במרוץ לגעת בעננים, מהנדסים מבניים מתמודדים עם קידוד בלתי נראה: תנועה. a Skyscraper הוא ביסודו של דבר ארוך, מזחלות מעוגן אל הקרקע, דחף כל הזמן על ידי רוח ומזועזעת מפעילות סיסמית', בעוד שעומסי כבידה הם גישה נוחה יחסית, דינמית לאחר מכן יש מגבלות מורכבות שיכולה להפוך בניין ללא הרף לפני שכישלון מבני מתרחש, אך ורק על פני השטח, הוא נכנס לכדי להבטיח התמוטטות מוחלטת, אך ורק על פני השטח, אך ורק על פני השטח, אך ורק על פני השטח, אך ורק על פני השטח, אך ורק על פני השטח החריף, אך ורק על פני השטח, תוך התמוטטות מוחלטת, תוך התמוטטות מוחלטת, תוך כדי להבטיח, אך ורק על פני השטח, אך ורק על פני השטח, אך ורק על פני השטח, עם זאת, על פני השטח החריף, תוך התמוטטות מוחלטת, אך ורק על פני השטח, על פני השטח החריף, עם זאת, תוך התמוטטות מוחלטת, תוך התמוטטות מוחלטת, עם זאת, הוא, עם זאת, על פני השטח, תוך כדי להבטיח, על פני השטח, תוך התמוטטות מוחלטת, תוך התמוטטות מוחלטת, על פני השטח, תוך כדי כך, על פני השטח, על פני השטח, על פני השטח

זה המקום שבו מנקה המונית (TMD) מופיעה כפתרון אלגנטי.במקום להילחם בתנועה עם קשיחות טהורה, טרנסנדנטלית נכנעת אסטרטגית לזה, באמצעות מסה כבדה מאוד מצופה בדיוק כדי למנוע את המסלול הטבעי של הבניין. טכנולוגיה זו שינתה ביסודו את העיצוב של מבנים על-טבעיים, המאפשרת לאדריכלים ליצור צורות דקות יותר אלגנטיות להגיע ללא גבהים יוצאי דופן, או שילוב של מערכת בקרה מלאכותית, אך לא מייצגת רמה מתוחכמת של שליטה פיזית, אלא של מערכת בקרה, אלא רקמתית, אלא רקמת.

הפיזיקה של בניית Sway

כל בניין רוטט בתדרים אופייניים יותר הידועים כתדירות הטבעית שלו.כאשר הרוח זורם מעל בניין גבוה, זה יכול ליצור כוחות מנציחים באמצעות לשפוך אוריט (היווצרות הרגילה של אדיות נודדות בצד הדליפה) אם כוחות אלה מתרחשים בתדר קרוב לתדירות הטבעית של הבניין, המבנה מתחיל לחדש את התחושות הללו, אם הם יכולים לגרום לסלעים גדולים כמו גם לעצימות גדולות.

עבור מגדל משרדים סטנדרטי, האצות שיא מקובלות הן בדרך כלל בטווח של 15 עד 25 מ"ג למרווחי החזרה (למשל, אירוע רוח של 10 שנים) עבור מגדלי מגורים, הסף נמוך, בערך 10 עד 15 מ"ג, כי התושבים רגישים יותר להילוך בסביבה שקטה יותר.

מכווננים המוניים פורצים את המחזור הזה על ידי הוספת מסה קטנה יחסית (בדרך כלל 0.25% ל-1% מהמשקל הכולל של הבניין) המתורגמת בחוכמה לעבור בניגוד למבנה.התנועה מחוץ לפזורה מבטלת חלק משמעותי של האנרגיה הקינטית שהוזרקת על ידי הרוח, מגדילה באופן דרסטי את היחס הלח היעיל של המערכת מבלי לדרוש עלייה מסיבית בחומר מבני.

תגית: Tuned Mass Damper

העיקרון המרכזי של TMD מבוסס על resonance and Energy transfer.The moister נועד להיות תדר טבעי כי הוא מתאים מאוד לתדירות הראשי של הבניין.כאשר הבניין מתחיל להתבודד בגלל הרוח, TMD מתחיל גם להתחיל לדמם את מערכת נגד אנרגיה למעשה, כי TMD מחובר למבנה באמצעות שילוב של מעיינות ומול, מגביר את הכיוון של זה, לעומת זאת, מתפתח ביעילות נגד המערכת נגד לחץ על פני זרם בכיוון של לחץ.

