เทคโนโลยีที่ใช้เหล็กรองรับจะปฏิวัติการหน่วงของอาคาร

ระบบกันสะเทือนโครงสร้างที่สร้างด้วยเหล็กสามารถทำให้อาคารสูงปลอดภัยยิ่งขึ้นเมื่อเกิดแผ่นดินไหว และลดการแกว่งของลมโดยไม่ต้องใช้พื้นที่อันมีค่า

เนื่องจากราคาอสังหาริมทรัพย์ในเมืองที่กำลังขยายตัวทั่วโลกยังคงเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง นักพัฒนาจึงตอบสนองด้วยการสร้างอาคารที่สูงขึ้นและเพรียวบางลง

เซ็นทรัลลอนดอน, ฮ่องกง, นิวยอร์ก, โตรอนโต, เวลลิงตัน, มะนิลา; ล้วนมีอสังหาริมทรัพย์ที่มีมูลค่าสูงที่สุดในโลก และด้วยความต้องการที่จะอยู่อาศัยและทำงานในศูนย์กลางของศูนย์กลางธุรกิจเหล่านี้ที่ยังอยู่ในระดับสูง นักพัฒนาจึงมองไปในท้องฟ้า

วิธีการก่อสร้างสมัยใหม่ทำให้สามารถสร้างตึกระฟ้าบนพื้นที่ขนาดเล็กมากขึ้นเรื่อยๆ และมีความเพรียวบางที่สอดคล้องกัน แต่ในขณะที่ตึกระฟ้าทรงเรียวเหล่านี้ให้ที่พักที่สำคัญแต่ก็มีแนวโน้มที่จะพลิ้วไหวไปตามสายลม “โมดูล VCD ผลิตขึ้นโดยใช้เหล็กโครงสร้าง SM490A มาตรฐานของญี่ปุ่นซึ่งประกบโพลีเมอร์ยืดหยุ่นหนืด 3M เป็นวัสดุที่มีความทนทานเป็นพิเศษ” ผลกระทบจะสังเกตเห็นได้ชัดเจนยิ่งขึ้นเมื่อขึ้นไปที่ระดับบนและถึงแม้จะไม่มีผลกระทบด้านความปลอดภัย เพื่อต่อสู้กับการแกว่งไปมา นักพัฒนาได้เรียกร้องให้วิศวกรและนักออกแบบพัฒนาระบบกันสะเทือนที่ช่วยลดการเคลื่อนไหวนี้

มีแดมเปอร์สองประเภทที่นิยมติดตั้งไว้ที่ด้านบนของอาคาร แมสแดมเปอร์แบบปรับจูนซึ่งเป็นระบบกลไกที่ทำหน้าที่ดูดซับการเคลื่อนไหวใดๆ ก็ตาม และแดมเปอร์ที่ใช้ถังเติมน้ำเพื่อเพิ่มน้ำหนักและต้านการแกว่งใดๆ

ทั้งสองแห่งมีขนาดใหญ่ โดยต้องใช้พื้นที่ 100 ตารางเมตรบนสองชั้น และในเมืองที่ทุกตารางเซนติเมตรของชั้นมีมูลค่าสูงซึ่งอาจมีราคาแพง

ต้นทุนที่สูงของระบบกันสะเทือนที่มีอยู่เป็นเหตุผลหนึ่งที่บริษัท Kinetica Dynamics ในโตรอนโต ร่วมกับผู้ผลิตวัสดุ 3M และผู้เชี่ยวชาญด้านเหล็ก Nippon Steel และ Sumikin Engineering ได้พัฒนาระบบที่สามารถรองรับการเคลื่อนไหวของลมหรือแผ่นดินไหวได้โดยไม่ต้องใช้พื้นที่อันมีค่า

แดมเปอร์ข้อต่อแบบยืดหยุ่นหนืด (VCD) ใช้การผสมผสานระหว่างความต้านทานแรงเฉือนและแรงตึงของวัสดุที่มีความหนืดและหน่วยความจำการยืดตัวของยางยืด รวมกันในโพลีเมอร์ยืดหยุ่นหนืดที่พัฒนาโดยทีมงาน 3M

ผู้ผลิต Nippon Steel และ Sumikin Engineering ใช้วัสดุยืดหยุ่นหนืดหลายชั้น โดยประกบไว้ระหว่างชั้นของเหล็กที่มีความแข็งแรงสูงเพื่อสร้างโมดูล VCD

โมดูลเหล่านี้จะถูกถ่ายโอนไปยังไซต์งานโดยยึดเข้ากับส่วนเหล็กที่หล่อเข้ากับคอนกรีตโครงสร้างของตึกระฟ้า 'การฝัง' เหล่านี้ผลิตขึ้นในท้องถิ่นโดยผู้ผลิตเหล็กโดยมี 'เทมเพลต' ที่ทำหน้าที่เป็นตัวรักษาความทนทานซึ่งช่วยให้สามารถยึด VCD ได้โดยใช้สลักเกลียวเหล็กแรงดึงสูงในภายหลัง สิ่งนี้ทำให้แน่ใจได้ว่ากระบวนการสามารถนำออกจากเส้นทางวิกฤติของวงจรการก่อสร้างได้ ช่วยประหยัดเวลาและเพิ่มประสิทธิภาพในระหว่างการสร้าง

