أحدثت التكنولوجيا المدعومة بالفولاذ ثورة في تخميد المباني

يمكن لنظام التخميد الهيكلي المصنوع من الفولاذ أن يجعل المباني الشاهقة أكثر أمانًا في مواجهة الزلازل ويقلل من تأثير الرياح دون شغل مساحة أرضية قيمة

مع استمرار ارتفاع أسعار العقارات في المدن المتوسعة في جميع أنحاء العالم، استجاب المطورون ببناء مباني أطول وأقل حجماً.

وسط لندن، وهونج كونج، ونيويورك، وتورنتو، ولينغتون، ومانيلا؛ تمتلك جميعها بعضًا من العقارات الأعلى قيمة في العالم، ومع بقاء الرغبة في العيش والعمل في وسط هذه المراكز التجارية مرتفعة، فقد تطلع المطورون إلى السماء.

تتيح أساليب البناء الحديثة إمكانية بناء ناطحات السحاب على قطع أرض صغيرة بشكل متزايد وبدقة مناسبة. ولكن في حين أن ناطحات السحاب النحيلة هذه توفر أماكن إقامة حيوية، فإنها تميل أيضًا إلى التأرجح في مهب الريح. "يتم تصنيع وحدات VCD باستخدام الفولاذ الإنشائي الياباني القياسي SM490A الذي يحيط بالبوليمر اللزج المطاطي 3M. إنها مادة فائقة المتانة" ويكون التأثير أكثر وضوحًا في المستويات العليا، وعلى الرغم من عدم وجود أي آثار تتعلق بالسلامة، إلا أنه يمكن أن يتسبب في إصابة شاغلي المبنى بنوع من دوار الحركة. ولمقاومة هذا التأثير، دعا المطورون المهندسين والمصممين إلى تطوير أنظمة تخميد تساعد في تقليل هذه الحركة.

هناك نوعان مفضلان من المخمدات التي يتم تركيبها في الجزء العلوي من المبنى؛ مخمد جماعي مضبوط، وهو نظام ميكانيكي يعمل على امتصاص أي حركة، ومخمد يستخدم خزانًا مملوءًا بالماء لإضافة الوزن ومواجهة أي تأثير.

كلاهما ضخم، ويتطلب مساحة قدرها 100 متر مربع على طابقين، وفي المدن حيث يكون لكل سنتيمتر مربع من الأرضية قيمة عالية يمكن أن تكون باهظة الثمن.

كانت التكلفة العالية لأنظمة التخميد الحالية أحد الأسباب التي دفعت شركة Kinetica Dynamics ومقرها تورونتو، بالتعاون مع شركة إنتاج المواد 3M وشركة Nippon Steel وشركة Sumikin Engineering المتخصصة في الصلب، إلى تطوير نظام يمكنه إخماد أي تأثير للرياح أو حركة الزلازل دون شغل مساحة أرضية قيمة.

يستخدم مخمد الاقتران اللزج (VCD) مزيجًا من مقاومة القص والضغط للمواد اللزجة وذاكرة التمدد المرنة، مجتمعة في بوليمر لزج مرن تم تطويره بواسطة فريق 3M.

تأخذ الشركة المصنعة Nippon Steel وSumikin Engineering عدة طبقات من هذه المادة اللزجة المرنة، وتضعها بين طبقات من الفولاذ عالي القوة لإنشاء إحدى وحدات VCD الخاصة بها.

يتم نقل هذه الوحدات إلى موقع العمل حيث يتم تثبيتها على مقاطع فولاذية مصبوبة في الخرسانة الهيكلية لناطحة السحاب. يتم تصنيع هذه "التضمينات" محليًا من قبل الشركات المصنعة للصلب باستخدام "القوالب" التي تعمل بمثابة أدوات حفظ التسامح التي تمكن من تثبيت أقراص VCD باستخدام مسامير فولاذية عالية الشد في وقت لاحق. وهذا يضمن إمكانية إخراج العملية من المسار الحرج لدورة البناء، مما يوفر الوقت ويزيد الكفاءة أثناء البناء.

