Kenapa Bangunan Tinggi Bergoyang Ketika Serangan Angin Kencang?

913

Adakah anda mempunyai pengalaman ketika berada didalam bangunan tinggi samada di kondominium, bangunan pejabat sewaktu cuaca hujan dan angin ribut, anda terlihat bangunan seakan-akan bergoyang ataupun jika anda ke bilik air sewaktu cuaca ini anda terperasan akan air didalam lubang mangkuk tandas berkocak ke kiri dan kekanan?

Sudah tentu anda akan terfikir kenapa bangunan tinggi ini bergoyang di dalam angin yang kuat, bukankah jurutera yang membina bangunan tersebut tidak terfikirkah untuk membina sebuah bangunan tinggi yang tidak bergerak didalam angin dan stabil? Kenapa perlu bergoyang? Bukankah bangunan tinggi yang dibina elok tidak bergoyang sana sini ke waktu angin kencang melanda sewaktu hujan ribut.

Perasaan ini sudah pasti menyebabkan anda berasa tidak selamat, dan memikirkan bahawa bangunan tersebut tidak stabil dan tidak dibina dengan elok. Didalam artikel ini, saya akan mengupas mengapa bangunan tinggi bergoyang didalam angin ribut yang kencang malahan terdapat bangunan tinggi yang mampu bergoyang dengan jelas jika dilihat dari aras jalan sewaktu gempa bumi dan angin kencang? Seram bukan?

Peningkatan populasi umat manusia di negara menjadi masalah besar di ruang tanah yang sempit, oleh itu para arkitek dan jurutera akan terus merancang, merekabentuk dan membina bangunan yang makin tinggi dan besar serta mampu memuatkan umat manusia di kawasan padat penghuni dimana nilai tanah teramatlah tinggi.

Namun, setiap rekabentuk yang direka haruslah mempunyai keupayaan yang mampan mampu menghadapi sebarang cuaca yang berlaku dinegara ini. Sebagai contoh, jika anda melihat bangunan pencakar langit seperti Menara berkembar Petronas (KLCC), anda akan terperasan bentuknya seakan-akan pensel dan makin tirus ditingkat paling atas.

Dan sudah tentunya anda terfikir rekabentuk tersebut hanyalah estetika tiada fungsi melainkan sebagai konsep islamik atau kemodenan senibina di ibu kota. Namun, sebenarnya, rekabentuk tersebut mempunyai fungsi lebih selain dari hiasan semata-mata.

Fenomena akibat angin kencang yang dikenali sebagai “Vortex shedding” ini memperkuatkan lagi kesan goyangan bangunan akibat angin kencang. Jika dihari biasa, angin yang bertiup ini tidak memberikan apa-apa kesan, namun perkara lain terjadi apabila fenomena tersebut terjadi sewaktu angin kencang.

Bangunan yang tinggi akan bergoyang lebih kuat dan peningkatan dari kelajuan angin kencang akan menghasilkan pusaran angin skala kecil di penjuru bangunan, mempertingkatkan lagi goyangan bangunan. Meskipun perkara ini akan terjadi, jurutera dan arkitek sedaya upaya merekabentuk bangunan yang dapat mengurangkan daya goyangan dikenakan.

Reka bentuk bangunan masakini juga mengimplementasikan teknik seperti “tapering” iaitu meniruskan permukaan bangunan diatas bagi mengurangkan kesan daya angin dikenakan pada bangunan. Permukaan bangunan yang luas akan meningkatkan kesan goyangan akibat angin dikenakan pada bangunan oleh itu, usaha ini dapat mengurangkan goyangan dan perasaan tidak keselesaan penghuni yang berada didalam bangunan

Burj Khalifa, setinggi 828 Meter, mempunyai puncak yang tirus serta permukaan bangunan yang lebih larus untuk menahan dari ribut pasir di Dubai, Emiriah Arab Bersatu

Sepatutnya, bangunan tinggi dan besar sudah tentunya bergerak sewaktu didalam angin kencang. Jika dibandingkan dengan bangunan kecil seperti Menara condong Teluk Intan ataupun sebuah rumah flat lima tingkat yang biasa, anda tidak akan terperasan sebarang pergerakan yang berlaku akibat tiupan angin serta goyangan nya oleh kerana ketinggiannya yang tidak terlalu tinggi.

