Высокая стеклянная башня, которая под порывами ветра наклоняется на несколько сантиметров, — это не признак ошибки, а запланированный эффект. Современные небоскрёбы проектируются как гибкие системы, чтобы под действием сильных порывов они могли изгибаться, колебаться и затем рассеивать энергию, а не растрескиваться.

В основе лежит классическая строительная механика. Ветровая нагрузка создаёт боковые силы, которые вызывают изгибающие моменты в стальных и железобетонных элементах. Если бы башня была абсолютно жёсткой, эти напряжения концентрировались бы локально, приближая материалы к пределу текучести и ускоряя усталостные процессы. Разрешённый контролируемый прогиб перераспределяет внутренние усилия, снижает максимальные напряжения и удерживает здание в пределах упругой работы материалов. Строительные нормы прямо задают предельно допустимые коэффициенты горизонтального смещения: движение не только допускается, но и ожидается, пока оно не превышает пороги, при которых может пострадать несущая способность конструкции или работоспособность фасада.
Далее инженеры борются с ещё одним врагом — резонансом. У каждой башни есть собственная частота колебаний, как у камертонa. Когда вихревые потоки, срывающиеся с фасада, совпадают по частоте с этой собственой частотой, амплитуда колебаний может резко возрасти. Чтобы этого избежать, проектировщики «настраивают» жёсткость, распределение массы и аэродинамическое демпфирование, изменяя форму углов или создавая проёмы, чтобы воздух сходил менее регулярно. Во многих сверхвысоких проектах устанавливают настроенный масс‑демпфер — огромный подвижный груз на пружинах и вязких демпферах, который работает как механическая противофаза: он поглощает кинетическую энергию и уменьшает ускорения, ощущаемые людьми внутри.
Результатом становится кажущийся парадокс в очертаниях города. Чем больше зданию позволяют раскачиваться в заранее рассчитанных пределах, тем более устойчивым оно оказывается, а видимое движение превращается в инженерный запас прочности.
loading...