Как проектируют небоскребы на примере Taipei 101
Азия поднимается. Люди становятся богаче. В городах идет строительный бум, какого не знала история. С каждым годом дома становятся все больше и все выше. В Азии уже есть полдюжины зданий выше, чем Empire State Building. И строятся новые.
Добро пожаловать на Тайвань, Тайпей. Здесь можно побывать в древних храмах, можно наблюдать утренние ритуалы, которые сегодня проходят так же, как и много веков назад. Но сейчас здесь можно посмотреть и на самое высокое здание мира. Его архитектура представляет собой странную смесь древности и современности. Это поразительное здание на 125 метров выше Empire State Building. Это первый небоскреб поднявшийся выше 500 метров! Тайбэй 101 (Taipei 101).
Но у строительного бума в Азии есть проблема. Тайфуны и землетрясения угрожают высоким зданиям. Так как же можно строить все более высокие здания и нейтрализовать эти пугающие природные явления? Как это сделано?
Проблему решили в Торонто, Канаде. Торонто может похвастаться самым высоким самостоятельно стоящим сооружением – башней CN высотой 553 метра. И тут расположен центр экспертов по небоскребу. Эти люди крупнейшие разработчики высотных зданий и они сразу поняли, что строительство самого высокого сооружения в мире в Тайпее будет серьезной проблемой. Они поставили перед собой трудную задачу, там несколько раз в году бывают тайфуны, проблема серьезная.
Единственный способ проверить есть ли у такого высокого здания надежда пережить тайфун – это испытать его в аэродинамической трубе. Для этого изготавливается очень точная модель проектируемой башни в уменьшенном размере. Даже небольшой архитектурный элемент может быть источником риска, так что повторять приходится все. Следующая проблема — как измерять нагрузки, которые во время сильных ветров будут передаваться от здания на фундамент. Здание изгибается, оно раскачивается взад-вперед по направлению ветра. А есть еще боковой ветер, так что получается, что башня будет вращаться по кругу.
Тысячи датчиков закреплены на макете, чтобы измерить нагрузку на фундамент. Дам позволяет инженерам видеть воздушные вихри, которые создает башня. Но мало проверить один небоскреб. Окружающие здания также могут создать необычные воздушные потоки вокруг проектируемой башни, так что все эти здания надо воспроизвести в полистироле.
Данные по Taipei 101 показали, что углы нужно стесать или затупить, придав им форму буквы М, чтобы снизить аэродинамическое сопротивление.
Фундамент также нужно было усилить. После таких модификаций раскачивание башни при сильном ветре значительно снизилось бы. Но этого было бы мало. При росте в 500 метров, любое движение может тревожить. На высших уровнях расположена зона развлечений: ресторан, бар. И дважды в год в этом регионе достаточно регулярно бывают такие ветра, что уровень ускорения на этих этажах может стать таким, что люди будут его замечать, и даже испытывать тошноту.
Необходимо было нечто новое, радикальное. Создатели Taipei 101 решили создать внутри башни гигантский противовес. Поразительный цельный стальной шар весом в 660 тонн. Его ширина 6 метров, больше двух авиалайнеров. И он подвешен с 96 этажа на восьми тросах. Это резонансный амортизирующий груз, но по сути, это громадный противовес. И он должен быть огромным, потому что сам небоскреб огромен. Он превращает всю 500 метровую башню в перевернутый маятник. Когда ветер усиливается и башня начинает отклонятся в одну сторону, массивный шар отклоняется в противоположную сторону, и здание остается почти неподвижным.
Разработчики проверили теорию с помощью компьютерных моделей. Даже во время ветров тайфунной силы амортизирующий груз успешно стабилизировал башню. Казалось бы, включение такого неуклюжего металлического шара должно было испортить вид этого прекрасного здания, но архитекторы решили сделать его центральной частью обзорной галереи на 88 этаже. Архитектор оказался на высоте, резонансный амортизирующий груз – это не постыдный секрет, который хотят скрыть от всех, его установили прямо там, где все сидят и едят, и люди могут наблюдать, как резонансный амортизирующий груз двигается.
Они превратили груз в отдельную достопримечательность для туристов, и покрасили в золотой цвет – это цвет удачи. Но до удара тайфуна никто не мог бы полностью быть уверенным, что груз будет работать. Шар двигался, но внутри здания ничего не ощущалось, потому что амортизатор казался очень эффективным.
Хитроумное решение типа массивного противовеса Taipei 101 помогают строить более высокие, надежные и интересные здания. Когда речь идет о небоскребах, то они действительно могут подниматься все выше в небо