Namun diingatkan bahawa setiap sebatian bahan didalam pembinaan struktur sudah tentunya akan berubah bentuk (deform) jika dikenakan daya, tiada bahan yang tidak berubah sifatnya jika dikenakan sesuatu daya. Pergerakan akibat angin  kencang pada pencakar langit  akan menyebabkan penghuni didalam bangunan tersebut berasa tidak selamat, loya dan muntah akibat mabuk pergerakan (motion-sickness) dan menimbulkan perasaan kerisauan yang maksimum (takut akan bangunan runtuh bila-bila masa). Untuk mengurangkan lagi persepsi dan kesan buruk hayunan bangunan, jurutera dan arkitek turut merekabentuk bangunan yang lebih bersifat larus (streamlined) tidak banyak berbucu.

Permukaan bangunan tinggi dan pencakar langit yang berpenjuru tajam merupakan reka bentuk yang amat tidak praktikal sewaktu angin kencang, peningkatan pusaran angin (wind vortex) yang terhasil akibat angin kencang yang melalui setiap penjuru bangunan ini akan menyebabkan struktur bergoyang lebih kuat, melemahkan intergriti struktur meningkatkan kebarangkalian struktur mengalami kerosakan seperti tingkap yang pecah akibat angin yang kuat.

Oleh itu arkitek akan mereka bentuk pencakar langit yang mempunyai penjuru yang lebih “lembut” dan berbentuk lebih bulat, dengan itu daya angin dapat disebarkan dengan lebih selamat dan tidak terus meniup kuat pada permukaan bangunan. Jika melihat kembali reka bentuk Menara Berkembar Petronas yang bulat bergeometri dan unik, rekabentuknya sendiri mampu mengurangkan kekuatan angin yang dikenakan pada struktur.

Sewaktu pembinaan KLCC,  majoriti bahan binaannya adalah dari konkrit yang diperkukuh. Ini kerana Malaysia bukanlah pengeluar keluli secara besar-besaran seperti Amerika Syarikat sewaktu itu, walaupun ini merupakan masalah diawal pembinaan menara tersebut akibat berat struktur yang besar, namun gabungan rekabentuk unik serta berat konkrit diperkukuh bangunan yang amat berat secara drastiknya mengurangkan hayunan bangunan didalam angin ribut.

Terdapat lubang-lubang ditengah bangunan kondominium di Hong Kong, selain dari mengurangkan kesan hayunan akibat angin kuat terhadap bangunan. Dipercayai oleh penduduk Hong Kong bahawa pembuatan lubang disengajakan ini adalah sebab Feng Shui iaitu “Naga dari gunung perlu terbang terus kedalam tanpa halangan dan terus memasuki air” Meningkatkan aliran tuah dan kekayaan mengikut kepercayaan mereka. Meskipun kelihatan aneh, namun itu yang terjadi di bangunan-bangunan di Hong Kong

Sesetengah bangunan juga terdapat “bukaan” atau  “lubang” ditengah struktur. Jika dilihat, ia seakan hiasan semata-mata seperti tiada fungsi sebenar selain untuk pengudaraan penghawa dingin serta laluan pengudaraan. Namun, jangan tertipu dengan ketiadaan fungsi sebenar, kerana ia sebenarnya memang mempunyai fungsi mustahak yang mampu mengurangkan bangunan dari bergoyang kuat didalam angin kencang.

