Защо небостъргачите не падат

632-метровата Шанхайска кула е абсолютно неподвижна. Всъщност това е най-устойчивият небостъргач в света – нито вятър, нито други природни явления са способни да нарушат неговото равновесие.

Впрочем това е илюзия – разбира се, има колебания, просто благодарение на свръхмодерна демпферна система нито един човек няма да почувства "вълнението" на сградата. Защо обаче небостъргачите не падат?

Представете си, че държите във вертикално положение въже с дължина около метър. Ако размърдате ръка, ще се наложи да приложите усилия, за да възвърнете устойчивото му положение.

Но ако към горния край на въжето прикрепите малка тежест на пружина, то инерцията ще компенсира част от кинетичната енергия и рязкото движение на края ще се превърне в плавно колебание. Представихте ли си го? А сега увеличете тази конструкция няколкостотин пъти и ще получите Шанхайската кула – втория по височина небостъргач в света след Бурдж Халифа в Дубай.

Системата, задействана при неговото строителство, се нарича демпфер и допринася за намаляването на амплитудата на колебания при вятър, както и за снижаване на скоростта на "върха" на сградите, набирана при тези колебания. Аналогични демпфери са използвани някога в болидите от Формула 1 за снижаване на вертикалните колебания на носовата част на автомобилите.

Обикновеният демпфер, прилаган при строителство, представлява "комплект" от махала – гъвкаво съединени метални пластини. Когато небостъргачът се отклонява на една страна, инерцията на пластините работи като противотежест, тласкайки зданието в противоположна посока. Но такъв демпфер се оказал недостатъчен за Шанхайската кула.

На последните етажи на 632-метровия небостъргач колебанията може да са толкова забележими, че да предизвикат "въздушна болест", иначе казано хората ще се люлеят. Да не говорим за подсъзнателния страх, свързан с падането на сградата.

Затова инженерите са приложили оригинална технология. На горните етажи те са поставили внимателно изчислена маса –най-голямата тежест, използвана някога в архитектурните демпфери – и я свързали с мощен електромагнит, създавайки първия в историята на строителството индукционен демпфер.

"Сърцето" на устройството е медна пластина с площ 100 м², върху нея са разположени 125 мощни магнита и цялата тази конструкция е разположена под висящ демпфер от класически тип.

Когато сградата се движи, 1000-тонна стоманена тежест се движи над магнитите, предизвиквайки появата на електричество в пластината. Това на свой ред създава съпротивляващо се на движението на демпфера магнитно поле и увеличава успокояващия (демпфиращ) ефект.

Системата не изисква никакъв активен контрол, тъй като цялата работа на демпфера се определя от правилото на Ленц: "Индукционният ток винаги има такава посока, че той отслабва действието на причината, възбуждаща този ток."

В резултат се получава както изящно инженерно решение, така и видим резултат. Архитектите твърдят, че 99,99% от посетителите на последните етажи няма да почувстват никакви колебания дори през лятото, когато тайфуните в Шанхай са особено активни.

Спираловидната форма на кулата позволява да се снижи влиянието на вятъра с 24% спрямо аналогично здание във формата на паралелепипед.

Както повечето небостъргачи, издигнати след 11 септември 2001 година, Шанхайската кула има масивна бетонна арматура, пронизваща я по цялата височина.

Двуслойните стъкла намаляват нагряването във вътрешните помещения и облекчават системата за вентилация.

Бетонната основа има дебелина 3,3 м. Отливането ѝ отнело 63 часа.

Още новини от света на науката можете да откриете в Мегавселена.