האנרגיה מופקת מהתנועה של הבניין ומועברת ל- TMD, שם היא מתפוררת כמו חום דרך לחי הלב של ה- סקופ.תהליך זה יעיל להפליא.- TMD פסיבי מלומד היטב יכול להפחית את האצות הבנייה ב-30% עד 50%.

המונחים: Mass Dampers

הפסיבי TMDs הם הסוג הנפוץ ביותר בשל האמינות הטבוע שלהם.הם דורשים מקור כוח חיצוני ופועלים באופן מכני על בסיס המאפיינים הפיזיים שלהם.המסה בדרך כלל מושעה על ידי כבלים (סוג של pendulum) או נתמך על גבי מובלות רולר ואביבים (סוג רנסמלינציה) הכוונון נקבע במהלך הבנייה.ה היתרון העיקרי הוא אמינות ותחזוקה נמוכה.ה היא לעתים קרובות משמעותית הדוגמה הטבעית ביותר היא 101D.

Active Tuned Mass Dampers

עבור מבנים עם קריטריונים מאוד תנועה הדוק, או שבו תדירות מבנית עשוי להשתנות עקב אלמנטים לא מבנים או שינוי דיקור, מערכות פעיל משמשים. פעיל TMD (ATMD) משלב חיישנים, בקר מחשב, ופועלים (hydraulic או סרבו-אלקטרי) החיישנים לזהות תנועה בזמן אמת, ואת פקודות בקר את הפעולות כדי להעביר את המסה בדיוק מאפשר את זה כדי להשיג יעילות מכנית, אך דורש שימוש משמעותי יותר.

מערכות היברידיות ובינוניות

מערכות היברידיות משלבות מסה פסיבית עם מערכת בקרה פעילה לשיפור הביצועים במהלך אירועים קיצוניים.מערכות סמי-אקטיביות הן שדה מבטיח מאוד.הם משתמשים במסה פסיבית אבל משלבים מכשירים (כמו לחי מגנטים) שיכולים לשנות את הנוקשות שלהם או לחות מאפיינים בזמן אמת עם קלט חשמל נמוך מאוד.זה מציע את האמינות של מערכות פסיביות עם יכולת הסתגלות של מערכות פעילות.

הנדסה הפין: מפתח

העיצוב של TMD הוא משימה הנדסית גבוהה בהשתתפות מספר תת-מערכות נפרדות.

ההמונים

המסה מורכבת בדרך כלל פלדה, בטון, או שילוב של שניהם. Steel מספק צפיפות גבוהה, המאפשר מסה קומפקטית. Concrete הוא זול יותר אבל דורש נפח יותר.במקרים מסוימים, צנצפים מובילים או צפופים מוסיפים כדי להגדיל את המשקל ללא גודל גדל.המסה לעתים קרובות מתפצל בלוקים מרובים עבור בנייה קלה ותחזוקה. לדוגמה, 101 לחיפט הוא שטח פלדה רב שכבתי, בעוד שהמסה היא בצורת מסיבית פלדה בצורת מסיבית פלדה.

מערכת שיקום (Springs/Pendulum)

זה מספק את הכוח השחזור אשר מושך את המסה בחזרה למצב המרכז שלה.מערכות Pendulum אלגנטיות כי יש להם באופן טבעי תקופה ארוכה (תדירות נמוכה) מתאים עבור גורדי שחקים גבוהים.מערכות תרגום משתמשות בקפיצים כבדים או מעיינות אוויר.הבחירה תלויה בתדירות הטבעית המועדפת ומרחב זמין.אורך העטוע קובע את התקופה הטבעית; פני השטח ארוך יותר פירושו תדירות נמוכה יותר.

The Dampers

אלה הם המכשירים של פירוק אנרגיה.לפנים הידרוקוליים הם העורקים העבודה.הם מורכבים מ piston נעים דרך נוזל מולקווס (לעתים קרובות שמן סיליקון) ההתנגדות היא פרופורציה למהירות, המרת אנרגיה קינטית לתוך חום.

מערכות בקרה ובטיחות

מערכות פעילות אקטיבית ושבריריות דורשות לוגיקה שליטה מתוחכמת (מדנים, GPS, גירוסקופים) למדוד את תנועת הבנייה.מחשב מעבד את הנתונים האלה ושולח פקודות למבצעים.מערכות בטיחות כוללות עצירות, סופגני הלם ומערכות גומלין הידראוליות שיכולות לנעול את המקום המסה במהלך אירועים נדירים, אולטרה-מנטליים-גבוהים ביותר, שבו הלח יכול להגיע לגבולות מכניים שלה.

