Table of Contents

מה הם עבריינים המוני דמדומים?

לחות המונית מחוונן (TMD) היא מערכת מכנית פסיבית שנועדה לשלוט ברטטים במבנים.זה מורכב מסה גדולה - באופן חד-משמעי גוש בטון או פלדה במשקל בכל מקום מכמה טון עד 1000 טון - המועלה ליד ראש הבניין.המסה זו קשורה למבנה באמצעות מעיינות, נושאי, ומחבטים הקדמיים המאפשרים לו לנוע מאוחר יותר יחסית למבנה.

הרעיון של כיאות המסה מכוונן חוזר בתחילת המאה ה-20, החל לראשונה על ספינות ומאוחר יותר מותאם לבניינים גבוהים. יישום מוקדם השתמש בהתקנים פשוטים דמויי פרוטום, אבל מודרני TMDs משלבים אלמנטים הידראוליים או אלקטרומגנטיים כדי לשלוט בפירוק אנרגיה.היום, הם בלתי-אינטגראליים לתכנון של מבנים רבים סופרטאל, המאפשרים לאדריכלים לבנות גבוה יותר תוך שמירה על נוחות מבנית ושלמות מבנית.

סוגי סכרים של Tuned Mass Dampers

בעוד העיקרון הבסיסי נשאר זהה, מהנדסים פיתחו כמה תצורה כדי להתאים את תנאי הבנייה השונים של הגיאומטריה והטעינה:

  • (FLT:0)Pendulum TMDs:FreaLT:1) מסה שהושעה על ידי כבלים או מוטות, נדנדה כמו עטוlum.מגדל שנחאי משתמש 1,000 טון אלקטרו-אלקטרומגנטי לחטווט אשר מתנגד לסיבוב על ידי מעבר של שלב. עיצוב זה הוא פשוט ודורש שטח קומה מינימלי.
  • (FLT:0) ,Sliding TMDs:FLT:1 A Mass on rollers או דל-פריון נושאים כי להחליק אופקית על מסלול.The Tai 101 לחר, למשל, הוא כדור פלדה 660-ton מנוחה על מערכת המכילה הידראולי המאפשרת לו להחליק עד 1.5 מטרים בכל כיוון.
  • (FLT:0) דמים נוזליים (TLCDs): TLFLT:1 במקום מסה מוצקה, צינור בצורת U מלא מים או נוזל אחר.הנוזלים חוזרים הלוך ושוב, מתפזר אנרגיה באמצעות חיכוך מושרה אורה. TLCD משמשים בדרך כלל בשילוב עם מערכות לחות אחרות במבנים כמו Burj Khalaifa.
  • (FLT:0) , Tuned Mass Dampers: FIRLT:1) מערכת היברידית המשתמשת בחיישנים ומבצעים לדחוף באופן פעיל את המסה בכיוון האופטימלי, מתן שליטה גדולה יותר מאשר עיצובים פסיביים טהורים.

לכל סוג יש החלפה במחיר, תחזוקה, דרישות חלל ואפקטיביות בתדרי רוח שונים.מהנדסים בוחרים את המערכת המתאימה בהתבסס על גובה הבניין, הפצה המונית ואקלים הרוח המקומי.

כיצד TMDs להפחית את בניית Swings: פיזיקה והנדסה

כדי להבין מדוע TMDs הם כל כך יעילים, זה עוזר לשקול את הדינמיקה של בניין גבוה תחת עומס רוח. a skyscraper פועל כמו עטווט בלתי מופרע: רוח דוחפת את העליון אופקית, ואת גמישות הבניין גורם לו לנוע לאחור הלוך ושוב בתדירות הטבעית שלו.