"وهذا يعني أن المقاولين العامين يمكنهم تنفيذ العمل دون جلب فرق من المتخصصين. ويوضح مايكل مونتغمري، الرئيس الفني والمدير الإداري في Kinetica، أنه من السهل بما فيه الكفاية صب الأجزاء الفولاذية الإنشائية القياسية من المنتجين المحليين".

لقد كان يعمل على استخدام أقراص VCD في الهياكل المعززة الطويلة باستخدام هندسة 3M وNippon Steel وSumikin من خلال عملية التطوير والاختبار التي استمرت ثماني سنوات في جامعة تورنتو ويشهد الآن نشر هذه التكنولوجيا.

وشمل نظام الاختبار هذا اختبارات مخمدات واسعة النطاق للتحقق من صحة تقنية الفولاذ واللزوجة المرنة، مما يؤكد فعالية ومتانة التخميد. وأشاروا إلى تحسينات كبيرة في الأداء مقارنة بالإعدادات الهيكلية التقليدية لمستويات الرياح والزلازل المتكررة، بالإضافة إلى اختبارات أكثر صرامة للرياح على مستوى الأعاصير وسيناريوهات الزلازل الشديدة.

"لقد عملنا على أقراص VCD هذه وتأكدنا من اختبارها بالكامل لسنوات عديدة حتى الآن. يتم تصنيع وحدات VCD باستخدام الفولاذ الهيكلي الياباني القياسي SM490A الذي يحيط بالبوليمر اللزج المطاطي 3M. إنها مادة فائقة المتانة،" يوضح مونتغمري.

"لقد وجدنا أثناء الاختبار أن المخمد يعمل بشكل أفضل دون إضافة أي طبقة ربط إضافية بين الفولاذ والبوليمر. إن البراغي الفولاذية التي توفر قوة التثبيت هي مسامير فولاذية سداسية الشكل A490 يابانية الصنع."

يعتمد توزيع وموقع المخمدات حول إطار البرج على التصميم الذي قام به المهندسون الإنشائيون والزلازل. وفي المناطق ذات النشاط الزلزالي الكبير، لا يمكنها تقليل مستوى وشدة الاهتزاز الزلزالي فحسب، بل يمكنها أيضًا تقليل حجم أعمال الإصلاح بعد الزلزال.

"لقد وجدنا أثناء الاختبار أن المخمد يعمل بشكل أفضل دون إضافة أي طبقة ربط إضافية بين الفولاذ والبوليمر"

إذا كانت قدرتها مصممة لأحمال محددة مسبقًا، فإن عناصر توصيل أقراص VCD تعمل بمثابة "صمامات هيكلية"، مما يمنع تلف العناصر الهيكلية المجاورة. بعد وقوع زلزال شديد، من الضروري فقط فحص هذه الصمامات واستبدالها أو إصلاحها إذا لزم الأمر.

وقد تم بالفعل تركيب أقراص الفيديو المدمجة Kinetica و3M وNippon Steel وSumikin Engineering في مشاريع مرموقة في المناطق المعرضة لأحمال الرياح العالية والنشاط الزلزالي.

وفي مانيلا، يضم مشروع بارك سنترال تاورز برجين بارتفاع 267 مترًا و217 مترًا. وهي تقع في منطقة إعصار شديدة وعلى بعد بضعة كيلومترات فقط من خط الصدع الرئيسي. يوجد 32 قرص VCD في كل برج لتقليل حمل الرياح والزلازل على كل هيكل. وفي تورونتو، يضم مشروع Y+C Condominium المكون من 62 طابقًا 42 قرص VCD الذي حل محل عوارض التوصيل الفولاذية في القسم المركزي من البرج.

ومع تزايد تطلع مستقبل أماكن الإقامة والمكاتب في المدن الكبرى إلى ناطحات السحاب، فإن إمكانات هذه التكنولوجيا المصنوعة من الفولاذ لتحسين السلامة والراحة مع زيادة المساحة الأرضية قد تكون لا تقدر بثمن.