דיסינג TMDs מ- Distributed Damping

חשוב להבהיר כי לא כל בניין גבוה משתמש יחיד מסיבי TMD. רבים גורדי שחקים, במיוחד המגדל ג'ון הנוק בבוסטון ומגדלי מרכז הסחר העולמי המקורי, להשתמש במערכות לחות מבוזרות.מגדל ג'ון הנקוק, נוטה מפורסם לפסד בעייתי ושבר זכוכית, היה נסוג עם לחצנים מולטי חדור בתוך המסגרת המבנית אלה הם מתפשטים, מתפשטים בכל גובה קטן יותר, או מתואם, בכל מקום העבודה הקטנה.

TMD הוא מרכיב מסיבי יחיד (או כפול) הממוקם בחלק העליון של הבניין. Distributed לחצנים (שולטי קיר מולקולי, מחצני קיר קלינג-res מאומנים) הם אלמנטים מבניים עצמם. היתרון של TMD הוא כי זה יכול להיות מתקן בולט שאינו דורש שילובים לחים בכל מפרק ראשוני.

מחקרים: TMDs in Practice

טיפאי 101: הפנטדום הציבורי

טאיה 101, עומד 509 מטר, הוא ביתם של אולי המחץ ההמוני המפורסם ביותר בעולם. 660-ton פלדה כדור מושעה על ידי שמונה כבלי פלדה מן הרצפה 92nd, תלוי דרך ה 87 עד 91 קומות, אשר פתוחים לציבור כמו סיפון תצפית.הלח משמש מטרה כפולה: צורך מבני וספקט אדריכלי.

המערכת היא פסיבית לחלוטין, כלומר אין לה שליטה במחשב.אמינותה מכנית בלבד.המסה כל כך כבדה שהיא דורשת מבנה תמיכה פלדה מורכב שיכול להתמודד עם כוחות התגובה הענקיים.הצלחתה של TMD של טאייפה 101 הפכה אותה לאיקון עולמי והדגימה את העוצמה של חישה, בקנה מידה גדול בדמיון הציבורי.

מגדל שנחאי: The Electroמגנט Wonder

המגדל בשנחאי 632 מטר משתמש 1,000 טון פעיל אלקטרומגנטי ממוגן לחות, הגדול מסוגו.בניגוד לסלע של טאיה 101, המסה נעה על מסלול מגנטי אופקי. אדדי זרמים המושרה על ידי מגנטים גבוהים סטרנגים לספק את הכוח לחות, שיטה ללא מגע שמפחיתה ללבוש מכני ורעש.המערכת נשלטת באופן פעיל על ידי מחשבים להגיב עומסים על ידי רוחות שזוהו על ידי חיישנים על ידי הבניין.

צורת התפנית של המגדל היא עצמה אסטרטגיה של הקטנת רוח, שנועדה להפחית את הסגנית של 24%.ה- TMD הוא שכבת ההגנה הסופית, חלקה את ההצעה הנותרים.המערכת כולה היא פלא של מפטטרוניקה, שילוב הנדסה מבנית עם תורת בקרה מתקדמת ומדע חומרים.הלחים שוכנו בקומות המכאניות של המגדל, האסטרטגיות כדי למקסם את המבנים שלהם.

מרכז סיטי-סיטיג'י: The Secret Fix

מרכז ה-59 קומות סיטי קבוצתי במנהטן יש היסטוריה האגדית והזהירה של הבניין יש בסיס ייחודי, יושב על ארבעה עמודים של תשע קומות.ניתוח שלאחר בנייה גילה כי הבניין פגיע לכיוונים מסוימים של רוחות רוח, במיוחד ברבע רוחות, אשר יכול לרסן את המפרקים המכריעים של קמוצים.מהנדסים עמדו בפני משבר.

הלחי נשמר בסוד במשך שנים כדי להימנע מלעשות פאניקה.זהו מערכת פסיבית, אבל ההתקנה שלה הייתה פעולה עדינה הדורשת חיזוק מבני של הקומות המכאניות.סיפור מרכז סיטי הקבוצה מדגיש שימוש ייחודי של TMDs: כפתרון רטרופיט לתקן פגם עיצוב.זה עומד כשיעור חזק בהנדסת מבנים וחדשנות.מערכת זו הפחיתה את המסלול של הבניין ב-50%.

חידושים ב Damping: Beyond the Pendulum

תחום השליטה המבנית מתפתח כל הזמן.בעוד ש- TMD המסורתי הוא יעיל מאוד, חידושים חדשים יותר מרחיבים את מה שאפשר.

