أصدرت كلية إمبريال كوليدج لندن مؤخرًا النسخة الرسمية من ورقتها البحثية حول تقنية تخميد اهتزازات المباني الشاهقة ذاتيًا، التي طُوّرت بالتعاون مع شركة الاستشارات الهندسية "أروب" وعدد من المؤسسات الأخرى. تعتمد هذه التقنية على الاستفادة من كتلة طوابق المبنى نفسها لامتصاص الطاقة الناتجة عن أحمال الرياح والزلازل، ما يسهم في خفض تسارع الذروة للمباني الشاهقة بأكثر من 70%، وتقليل عزم الانحناء عند القاعدة بنسبة 50%، مما يوفّر حلاً هندسيًا جديدًا لتصميم المباني الشاهقة لمقاومة الرياح والزلازل.

يستلهم هذا النظام تصميمه من الباغودا اليابانية التقليدية، حيث يتم فصل مجموعة من الطوابق القابلة للاستخدام بالقرب من قمة المبنى عن النواة الخرسانية المركزية بشكل معتدل، مع ربطها بها عبر نوابض ومخمدات. عند حدوث رياح قوية أو زلازل، تتحرك هذه الطوابق حركة طفيفة نسبيًا بالنسبة للنواة المركزية، مستفيدةً من وزنها الذاتي في امتصاص وتبديد طاقة الاهتزاز. وتبقى هذه الطوابق صالحة للاستخدام كمساحات بناء عادية، دون الحاجة إلى تثبيت أثقال موازنة كبيرة مخصصة في قمة المبنى.

تعتمد المباني الشاهقة الحالية عادةً على زيادة الصلابة الإنشائية أو تركيب مخمدات كتلة مضبوطة للتحكم في التمايل. ويتطلب الخيار الأخير تعليق أثقال موازنة يصل وزنها إلى مئات الأطنان في قمة المبنى، مما يستهلك مساحة طابقية وقدرة تحمل إنشائية، ويستلزم ضبطًا وفقًا لتردد اهتزاز المبنى. أما النظام الجديد فيستدعي الكتلة الأصلية للمبنى مباشرةً لتوليد التخميد، دون الحاجة إلى إضافة أثقال موازنة بنفس الحجم، كما لا يعتمد على ضبط تردد واحد محدد.

أعدّ فريق البحث نموذجًا مصغرًا ديناميكيًا بمقياس رسم 1:300 لمبنى بارتفاع 300 متر، وأجرى اختبارات نفق الرياح الهوائية المرنة. وبالمقارنة مع الهيكل التقليدي غير المزوّد بنظام تخميد، انخفض تسارع الذروة للنموذج التجريبي بنسبة تصل إلى 71%، بينما تراجع عزم الانحناء عند القاعدة بأكثر من 50%. وفي ظل ظروف أحمال الرياح التي تحدث مرة كل 50 عامًا، حُدّدت الإزاحة النسبية بين الطوابق القابلة للحركة والنواة المركزية في حدود 50 ملم.

أظهرت المحاكاة المصاحبة للاستجابة الزمنية للزلازل أن هذا النظام يمكن أن يقلل متوسط إزاحة قمة المبنى بنسبة 42%، في حين تصل نسبة الانخفاض في إزاحة الطوابق القابلة للحركة إلى 74% كحد أقصى. وبما أن تأثيرات أحمال الرياح والزلازل على الهيكل الرئيسي والأساسات تنخفض بشكل متزامن، يمكن للمصممين تحسين توزيع المواد في النواة المركزية والأعمدة والأساسات وفقًا لذلك، مما يقلل من كميات الخرسانة والصلب المضافة لمقاومة الأحمال الجانبية.

تعدّ النوابض والمخمدات والمساند المستخدمة في هذا النظام من التقنيات الهندسية الإنشائية المتاحة حاليًا. يخطط فريق البحث في الخطوة التالية لإجراء اختبارات على وحدات طوابق قابلة للحركة بمقياس أكبر، ويعتزم دمج هذا النظام في تصميم مبنًى شاهق فعلي للتحقق من أدائه. كما يمكن توسيع نطاق المبدأ الأساسي لهذه التقنية ليشمل الجسور طويلة الامتداد، والمنشآت البحرية، وعنفات توليد الطاقة من الرياح، وأبراج الاتصالات.