“หมายความว่าผู้รับเหมาทั่วไปสามารถดำเนินงานได้โดยไม่ต้องนำทีมผู้เชี่ยวชาญเข้ามา การหล่อแบบฝัง ซึ่งเป็นส่วนเหล็กโครงสร้างมาตรฐานจากผู้ผลิตในท้องถิ่นนั้นทำได้ง่ายพอ” Michael Montgomery ประธานเจ้าหน้าที่ฝ่ายเทคนิคและผู้บริหารระดับสูงของ Kinetica อธิบาย

เขาทำงานเกี่ยวกับการใช้ VCD ในโครงสร้างเสริมสูงด้วยวิศวกรรม 3M และ Nippon Steel และ Sumikin ผ่านกระบวนการพัฒนาและทดสอบแปดปีที่มหาวิทยาลัยโตรอนโต และขณะนี้ได้เห็นการนำเทคโนโลยีนี้ไปใช้

แผนการทดสอบดังกล่าวได้รวมการทดสอบแดมเปอร์เต็มรูปแบบเพื่อตรวจสอบความถูกต้องของเทคโนโลยีเหล็กและวิสโคอีลาสติก เพื่อยืนยันประสิทธิภาพและความทนทานของแดมเปอร์ พวกเขาชี้ให้เห็นถึงการปรับปรุงประสิทธิภาพอย่างมีนัยสำคัญเหนือการตั้งค่าโครงสร้างแบบดั้งเดิมสำหรับระดับลมและแผ่นดินไหวที่เกิดขึ้นบ่อยครั้ง รวมถึงการทดสอบลมระดับพายุเฮอริเคนที่เข้มงวดและสถานการณ์แผ่นดินไหวที่รุนแรง

“เรากำลังพัฒนา VCD เหล่านี้และทำให้แน่ใจว่าได้รับการทดสอบอย่างสมบูรณ์มาหลายปีแล้ว โมดูล VCD ผลิตขึ้นโดยใช้เหล็กโครงสร้าง SM490A มาตรฐานของญี่ปุ่นซึ่งประกบโพลีเมอร์ยืดหยุ่นหนืด 3M ซึ่งเป็นวัสดุที่มีความทนทานเป็นพิเศษ” มอนต์โกเมอรี่อธิบาย

“เราพบว่าระหว่างการทดสอบว่าแดมเปอร์ทำงานได้ดีขึ้นโดยไม่ต้องเพิ่มชั้นพันธะเพิ่มเติมระหว่างเหล็กกับโพลีเมอร์ สลักเกลียวเหล็กที่ให้แรงจับยึดคือสลักเกลียวเหล็กหกเหลี่ยม A490 มาตรฐานของญี่ปุ่น”

การกระจายตัวและตำแหน่งของแดมเปอร์รอบๆ โครงทาวเวอร์ขึ้นอยู่กับการออกแบบโดยวิศวกรโครงสร้างและแผ่นดินไหว ในพื้นที่ที่เกิดแผ่นดินไหวอย่างมีนัยสำคัญ ไม่เพียงแต่สามารถลดระดับและความรุนแรงของการสั่นสะเทือนของแผ่นดินไหว แต่ยังรวมถึงปริมาณงานซ่อมแซมหลังแผ่นดินไหวด้วย

“เราพบว่าในระหว่างการทดสอบว่าแดมเปอร์ทำงานได้ดีขึ้นโดยไม่ต้องเพิ่มชั้นพันธะเพิ่มเติมระหว่างเหล็กกับโพลีเมอร์”

หากความจุได้รับการออกแบบให้โหลดที่กำหนดไว้ล่วงหน้า องค์ประกอบที่เชื่อมต่อวีซีดีจะทำหน้าที่เป็น 'ฟิวส์โครงสร้าง' เพื่อป้องกันความเสียหายในองค์ประกอบโครงสร้างที่อยู่ติดกัน หลังจากเกิดแผ่นดินไหวรุนแรง จำเป็นต้องตรวจสอบฟิวส์เหล่านี้และเปลี่ยนหรือซ่อมแซมหากจำเป็นเท่านั้น

VCD ของ Kinetica, 3M, Nippon Steel และ Sumikin Engineering ได้รับการติดตั้งแล้วในการพัฒนาอันทรงเกียรติในพื้นที่ที่ต้องเผชิญกับแรงลมสูงและแผ่นดินไหว

ในกรุงมะนิลา การพัฒนา Park Central Towers มีหอคอยสองแห่งที่มีความสูง 267 ม. และ 217 ม. ตั้งอยู่ในภูมิภาคที่มีพายุไต้ฝุ่นกำลังแรงและห่างจากแนวรอยเลื่อนหลักเพียงไม่กี่กิโลเมตร แต่ละอาคารมีวีซีดี 32 แผ่น ช่วยลดแรงลมและแผ่นดินไหวในแต่ละโครงสร้าง และในโตรอนโต การพัฒนาคอนโดมิเนียม Y+C สูง 62 ชั้นมีวีซีดี 42 แผ่น ซึ่งใช้แทนคานเหล็กเชื่อมต่อในส่วนกลางของหอคอย

ด้วยอนาคตของที่พักอาศัยและพื้นที่สำนักงานในเมืองใหญ่ที่มองหาตึกระฟ้ามากขึ้น ศักยภาพของเทคโนโลยีที่สร้างด้วยเหล็กนี้ในการปรับปรุงความปลอดภัยและความสะดวกสบายในขณะที่การเพิ่มพื้นที่ให้สูงสุดสามารถพิสูจน์ได้ว่าประเมินค่าไม่ได้