קידודים נוזליים (TLDs)

עבור מבנים שבהם מסה מוצקה גדולה היא לא מעשית, TLDs להשתמש מים בטנקים גדולים.אפקט החיתוך של המים פועל כמו לחבית. תדירות ההשמצה הטבעית של המים מכוונן לתדירות הבניין על ידי התאמת הממדים והעומק במים. TLDs ניתן לשלב לתוך מערכת אחסון המים של הבניין, מה שהופך אותם מאוד יעילים.

דמים החוצה

זהו אחד ההחידושים המשמעותיים ביותר לאחרונה.במקום מסה כבדה אחת בראש, לחבק החוצה משלבים את לחיפי ה-Botcous לתוך ה- trusses המאחדים את הליבה המרכזית לעמודות היקפיות. כמו אבני הבניין, את המדפים החוצה לדחוף או למשוך את החטים, סופג אנרגיה.זה מפיץ את הלחים לאורך הגובה, גדל והולך את יעילותם המבנית ומהירותם של המגדל הראשי של המגדלים.

Tuned Mass Damper Inverters (TMDI)

TMDI הוא התפתחות תיאורטית וניסויית המחברת את המסה המכוננת אלמנט לא-פרטי (גלגל זבוב) המגביר את המסה האפקטיבית של המערכת.זה מאפשר מסה קטנה פיזית להשיג את אותה אפקט לחות, שחרור שטח קומה יקר בחלק העליון של הבניין.

התפקיד האסטרטגי של TMDs בעיצוב בר קיימא

השימוש ב- TMD יש השפעה ישירה על פרופיל קיימות של בניין.בניה קוד (כמו קוד הבניין הבינלאומי) קבע דרישות מבניות מינימליות, אך עיצוב מבוסס ביצועים מאפשר למהנדסים לייעל את המבנה.על ידי שילוב של TMD, מהנדסים יכולים לעצב את המערכת המבנית העיקרית (core, עמודות, יסודות) להיות קלים וגמישים יותר.

ייצור קונקרט ופלדה הם מקורות עיקריים של פליטות CO2.הפחתה של אפילו 10% עד 15% במבנה המבני יכולה לזרז את העלות של TMD פעמים רבות, הן מבחינה כלכלית וסביבתית. יתר על כן, בניין קל יותר דורש יסודות קטנים יותר, צמצום החפירה ובזבוז הבטון. בהקשר זה, TMD אינו רק מכשיר בטיחותי; הוא כלי ליעילות סביבתית, המאפשרת גבוהה יותר, רזה יותר, בניינים ירוקים, ירוקים יותר, ירוקה יותר, ירוקה יותר, ירוקה יותר.

אתגרים ומגמות עתידיות

בעוד TMDs הם כלים חזקים, הם לא ללא אתגרים.הכוונון של TMD פסיבי קבוע, אבל תדירות טבעית של בניין יכול להשתנות לאורך זמן בשל שינויים בדבקות, התאמות בולט, או אפילו תוכן לחות בטון.אם הבניין מאבד את הכוונון שלו, המדיטציה הטרנסנדנטלית הופכת פחות יעילה.

עלות המדיטציה הטרנסנדנטלית עצמה משמעותית – החלת אל תוך מיליוני המגדל העל-טבעי.עם זאת, יש לשקול זאת כנגד החיסכון המבני שהוא מאפשר לחלל היא עוד פרמיה: הרצפה המכנית הנדרשת לבית ה- TMD עשויה להיות מרחב יקר-ערך להשכרה. מגמות עתידיות מצביעות לעבר מערכות חד-עוצמה, קומפקטיות ומתאימות מאוד.

מסקנה

מן המרחב המוזהב של טאיה 101 לגאונות האלקטרומגנטית של מגדל שנחאי ואת רטרופיטה הסודית של מרכז סיטי הקבוצה, מכוונן כילנים המוניים מגלמים שינוי יסודי בפילוסופיה הנדסית. במקום לנסות לעמוד נוקשה נגד כוחות הטבע העצום, גורדי שחקים מודרניים נועדו לרכוב על הסערה עם החסד מחושב.

בעוד ערים לדחוף גבוה יותר ואדריכלים עיצוב נועז יותר, צורות סלנדר יותר, התפקיד של מלת ההמונים המטורף רק להגדיל.זה צוואה של חוסר יכולת של מהנדסים מבניים כי הדרך היעילה ביותר לייצב ענק הוא עם ענק גדול עטווט, מתנדנד בשקט בחושך.העתיד של ערים אנכיות תלוי ביכולת שלנו לשלוט בתנועה, ואת המולטה המונית לחב את הכלי הכי אלגנטי הוא הכלי הזה מתמשך הנדסה.