מדיטציה טרנסנדנדנד מוסיפה למעשה מערכת דגימה המונית שנייה למבנה, יצירת אוסטרטור בן זוג. כאשר הבניין sways בתדירות הטבעית שלו, oscillates TMD ב resonance אבל עם 90 מעלות או 180 מעלות שלב מדרגה lag, בהתאם לכוונון יעיל יותר (בדרך כלל 0.5% ל-2% מכלל המסהות), זה לעתים קרובות יותר מ-1% למגרשים, בדרך כלל, כלומר, ירידה של אנרגיה מתקדמת יותר, בדרך כלל, לעומת זאת, ירידה של ירידה של ירידה של כוח מגנטיתולעתית, באופן כללי, כלומר, ירידה של 5% באופן כללי יותר יעילה יותר.

תדירות Tuning ו- Off-Tuning Effects

ביצועים אופטיים דורשים את TMD להיות מכוון בדיוק לתדירות הבסיסית של הבניין.תדירות זו משתנה מעט עם טמפרטורה, לחות, ואפילו דיקור, כך מהנדסים מעצבים מדיטציה טרנסנדנדנדנדנדנדנדנדנדנדנדנדנדנד עם כמה הסתגלות - או על ידי הוספת או הסרת כדוריות, או על ידי שינוי הנוקשות של המעיין.

גורם קריטי נוסף הוא היחס ההמוני בין TMD לבין הבניין.המונים הטרנסנדנטליים גדולים יותר מספקים יותר לחות אבל גם דורש יותר מרחב וחיזוק מבני.בדרך כלל, יחס המוני של 0.5% ל-2% להניבות אופטימליות עבור תנועות הנגרמות רוח ללא עלות מופרזת. לדוגמה, 660-ton TMD בטייפה יש יחס המוני של כ-0.57%, אשר נבחר על בסיס מנהרה על בסיס בדיקות רוח כדי להשיג ירידה של 40%.

היתרונות העיקריים של Tuned Mass Dampers

מעבר להפחתה הברורה בבניית sway, TMDs מציעים מספר יתרונות הנדסיים וכלכליים שהופכים אותם לפתרון מועדף לבניית העל-יסוד.

נוחות מוגברת

התפיסה האנושית של תנועה רגישה: האצות מעל 5 עד 10 מילי-ג (0.5% ל-1% מכוח הכבידה) יכולות לגרום לאי נוחות, חרדה או מחלת תנועה. בניינים גבוהים ברוח גבוהה יכולים בקלות לעלות על סף אלה.מדיטציה לשמור האצות היטב בתוך גבולות מקובלים. לדוגמה, כאשר טיפון סודור פגע טאייפה בשנת 2015, ה- 101 TMD מופחתת רצפה שיא על ידי כ-40%, שמירה על הדיירים נוח בעוד מבנים חמורים אחרים מנוסים ישירות.

בטיחות מבנית והתנגדות שומנית

חזר על ציר הרוח המושרה יכול לגרום נזקי עייפות מצטברים פלדה מבנית וקונקרקט, במיוחד במפרקים ובקשרים מחוסנים.על ידי צמצום מספר המחזורים בלחץ גבוה, TMDs להאריך את חיי השירות של הבניין ולהפחית את הסבירות של כישלון מתפתל.זה חשוב במיוחד עבור מבנים בהוריקן או אזורי הקלדון-פרון כמו החוף הדרומי של דרום סין או הקאריביים.

עיצוב Flexibility

ללא TMDs, גובה הבניין מוגבל על ידי התדר הטבעי שלו ולחות. כמו בניינים להיות גבוה יותר, הם הופכים גמישים יותר רגישים לקליטת רוח.מדיטציה לתת אדריכלים ומהנדסים מבניים את החופש לדחוף גבהים הרבה מעבר למה יהיה אפשרי עם לחטב לבד. לדוגמה, מגדל שנחאי (632 מ') משתמש 1,000 טון מדיטציה כדי לשמור על ביצועים מקובלים; ללא המגדל הנדרש, יש צורך באופן משמעותי יותר, תוספת שטח.

