امتت مجله امتت – اقتصاد – ساختمان
شاید این مطالب برایتان مفید باشد
ارزیابی عملکرد ساختمانهای بلندمرتبه در برابر باد
در طراحی ساختمانهای بلندمرتبه، بارهای ناشی از باد برخلاف ساختمانهای کوتاه، اغلب به عامل تعیینکننده (Governing Factor) در طراحی سازه تبدیل میشوند. با افزایش ارتفاع، سرعت باد و به تبع آن نیروهای فشاری و مکشی به صورت نمایی افزایش مییابند. ارزیابی صحیح این عملکرد نه تنها برای حفظ پایداری سازهای، بلکه برای تامین “آسایش ساکنان” (Occupant Comfort) در برابر نوسانات جانبی ساختمان حیاتی است.
در این مقاله، به بررسی روشهای تحلیل و راهکارهای مهندسی برای مهار بارهای باد میپردازیم.
پدیدههای آیرودینامیکی در سازههای بلند
باد در برخورد با یک برج بلند، رفتارهای پیچیدهای ایجاد میکند که فراتر از یک فشار ساده است.
پدیده جدایی جریان و نوسانات گردابهای (Vortex Shedding)
زمانی که باد به بدنه ساختمان برخورد میکند، در لبههای تند ساختمان جدا شده و گردابههایی را در پشت سازه ایجاد میکند. اگر فرکانس تشکیل این گردابهها با فرکانس طبیعی ارتعاش ساختمان یکی شود، پدیده تشدید (Resonance) رخ میدهد که میتواند نوسانات عرضی شدیدی ایجاد کند. این نوسانات حتی اگر باعث تخریب نشوند، موجب ایجاد حالت تهوع و ناامنی در ساکنان طبقات بالا میشوند.
اثر فشاری و مکشی (Drag and Lift)
باد از روبرو باعث ایجاد فشار (Drag) و در کنارهها و پشت ساختمان باعث ایجاد مکش یا فشار منفی (Lift) میشود. در ساختمانهایی با فرمهای نامنظم، این اختلاف فشار میتواند باعث ایجاد گشتاور پیچشی (Torsion) در کل سازه شود که تحلیل آن نیازمند محاسبات دقیق مهندسی است.
متدهای ارزیابی عملکرد
مهندسان برای پیشبینی رفتار ساختمان در برابر باد از دو روش اصلی استفاده میکنند.
آزمایش تونل باد (Wind Tunnel Testing)
این روش دقیقترین متد ارزیابی است. یک مدل کوچک از ساختمان و محیط اطراف آن (شامل ساختمانهای همسایه و توپوگرافی زمین) ساخته شده و در تونل باد قرار میگیرد. حسگرهای حساس، فشارها و نیروهای وارده را در سرعتهای مختلف باد اندازهگیری میکنند. این آزمایش برای ساختمانهای با ارتفاع بیش از ۱۲۰ متر یا فرمهای غیرمتعارف الزامی است.
دینامیک سیالات محاسباتی (CFD)
با پیشرفت کامپیوترها، شبیهسازی عددی جریان باد (CFD) به ابزاری قدرتمند تبدیل شده است. در این روش، فضای اطراف ساختمان به شبکههای ریز تقسیم شده و معادلات حرکت سیال برای هر نقطه حل میشود. CFD اجازه میدهد تا الگوهای جریان باد و نقاط تمرکز فشار را به صورت بصری و رنگی مشاهده کنیم.
راهکارهای کاهش پاسخ لرزان ساختمان به باد
مهندسان از دو رویکرد معماری و سازهای برای خنثی کردن اثرات باد استفاده میکنند.
اصلاح آیرودینامیکی فرم ساختمان
تغییر در هندسه ساختمان میتواند به طور چشمگیری نیروهای باد را کاهش دهد. راهکارهایی مانند:
-
پخ کردن لبهها (Chamfering): گرد کردن یا بریدن گوشههای تیز برای کاهش قدرت گردابهها.
-
تغییر مقطع در ارتفاع (Tapering): باریکتر شدن ساختمان در طبقات بالاتر.
-
ایجاد بازشوها در بدنه: اجازه دادن به جریان باد برای عبور از میان ساختمان (مانند برج مرکز تجارت جهانی بحرین).
سیستمهای میراگر جرم تنظیمشونده (TMD)
برای کنترل نوسانات در برجهای بسیار بلند، از وزنه عظیمی به نام میراگر جرم تنظیمشونده در طبقات فوقانی استفاده میشود. این وزنه که معمولاً چندین تن وزن دارد، با استفاده از سیستمهای هیدرولیک، در جهتی مخالف حرکت ساختمان نوسان میکند تا حرکت کلی سازه را میرا و خنثی کند.
ارزیابی دقیق عملکرد در برابر باد، مرز میان یک سازه صرفاً پایدار و یک سازه آرام و قابل سکونت است. با ترکیب دانش آیرودینامیک و مهندسی سازه، میتوان آسمانخراشهایی ساخت که حتی در شدیدترین طوفانها نیز صلب و استوار باقی بمانند.
چگونه میتوان از فناوریهای نوین برای بهبود کیفیت زندگی شهروندان استفاده کرد؟
نقش ساختمان در توسعه پایدار شهری
