси, или на ветер, резонантни фреквенции, температурни деформации, долгорочен замор на материјалите.

Со помош на finite element analysis (FEA), секој конструктивен елемент се пресметува до најмал детал, што овозможува оптимален баланс меѓу безбедност, еластичност и економичност.

Може ли зградата да се ниша без луѓето да почувствуваат?

Да.

Тоа е една од најважните цели на современото инженерство.

Дури и кога конструкцијата се поместува неколку десетици сантиметри, системите за амортизација и масени дампери го намалуваат чувството на нишање кај луѓето.

Затоа денес е можно да се живее или работи на педесеттиот или стотиот кат без непријатно чувство, иако зградата постојано реагира на ветерот.

Иднината е во „паметните“ конструкции

Следната генерација еластични згради нема само пасивно да реагира.

Таа ќе размислува.

Во развој се активни и полуактивни системи за контрола на вибрациите, кои со помош на сензори, вештачка интелигенција и автоматизирани актуатори ќе ја анализираат состојбата на конструкцијата во реално време и ќе го приспособуваат однесувањето на зградата на секој земјотрес или налет на ветер. Истражувањата во оваа област покажуваат дека ваквите технологии можат дополнително да ја подобрат сеизмичката отпорност и удобноста на високите објекти.

Новата дефиниција на цврстината

Во архитектурата долго време се веруваше дека силата значи неподвижност. Современото градежништво докажа нешто сосема спротивно. Најбезбедните згради не се оние што одбиваат да се поместат. Туку оние што знаат како да се движат. Затоа денешните облакодери не ја победуваат природата со сила.

Тие ја победуваат со интелигенција.