Bilindiği üzere Tayvan’da bulunan Taipei 101 gökdeleni dünyanın en uzun gökdelenlerinden. Tüm gökdelenlerde olduğu gibi uzun yapıların en büyük sorunu rüzgar ve deprem. Taipei ‘de çalışan mühendisler ise bu sorunu inanılmaz bir yöntemle çözmüşler. Ama önce uygulanan sistemin ne olduğunu, nasıl çalıştığını ve ne amaçlandığını kısaca görelim.

Tuned Mass Damper (Denge Topu)

“Tuned Mass Damper” Türkçe karşılığı ise “Ayarlı Kütle Sönümleyici” olan bu sistem yüksek katlı binaların spesifik noktalarına konumlandırılarak harmonik bir absorbe edici görevi görüyor. Bu yöntemin iki farklı çeşidi var. İlkinin adı Horizontal TMD olup uzun katlı binalar,kuleler gibi ince ve uzun yapılarda kullanılıyor. Diğeri ise Vertical TMD olup bu ise yatay ve sürekli yapılarda kullanılıyor. İki yöntem aynı mantıkla çalışıyor.

Basitçe çalışma prensibi

Öncelikle bir binanın kuvvet etkisinde davranışını hatırlayalım. TMD sistemi bulunmayan bir yapıya yanal bir kuvvet etki ettiğinde (deprem, rüzgar vb.) kuvvet yönünde hareket gösterecektir. Bu hareket belli bir ivme yaratacak ve kinetik enerji oluşacaktır(1). Daha sonra sistem geri dönmek isterken tersi tarafta ivmelenecektir (2). Bu denklemde eğim olarak (1)>(2) olduğundan yapı bir süre sonra 0 ivmeye ulaşacaktır. Binanın sağa sola hareketi bitip eski haline (0 ivme) dönmesiyle bir periyot tamamlanır. Binanın periyodu ne kadar uzun sürerse bina içindeki insanlara verdiği rahatsızlık haliyle artacaktır. Hele ki gökdelen gibi yapılarda rüzgar kuvvetleri 1 m deplasmanlara bile sebep olabilmekte iken bu rahatsızlık korkuya dönüşebilir. Alttaki şekil(a)‘da TMD olmayan bir binanın kuvvet alındaki hareketini görebilirsiniz.

Peki binaya TMD sistemini getirirsek ne olur? 

Teorisel olarak sistemin temel amacı kuvvete karşı bir sönümleyici “anti kuvvet” olmak. Bina kuvvet aldığında sistem tersi yönde salınım göstererek kuvvetten doğan kinetik enerjiyi sönümler. Böylece binada bir periyot olsa bile bu periyot daha kısa sürecektir ve bina eski haline daha çabuk dönecektir. Yani kısaca amaç TMD’nin frekansını yapının kendi frekansı ile eşitlemektir. Gerçekten iyi bir mühendislik çalışması gerektiren bu sistemde küçük hatalar inanılmaz sonuçlara yol açabilir. Alttaki şekil(b)‘de TMD bulunan yapının çalışma prensibini görebilirsiniz.

Taipei’de TMD Uygulanması

Bu sistemin en iyi uygulamalarından birisi ise şüphesiz Taipei 101 binasında bulunuyor. 1999-2004 yılları arasında $500 milyon dolar bütçeyle yapılmış Tayvan’ın simgesi olan bu gökdelenin tek bir asansörü bile $2 milyon dolar maliyetinde. Tam olarak 101 kattan oluşuyor ve 509 metre yüksekliğinde. Binanın 87. ve 91. katları arasında bulunan devasa top 5.5 metre çapında olup tam olarak 730 ton ağırlığında. Maliyeti ise $4 milyon dolar. Bu kütleyi taşımak için 16 adet çelik kablo buluyor ve her birinin çapı 10 cm. Top 41 adet çelik plakadan oluşuyor ve alt tarafında bulunan 8 adet damper sayesinde  hareket anında oluşan kuvvetleri absorbe ederek topa her yöne doğru 1,5 metre salınım imkanı veriyor. Bu sayede binanın salınım oranı %40 düşüş gösteriyor. Bu sistem Taipei 101 dışında yine bilinen bir yapı olan Burj Al-Arab binasında farklı bir yöntemle kullanılıyor.