Высокую башню может раскачивать порывистый ветер. Чтобы людям на верхних этажах было комфортнее, инженеры иногда подвешивают внутри здания массивный противовес. Он начинает двигаться с небольшой задержкой относительно башни и гасит часть её колебаний. Такие устройства не заменяют несущий каркас и не удерживают небоскрёб от падения: они помогают ограничить раскачивание. В пяти зданиях ниже эта идея воплощена по-разному – от двух свинцовых блоков до маятника с магнитным тормозом.
| Место | Здание | Масса демпфера |
|---|---|---|
| 5 | Citicorp Center | около 400 тонн |
| 4 | John Hancock Tower | два блока по 300 тонн |
| 3 | Небоскрёб на Парк-авеню | около 1370 тонн суммарно |
| 2 | Тайбэйский небоскрёб | 660 тонн |
| 1 | Шанхайский небоскрёб | 1000 тонн |
5. Citicorp Center
В нью-йоркском Citicorp Center массивный блок оказался частью не только аэродинамического расчёта, но и драматичной истории инженерной проверки. Башню спроектировали с необычной опорой на четырёх крупных колоннах, вынесенных к серединам сторон здания. После того как инженер Уильям ЛеМессюрье пересмотрел расчёты при диагональном ветре и узнал, что часть соединений на стройке выполнили иначе, чем предполагал первоначальный проект, он сообщил о проблеме владельцу и помог организовать усиление конструкции.
Настроенный массовый демпфер уже входил в проект здания. В техническом обзоре указана бетонная масса около 400 тонн. Система могла уменьшать отклик башни на ветер, но зависела от электрического питания. Поэтому её нельзя представлять как универсальную страховку от ошибки: для найденной уязвимости потребовались отдельные ремонтные работы и усиление соединений. Сегодня эта история показывает, почему у эффектного противовеса всегда есть конкретная, ограниченная инженерная задача.
4. John Hancock Tower
В бостонской башне John Hancock, ныне известной как 200 Clarendon, установили не один центральный маятник, а два крупных блока из стали и свинца. Каждый весил примерно 300 тонн. Их разместили у противоположных концов 58-го этажа, чтобы работать с движением башни и её скручиванием при ветре.
Это был один из ранних примеров установки демпферов в уже построенное высотное здание. Сильное раскачивание беспокоило людей в верхних помещениях, и пара скользящих масс стала частью ответа на проблему. Два разнесённых блока отличают Hancock от большинства известных примеров с одной большой подвешенной массой: расположение помогает учитывать не только боковой наклон, но и поворот здания вокруг вертикальной оси.
3. Небоскрёб на Парк-авеню
В сверхстройной жилой башне 432 Park Avenue в Манхэттене работают два настроенных массовых демпфера. Их общая масса составляет около 1370 тонн. Производитель конструкций описывает их как пары подвешенных масс, установленных в верхней части здания и соединённых с демпфирующими устройствами.
Здесь важен сам масштаб: два механизма разместили в здании высотой более 400 метров, где движение от ветра особенно заметно жильцам. Установка потребовала изготовления, разборки на части и доставки крупных элементов на площадку в плотной застройке Манхэттена. В отличие от видимого шара Taipei 101, эти массы остаются инженерной системой внутри башни, а не частью маршрута для посетителей.
2. Тайбэйский небоскрёб
Золотая сфера внутри Taipei 101 стала едва ли не самым узнаваемым противовесом в мире. Официальная страница башни сообщает, что стальной шар диаметром около 5,5 метра собран из 41 слоя листовой стали и весит 660 тонн. Он подвешен на тросах между верхними этажами и соединён с гидравлическими вязкими демпферами.
Устройство не скрыто в технической комнате: его можно увидеть с обзорных этажей. Это превращает сложную инженерную систему в часть впечатления от посещения небоскрёба. При этом шар не стоит неподвижно: при сильном движении здания он раскачивается в ответ и ограничивается специальным кольцом, которое не позволяет ему уйти дальше расчётного хода.
1. Шанхайский небоскрёб
В верхней части Shanghai Tower подвешена стальная масса весом около 1000 тонн. Она движется не как простой груз на тросах: в системе применён вихретоковый демпфер. Под массивом закреплены постоянные магниты, которые проходят над медной пластиной. Возникающие в ней токи создают силу, сопротивляющуюся движению, и рассеивают часть энергии.
Инженерная компания Motioneering, участвовавшая в настройке системы, сообщает, что демпфер занимает пять верхних этажей. После установки его испытывали во время тайфунов, сравнивая режимы с работающей системой и без её тормозного усилия. Эти замеры не дают простого универсального процента для любой непогоды, но показали сдвиг фаз между движением башни и массы, ожидаемый от работающего устройства.
Внутри небоскрёба может качаться груз, который по весу сравним с небольшим кораблём, и именно контролируемое движение помогает башне меньше раскачиваться. Самый наглядный контраст здесь между решениями: где-то противовес стал видимой достопримечательностью, где-то его спрятали в верхних технических этажах, а в Шанхае к огромной массе добавили магнитное торможение.