יתר על כן, TMDs לאפשר צורות אדריכליות נועזות יותר - כגון מעוות, מרוקנת, או צורות סימטריות - אשר אחרת יסבלו מעומס רוח בעייתי.פרופיל הזחל של המגדל 432 פארק בניו יורק נעשה ניתן להרגל חלקית בשל מערכת ההלחות המטורפת שלו, הכולל אלמנטים דמויי TMD-like.

עלויות היעילות על החיים של הבניין

התקנת עלויות TMD מוסיפה עלויות מראש - באופן חד משמעי 2 מיליון דולר ל 10 מיליון דולר עבור גורדי שחקים גדולים, בהתאם למורכבות ולמסה. עם זאת, עלויות אלה מתבטלות על ידי מספר גורמים. ראשית, TMDs להפחית את צריכת הפלדה המבנית הנדרשת ב -10% עד 15%, כי עומסי רוח נמוכים מאפשרים הפרעות קלות יותר של תחזוקה לטווח ארוך ותיקון הקשורים לעייפות ופגיעה קשה, עלולים להיות גורם משמעותי, במיוחד, כלומר, אם כי משקל גבוה, או ירידה של 50 חודשים, אם כי יש צורך גבוה, ללא ניסיון גבוה, אם כי יש צורך בטמפרטורות גבוהות יותר, או ירידה משמעותית, ללא ניסיון גבוה, אם כי הוא גורם גבוה, ללא ניסיון גבוה יותר, ללא ניסיון גבוה יותר של מחזור חיים נמוך יותר של מחזור חיים נמוך יותר של מחזור חיים נמוך יותר, ללא מאמץ גבוה, לעתים קרובות, ללא מאמץ גבוה, ללא מאמץ גבוה, ללא מאמץ גבוה, ללא ניסיון, ללא שינוי גבוה, ללא שינוי גבוה, ללא שינוי גבוה, ללא שינוי גבוה, ללא שינוי גבוה, ללא מאמץ גבוה, עלול לגרום נזק נפשי, אם כיבית גבוה, לעתים קרובות, ללא שינוי גבוה, ללא שינוי גבוה, לעתים קרובות, ללא שינוי גבוה, ללא שינוי גבוה, ללא שינוי גבוה, ללא שינוי גבוה, אם כי משקל גבוה

דוגמאות ל- TMD-E מאובזר

רבים מהמגדלים הגבוהים בעולם מציגים את התקנות TMD כמערכות פונקציונליות והצהרות ארכיטקטוניות. להלן הם דוגמאות בולטות הממחישות את מגוון היישומים TMD.

טיפי 101 (Taipei, Taiwan)

הושלם בשנת 2004, 101 טאי היה הבניין הגבוה ביותר בעולם עד 2010. 660-metric-ton TMD האיקוני שלה הוא כדור זהב בהיר גלוי למבקרים בסיפון התצפית.ה- TMD מושעה על ידי כבלי פלדה ומשתמש במגרש הידראולי כדי לפזר אנרגיה. במהלך טיפון סודור, התחום עבר עד 1 מטר בכל כיוון, צמצום של טמפרטורות על ידי 40%.

מגדל שנחאי (Shanghai, China)

המגדל בשנחאי 632 מטר כולל את ה-heaviest TMD של העולם: מערכת לחות אלקטרומגנטית 1,000 טון. בניגוד לטיפה 101 של עטוlum פסיבי, TMD זה משתמש לחות עכשווית נשלטת על ידי אלקטרומגנטים, המאפשרת כוונון עדין בזמן אמת.זה יושב בדיור מתוכנן במיוחד 6 קומות בראש המגדל.

מרכז הסחר העולמי (New York City, USA)

ה-541-meter One WTC משתמש בשילוב של מערכות לחות פסיביות ופעילות, כולל מנקה מסיבית שהותקן בקומות המכאניות העליונות - כ-300 טון - יצירות בקונצרט עם הדרים מטורפים כדי להפחית את התוואי הן ברוח והן באירועים סיסמיים.מיקום והגודל של החמצטר היו ממוטבים באמצעות בדיקות נרחבות רוח כדי לטפל בסביבה הייחודית סביב השמיים התחתון של מנהטן.

