Wahadło w drapaczu chmur

Dlaczego wysokie budynki potrzebują pomocy

Bardzo wysoki i smukły budynek kołysze się w silnym wietrze, a ludzie na górnych piętrach to czują. Kołysanie, które jest bezpieczne dla konstrukcji, wciąż może być nieprzyjemne dla ludzi w środku.

Strojony tłumik masowy to duża masa zawieszona lub zamocowana wysoko w budynku i dostrojona do jego własnego rytmu drgań. Nie jest sztywno przytwierdzona do konstrukcji, tylko połączona z nią przez amortyzatory. Gdy wieża wychyla się w jedną stronę, masa pozostaje w tyle i ciągnie w drugą, a amortyzatory zamieniają energię ruchu na ciepło.

Własny rytm budynku

Każdy budynek ma naturalny rytm, w którym najchętniej się kołysze, trochę jak huśtawka z dzieckiem. Badacze z Instytutu Nauk o Ziemi Academia Sinica, korzystając z sejsmometrów zainstalowanych na piątej kondygnacji podziemnej oraz na 74. i 90. piętrze, ustalili, że podstawowa postać drgań Taipei 101 ma częstotliwość około 0,15 herca: jedno pełne wychylenie w tę i z powrotem trwa mniej więcej sześć–siedem sekund.

Do tego rytmu dostrojony jest tłumik. Pchnięcia, które przychodzą mniej więcej w tym rytmie, od wiatru albo od odległych trzęsień ziemi, mogą rozbujać wieżę, więc masa kołysząca się w tym samym rytmie, ale w przeciwfazie, potrafi odebrać jej tę energię.

Wieża zaprojektowana pod wiatr

Taipei 101 to 508-metrowa wieża o 101 kondygnacjach, ukończona w 2004 roku, z pięciokondygnacyjną częścią podziemną i sześciokondygnacyjnym budynkiem handlowym u podstawy. Firma inżynierska Thornton Tomasetti, która przygotowała koncepcję konstrukcji i wstępne projekty dla pracowni C.Y. Lee Architects, opisuje usztywniony rdzeń z wieloma wysięgnikami (outriggerami) i wieżę złożoną z ośmiu powtarzalnych modułów po osiem kondygnacji, węższych u dołu i szerszych u góry.

Podaje też, że kształt elewacji dopracowano wspólnie z architektem i specjalistą od aerodynamiki budowli tak, by zmniejszyć siły wiatru, bo Tajpej leży w rejonie narażonym na tajfuny. Na wypadek trzęsień ziemi projekt przewiduje ramy momentowe na obwodzie i specjalne połączenia w rdzeniu.

Jeden tłumik, trzy liczby

Źródła podają różne masy tłumika. Księga rekordów Guinnessa uznaje za największy strojony tłumik masowy ten w Taipei 101, o masie 660 ton. Thornton Tomasetti pisze o tłumiku o masie 730 ton (short tons) zawieszonym na 92. piętrze. Motioneering, firma, która zaprojektowała, zbudowała i zainstalowała tłumiki, wymienia 600-tonowy tłumik wahadłowy i dwa tłumiki po 4,5 tony w iglicy.

Część różnicy może wynikać z jednostek: 730 amerykańskich ton krótkich to około 662 ton metrycznych. Liczby 660 ton metrycznych używają też oficjalna platforma turystyczna Tajpej i badacze z Academia Sinica, którzy badali wieżę. Ponieważ źródła nie zgadzają się dokładnie, ten przewodnik nie wybiera jednej liczby.

Źródła nieco różnią się też co do położenia: według Guinnessa tłumik znajduje się między 87. a 92. piętrem, zawieszony na mocowaniach na 92. piętrze, a według publikacji Academia Sinica kula wisi między 87. a 91. piętrem.

Jak jest zbudowany

Oficjalna platforma turystyczna Tajpej opisuje tłumik jako kulę o średnicy 5,5 metra, złożoną z 41 warstw blachy stalowej o grubości 12,5 centymetra każda, zawieszoną od 92. do 87. piętra. Według Księgi rekordów Guinnessa zaprojektowała go firma Motioneering, a zbudowała A+H Custom, obie z Kanady; może przesunąć się nawet o 1,5 metra.

Największe zarejestrowane wychylenie, 1 metr, nastąpiło podczas tajfunu Soudelor w sierpniu 2015 roku, gdy w Tajpej wiało z prędkością około 160 kilometrów na godzinę.

Wiatr i trzęsienia ziemi

Taipei 101 nazywa go tłumikiem wiatrowym, a komfort w silnym wietrze to jego główne zadanie. Thornton Tomasetti podaje, że zmniejsza ruchy budynku wywołane silnym wiatrem i trzęsieniami ziemi i poprawia komfort ludzi w środku.

Pomiary pokazują, jak to wygląda w praktyce. Zespół z Academia Sinica podaje, że tłumik kołysał się podczas tajfunu Longwang w 2005 roku, trzęsienia ziemi w Wenchuan w Chinach w 2008 roku i tajfunu Fanapi w 2010 roku, ale nie podczas wielkiego trzęsienia Tohoku-Oki u wybrzeży Japonii w 2011 roku, odległego o około 2500 kilometrów. Większość energii tamtych drgań pod budynkiem przypadała na rytmy wolniejsze niż własny rytm wieży, więc nie rozbujała jej mocno. Symulacja komputerowa opublikowana w „Journal of Applied Science and Engineering”, sprawdzona na wynikach badań w tunelu aerodynamicznym i pomiarach na miejscu, dała podobny obraz: tłumik bardzo skutecznie ogranicza drgania od wiatru, a słabiej te od odległych trzęsień ziemi.

Jak Tajwan mierzy te trzęsienia i tajfuny, wyjaśniają strony Jak śledzi się drżenie ziemi i Jak czytać ostrzeżenie przed tajfunem.

Jak go zobaczyć

Tłumik widać z tarasu widokowego na 89. piętrze. Bilety i godziny otwarcia podaje strona Taipei 101, a taras na wolnym powietrzu na 91. piętrze jest otwierany w zależności od pogody (stan na 3 listopada 2026 r.). Więcej miejsc do odwiedzenia jest na stronie Podróże naukowe.