ابتكار هندسي فريد يتيح لناطحات السحاب حماية نفسها ذاتياً من الزلازل والرياح

مع ازدياد عدد سكان المدن عالمياً، أصبح تصميم المباني الشاهقة الآمنة والمتينة عنصراً أساسياً في إنشاء بنية تحتية حضرية مستدامة. وتمثل الرياح العاتية والزلازل خطورة على المباني الشاهقة، وتوفر هذه المباني وسائل حماية ضد هذه المخاطر منها وسائل التخميد التي تحمي المباني الشاهقة من الاهتزازات الناتجة عن الرياح والزلازل، وتعتمد وسائل التخميد على مخمد له كتلة، كما في برج تايبيه، أحد أطول الأبراج في العالم.

ويتكون المخمد في برج تايبيه من كرة فولاذية عملاقة تزن 660 طناً معلقة بباطن الطوابق العليا لتعمل كبندول عكسي يمتص الطاقة الحركية الناتجة عن الرياح. وفي تصريح خاص للجزيرة نت، يقول الدكتور ميغيل مارتينيز بانيدا، من قسم الهندسة المدنية والبيئية في إمبريال كوليدج لندن، إن التخميد هو قدرة هيكل ما على تبديد الطاقة الحركية وتقليل سعة الاهتزاز بدلاً من الاهتزاز إلى أجل غير مسمى تحت تأثير إثارة خارجية سواء كانت رياحاً عاتية أو زلازل.

وقد وصفته دراسة حديثة نُشرت في مجلة نيتشر كوميونيكيشنز، وقادها ميغيل، كمنهج لتقليل استجابة هياكل المباني الشاهقة للرياح العاتية والزلازل، ولا يعتمد هذا المنهج على إضافة كتلة كما في تقنيات التخميد الكتلي التقليدية، بل يستفيد من الكتلة الكبيرة الكامنة في المبنى نفسه ويستخدمها لتوليد مستويات عالية من التخميد.

ويوضح ميغيل أن المباني الشاهقة تتضمن أنواعاً مختلفة من أنظمة التخميد، وأكثرها شيوعاً هو مخمد الكتلة المضبوطة، وهو عبارة عن كتلة إضافية كبيرة جداً، توضع عادة بالقرب من قمة المبنى، لتتحرك بشكل غير متزامن مع البرج وتوازن حركته. ويضيف أن هذه الأنظمة فعالة للغاية في التحكم في الاهتزاز الناتج عن الرياح، ولكنها تتطلب كتلة إضافية كبيرة وتشغل مساحة واسعة، كما أنها غير قادرة على التحكم في القوى الناتجة عن الأحداث الكبيرة أو الزلازل.

ويستغل النظام الجديد جزءاً من الطوابق القابلة للاستخدام في المبنى، ويسمح لها بالتحرك بمقدار ضئيل ومتحكم به بواسطة نوابض ومخمدات تعمل بالتوازي. وقد أظهرت التجارب في نفق الرياح على نموذج مصغر لمبنى طوله 300 متر انخفاض ذروة التسارع بأكثر من 70% وعزوم الانقلاب بنحو 50% مقارنة بالتكوين الصلب التقليدي.