Burj Khalifa (Dubai, איחוד האמירויות)

בשעה 828 מטרים, Burj Khalifa משתמשת בגישה לחות היברידית.בעוד שאין לה TMD המסורתית, המבנה שלה משלב מספר רב של לחיפי עמודה נוזליים מכוונן (TLCDs) המופץ ברמות שונות. TLCDs אלה משתמשים במים בטנקים בצורת U, אשר oscillate כדי להתמודד עם רוחות קיצוניות של המדבר, ביעילות להפחית את רמות בלתי ניתנות להשגה עבור רמות בלתי ניתנות לעצימות.

מתקנים נוספים

קטן יותר אך עדיין ראוי לציון מתקני TMD קיימים במגדל CN (Toronto), מרכז ג'ון הנקוק (Chicago), ואת גשר המילניום (לונדון) מרכז Citicorp בניו יורק היה מאומץ מוקדם של טכנולוגיית TMD, במקור באמצעות מערכת לחיבית פשוטה פעילה שהותקנה ב-1978 לאחר שהמהנדסים הבינו כי עיצוב העמודה יוצא דופן של הבניין הפך אותו ליותר נוטה לרבע רוחות.

שיקולים ואתגרים

בעוד TMDs הם יעילים מאוד, העיצוב וההתקנה שלהם כרוכים במספר אתגרים הנדסיים שיש לטפל בהם בקפידה.

חלל ואינטגרציה ארכיטקטונית

TMD דורש נפח ברור של שטח - לעתים קרובות כמה סיפורים גבוהים - כדי לאפשר טווח התנועה שלה.בעיצובים של עטווט, המסה חייבת להיות מסוגלת להתנדנד עד 2 מטרים או יותר.מרחב זה לא ניתן להשתמש עבור משרדים או מגורים, כך זה בדרך כלל מוקצה רצפות מכניות, סיפון תצפית, או אזורי גג מבניים.

מבחן מנהרה רוח וכוונון עדיפות

הפרמטרים של TMD של כוונון -מסה, קשיחות, ולחיצות coefficient - חייב להיות נחוש באמצעות בדיקות מנהרה רוח נרחב עם מודלים בקנה מידה בקנה מידה של הבניין וסביבתו. בדיקות אלה מדמות את האקלים הרוח המקומי, כולל אפקטים של מגדלי שכנו וטופוגרפיה.אפילו שגיאה קטנה בכוונון יכול להפחית את יעילות הלחה ב-20% או יותר מהנדסים, גם עבור השינוי של הבניין עקב שינויים המוניים (למשל, לעומת מיכלי מים).

תחזוקה וגמישות

למרות ש-TMDs פסיבי דורשים תחזוקה קצרה יחסית (הפצה של נושאים, בדיקה של כבלים, והחלפת חותמות מדי פעם), הם פועלים ברציפות וחייבים לעמוד במיליוני מחזורים על החיים של הבניין.כישלון עייפות של מעיינות או לחים יכול לעזוב את הבניין ללא דגימה במהלך אירוע רוח, כך גם מחדש אלמנטים לחות ובדיקות שגרתיות הם חיוניים.

עלויות מסחר-Offs

העלות העליונה של TMD יכול לנוע בין 0.1% ל 0.5% מסך העלות של הפרויקט הכולל.עבור מיליארד דולר גורדי שחקים, כלומר 1 ל 5 מיליון דולר, עם זאת, חיסכון בעלויות בחומרים מבניים לעתים קרובות מכבה את זה - לפעמים על ידי כמות שווה או יותר.התועלת הפיננסית נטו תלויה במחירי פלדה ו בטון מקומיים, רמות סיכון רוח, וגובה בנייה.

