چگونه توپی فولادی از بلندترین آسمان‌خراش تایوان در برابر زلزله محافظت کرد؟

زمین‌لرزه‌ای فوق‌العاده شدید با قدرت ۷٫۴ ریشتر چهارشنبه ۳ آوریل ۲۰۲۴ تایوان را به لرزه درآورد و دست‌کم ۱۲ کشته برجای گذاشت و به ۷۷۰ ساختمان آسیب رساند.

در تایپه، پایتخت تایوان فقط ۱۳۰ کیلومتر دورتر از مرکز زمین‌لرزه نیز ساختمان‌ها به شدت تکان خوردند. زمین‌لرزه اخیر شدیدترین زمین‌لرزه در ۲۵ سال اخیر بود. اما در موفقیتی از مهندسی مدرن، برج تایپه ۱۰۱ که زمانی مرتفع‌ترین آسمان‌خراش جهان بود، از آخرین رویداد لرزه‌ای کشور جان سالم به در برد.

فیلم‌های ضبط شده از زمین‌لرزه، برجی ۵۰۸ متری را نشان می‌دهند که کمی دچار نوسان می‌شود، ولی انعطاف‌پذیری ساختاری آن به مقابله با حرکت قدرتمند زمین‌لرزه کمک می‌کند.

به‌گزارش سی‌ان‌ای، مهم‌ترین دفاع آسمان‌خراش دربرابر زلزله، ماده‌ سازنده‌ی آن، یعنی بتن مسلح است. ترکیب مقاومت فشاری بتن با استحکام کششی فولاد، ساختمان را به اندازه کافی انعطاف‌پذیر می‌سازد تا بتواند نوسان کند و درعین‌حال به اندازه‌ی کافی محکم باشد که دربرابر بادها و طوفان‌های شدید تایوان مقاومت کند. این اصل که ساختمان‌ها با حرکت همراه با بادها و لرزه‌ها به جای مخالفت با آن‌ها، بتوانند نیروهای لرزه‌ای را تحمل کنند، قرن‌ها شالوده معماری سنتی کشورهای زلزله‌خیز آسیای شرقی بوده است.

در بالای برج تایپه ۱۰۱، نوآوری تکنولوژیکی دیگری وجود دارد که به محافظت از آسمان‌خراش ۱۰۱ طبقه‌ای کمک کرد و آن ابزار، گوی بزرگی است که میراگر نامیده می‌شود.

کره فولادی طلایی رنگ که از ۹۲ کابل ضخیم بین طبقات ۸۷ و ۹۲ آویزان شده است، می‌تواند درحدود ۱۵۲ سانتی‌متر در هر جهت حرکت کند، درنتیجه مانند آونگی عمل می‌کند که حرکات نوسانی را خنثی می‌کند.

از میراگرها در آسمان‌خراش‌های سراسر جهان ازجمله برج بسیار نازک استاینوی در نیویورک و برج العرب بادبان‌مانند دبی استفاده می‌شود. این ابزار دربرابر حرکت شدید ناشی از ارتعاشات هارمونیک محافظت می‌کند. این ارتعاشات می‌تواند موجب گسیختگی سازه‌ای در جریان زمین‌لرزه شود.

میراگرهای جرمی تنظیم‌شده به گونه‌ای تنظیم شده‌اند که با فرکانس شبیه فرکانس ساختمان رزونانس داشته باشند، اما با طول موج‌هایی که زودتر یا دیرتر شروع می‌شود و به پراکنده کردن انرژی که می‌تواند فاجعه‌بار باشد، کمک می‌کند. ثبات حاصل از آن همچنین می‌تواند تاثیر ناخوشایند و حتی تهوع‌آور ناشی از تاب خوردن در مواقع بادهای شدید را کاهش دهد.

برج تایپه ۱۰۱ که توسط شرکت تایوانی C.Y. Lee & Partners طراحی شده است، از سال ۲۰۰۴ تا ۲۰۰۷ بلندترین ساختمان جهان بود تا اینکه برج خلیفه دبی از آن پیشی گرفت.

کره غول‌پیکر تنها خصوصیتی نیست که به تثبیت برج تایپه ۱۰۱ که نزدیک خط گسل اصلی قرار دارد، کمک می‌کند. برای مثال، آسمان‌خراش روی پایه‌های بسیار عمیقی قرار دارد (۳۸۰ ستون ساخته‌شده از فولاد و بتن مسلح که درون سنگ بستر زیر ساختمان تعبیه شده‌اند). بالای آن‌ها، هسته ساختمان به مجموعه از ستون‌های بزرگ متصل است که ازطریق خرپاهای فولادی بزرگ در اطراف آن قرار دارد.

درحالی‌که طرح ساختمان تایپه ۱۰۱ تحت مدل‌سازی دیجیتالی گسترده و آزمایش‌های میز لرزه‌ای قرار گرفت (که در آن مدل‌های مقیاس روی دستگاهی آزمایش می‌‌شوند که حرکت زلزله را شبیه‌سازی می‌کند)، این موضوع که چگونه ساختمانی مانند تایپه ۱۰۱ به رویدادهای لرزه‌ای قوی‌تر یا نزدیک‌تر واکنش نشان می‌دهد، تا حد زیادی در حد تئوری است. ال گفت: «با اینکه شبیه‌سازی‌های رایانه‌ای انجام دادیم، هنوز مسائل فیزیکی وجود دارد که از روی شبیه‌سازی‌های دیجیتال متوجه نمی‌شویم. با وجود پیشرفت‌های فنی، هنوز درحال آزمایش طرح‌ها در تونل‌های باد و میزهای لرزه هستیم.»