“Wind Breaker’ atau pemecah angin ini merupakan ruang bukaan pada struktur pencakar langit yang dibuat secara sengaja untuk membenarkan udara melaluinya  berbanding menghalangnya. Dengan membiarkan udara melintasi bangunan melalui bukaan yang besar, secara signifikan nya ia dapat mengurangkan lagi kesan goyangan dan serta meningkatkan keselesaan penghuni bangunan. Melalui pembukaan ruang ini ditengah bangunan pencakar langit, bukan sahaja goyangan dikurangkan malahan kos pembinaan dapat dijimatkan, dengan ketiadaan binaan pada ruangan tersebut.  

Lakaran oleh saya menunjukkan kesan negatif angin terhadap bangunan dapat dikurangkan jika pemasangan peredam dan “wind-breaker” dibuat. Menyelamatkan kos pembaikpulihan dan kerosakan struktur yang signifikan selain dari keselesaan penghuni, struktur akan bergoyang dengan lebih kuat jika peranti ini tidak dipasang (bangunan di belah kiri gambar)
Apabila ketiadaan “wind-breaker” ataupun bangunan yang direka mempunyai bucu atau penjuru yang tajam,tiupan angin kencang akan diperbesarkan dengan fenomena “Downdraught effect”, yang mengakibatkan angin kencang yang terkena pada permukaan bangunan tiada arah untuk pergi melainkan diatas permukaan tanah, menyebabkan ribut angin yang kuat untuk para pejalan kaki dan menerbangkan peralatan dan orang yang berada dibawah. -Kredit imej Thinkstok BBC-

Akhir sekali,Sistem pertahananterakhir yang aktif yang terdapat di bangunan tinggi dan pencakar langit ialah dikenali sebagai peredam ataupun Tuned Mass Damper atau juga dikenali sebagai peredam harmonik. Peredam mempunyai pemberat dengan jisim yang besar. Kandungan isipadu seperti minyak digunakan untuk melawan/meredam pergerakan bangunan, selin itu ia diisi dengan air terutamanya seperti di dalam tangki.

Peredam ini akan diletakkan di tingkat paling atas menara selalunya dibahagian tersembunyi seperti ruangan mekanikal ataupun servis menara. Sewaktu kejadian angin taufan mahupun gempa bumi, menjadi kebiasaan untuk sesebuah pencakar langit untuk bergoyang, namun kehadiran peranti ini dapat mengurangkan goyangan sebanyak 30 ke 40 peratus. Perbezaan ketara dan mampu meningkatkan keselesaan penghuni didalam bangunan.

Walaupun kebanyakan peredam direka tersembunyi dari pandangan umum, namun ini tidak berlaku pada Taipei 101. Peredam ini tergantung pada tingkat 87 dan 92 menara Taipei 101. Peredam seberat 720 Tan ini digantung bersama dengan 8 kabel yang amat kuat ini dibina dengan kos sebanyak 4 Juta Dollar Amerika. |

Nilai yang amat banyak, namun sewaktu kejadian gempa bumi yang kuat pada tahun 2008 Sichuan, bebola peredam gergasi ini bergerak kekiri kanan dan menyerap daya gegaran, menyelamatkan bangunan tersebut dari kerosakan struktur. Anda boleh menyaksikan video bebola gergasi ini bergerak :

https://www.youtube.com/watch?v=ohKqE_mwMmo

Bebola peredam ini tergantung dari tingkat 92 ke 87 menara Taipei 101
Bebola peredam bewarna emas yang gergasi  ini menjadi tarikan di Menara Taipei 101 setinggi 501 meter. Ia juga mempunyai maskot nya yang tersendiri. Iaitu “Damper Baby”, nama yang kelihatan comel bukan?

RUJUKAN:

https://bsbgroup.com/blog/the-mechanism-and-applications-of-tuned-mass-damper-tmd/

https://www.quora.com/How-much-do-skyscrapers-sway-back-and-forth-on-windy-days

https://science.howstuffworks.com/engineering/structural/skyscraper4.htm

https://gizmodo.com/video-the-tallest-apartment-building-in-america-sways-1651431417

Komen yang ditutup, tetapi jejak balik dan ping balik terbuka.