חלופות ומערכות Complementary

לחצנים המוניים מובנים הם לא הכלי היחיד לניהול תנועה המושרה רוח.מהנדסים משלבים לעיתים קרובות TMDs עם מערכות פסיביות ופעילות אחרות כדי להשיג ביצועים אופטימליים.

סכרים חשמליים

מכשירים מלאים נוזל אלה מתנגדים להצעה על ידי אילץ שמן באמצעות אורות קטנות בלחץ גבוה. הם מותקנים לעתים קרובות בין diaphragms הרצפה (מכופרים היסטוריים) או בליטים חיצוניים.לחים שופכים יכול להיות זול יותר ופחות רגיש בחלל מאשר מרכז TMD, אבל הם רק מספקים לחות מקומית ואינם מנטרקים באופן כללי כמו למעשה על גבי הבניין של הרבה יותר ויותר על ידי מגדלי הרוח.

« « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « «

AMD הוא כמו TMD אבל עם אקטוטור (hydraulic או חשמל) שמניע באופן פעיל את המסה בכיוון האופטימלי המבוסס על קריאות חיישן בזמן אמת. AMDs יכול להשיג יחס לחות גבוה יותר - עד 10% או יותר - אבל הם דורשים כוח, בקרה תוכנה ותחזוקה. הם משמשים במגדלי גבוה מאוד, מזחלות שבו TMDs פסיבי לא יכול לספק הפחתה מספקת.

מערכות DAMD

במקום מסה גדולה אחת, כמה מבנים משתמשים במספר רב של TMDs מפוזרים ברחבי המבנה. גישה זו מתפשטת את העומס ומפחיתה את הצורך קומה מכנית גדולה.לדוגמה, מגדל אייפל היה נסוג במקור עם כמה לחי דחפורים קטנים כדי להפחית את sway הרוח.יותר לאחרונה, מרכז הטכנולוגיה Comcast בן 58 קומות בפילדלפיה משתמש במערכת מבוזרת של מלחים נוזליים (CD) בקומות העליונות, תוך שמירה על הביצועים העליונים.

בסיס Isolation and Seismic Dampers

בעוד בעיקר בשימוש לרעידות אדמה, כמה מערכות בידוד בסיס גם להפחית את התנועה המושרה רוח בחלק העליון של מבנים על ידי decoupling את מבנה העל מתנועת הקרקע. עם זאת, בידוד הבסיס הוא בדרך כלל לא יעיל עבור הרוח בלבד והוא נפוץ יותר באזורים סיסמיים. בפועל, מהנדסים מבניים משלבים מדיטציה TMDs, לחיכים מולקווס, ומבודד מערכות הוליסטיות - לעתים קרובות בתוך אותו עיצוב - לטיפול רוח - הן וגם דרישות רעידת אדמה.

פיתוח עתידי ב- TMD Technology

כאשר מבנים ממשיכים לגדול בגובה ובצלחות, החוקרים חוקרים חוקרים חוקרים חוקרים חוקרים כמה חידושים כדי להפוך את TMDs ליותר יעיל, זול יותר וקל יותר להשתלב.

סמי-אינט וחכם TMDs

(חצי-אקטיבי TMDs להשתמש חיישנים ומיקרו-בקרים כדי להתאים פרמטרים לחות (למשל, על ידי שינוי גודל האוריבי בלחבק מולקו) מבלי לדרוש אספקת חשמל גדולה.מערכות אלה יכולות להגיב לשינוי תנאי הרוח במכלות, שמירה על כוונון אופטימלי אפילו כמו התדירות הטבעית של הבניין.

נמוך-Cost, חומרים בעלי ביצועים גבוהים

מסורתי TMDs להשתמש פלדה או בטון כמו המסה, אבל מהנדסים הם ניסויים עם חומרים עתירי גבוה כמו להוביל או tungsten כדי להשיג את אותה אינרציה בנפח קטן יותר. Lighter חומרים מורכבים עבור מערכת השעיה להפחית את העומס הכולל על הבניין.בינתיים, התקדמות הדפסה 3D עשוי לאפשר עבור ההמונים בצורת מותאם אישית המשלבת באופן מושלם לתוך הבניין, צמצום חומרים אלה יכול להצדיק את עלויות TM 10D2 לא יכול לעשות לפני כן.

מערכות היברידיות עם תאומים דיגיטליים

עם עלייתה של טכנולוגיית תאום אגורה:0 (EfLT:1), מנהלי בניין יכולים ליצור כעת העתקים וירטואליים של TMDs כי סימולציה התנהגותם וחיזוי צרכי תחזוקה.חיישנים על המסה והמבנה להאכיל נתונים למודל שפועל על פלטפורמה מבוססת ענן.התאום הדיגיטלי יכול לזהות סימנים מוקדמים של עונד או כוונון לפני שהם גורמים להידרדרות ביצועים.

שילוב עם התחדשות אנרגיה

כמה חוקרים חוקרים דרכים ללכוד את האנרגיה הקינטית של התנועה TMD ולהפוך אותה לחשמל באמצעות גנרטורים ליניאריים או מכשירים אדזואלקטריים. בעוד שהתפוקה של האנרגיה היא קטנה יחסית לצריכה הכוללת של בניין, היא יכולה לכפות את החיישנים של לחר, מערכות בקרה, או אפילו תאורה ברמה נמוכה בקומות מכניות. כמה מבנים ניסיוניים כבר חטפו את הרעיון הזה, אם כי עדיין אימוץ מסחרי נשאר שנים עקב יעילות.

מסקנה

מכווננים המוניים הוכיחו עצמם ככלי חיוני בארסנל של מהנדס מבני לזרז בנייה המושרה רוחית.היכולת שלהם להפחית באופן דרמטי האצה, עומסים מבניים נמוכים יותר, ולשפר את הנוחות של הדיירים תרמה ישירות למגמה העולמית של מבנים מזחלים אי פעם-עבריים.מנקודת ציון של 101's Pendulum לפלא אלקטרומגנטי של 1,000 טון של מגדל שנחאי, TMD מדגים כיצד מערכת פשוטה יחסית של ג'ס.

ככל שהאוכלוסיות העירוניות צומחות וביקוש הנדל"ן דוחפות את הבנייה בגבהים, החשיבות של TMDs רק תגדל.החידושים העתידיים בשליטה חצי-אקטיבית, חומרים חכמים ואינטגרציה דיגיטלית כדי להפוך את מערכות לחות אלה ליעילות יותר ויעילות יותר.אבל עם ההתקדמות הזו, הפיזיקה הבסיסית נותרה ללא שינוי: מסה מכוונת נעה נגד התנועה של הבניין מציעה אחד הפתרונות האמינות ואלגנטית ביותר לפתרון שיש לו אתגר ראשון.

עבור בעלי בניין, מפתחים ומעצבים, שילוב של TMD אינו רק צורך הנדסי - זוהי השקעה אסטרטגית בארוכות הבניין, יציבות שוק, וחוסן. בין אם בעיר חוף הוריקן או אזור עם סופות רעמים תכופות, מנקה המונית מעוצב היטב מבטיח כי בניינים גבוהים נשארים חזקים ונוחים לדורות הבאים.

(ב) [ה] [ה]] [ה]] [ה]] [ה]] [ה]]] [ה]]] [ה]]], [ה] [ה]]]ההההההההההההתערות [ה] על סמך] [הההההההההההההההההההההההההההההההההההההההההההההההההההההההההההההההההההההההההההההההההההההה[[ה[[ה[[ה[[ה[[ה[[ה[[ה[[ה[[ה[[ה[[ה[[ה[[המאה ה[[ה[[ה[[המאה ה[[המאה]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]],]],]],]],]],]],]], [[ה[[ה[[ה[[ה[[ה[[המאה ה[[ה[[ה[[ה[[ה[[ה[[ה[[ה[[ה