האור שבקצה המנהרה: כיצד עובד תהליך בדיקת עומסים במנהרת רוח?

"רוח יוצרת כוחות אופקיים על מבנים ואלה משפיעים גם על יציבות המבנה - על הקונסטרוקציה ועל היסודות שלו, וגם על חזיתות המבנה, כלומר הזיגוג או האבן העוטפת את החזית. השפעת הרוח גוברת ככל שהבניין גבוה יותר ובייחוד כשמדובר ברבי קומות מעל 100 מטר או במבנים בעלי גיאומטריה לא רגילה. רוב הפרויקטים שהם כאלה, ממוקמים היום על פי רוב באזור תל אביב. זהו אזור יחסית נוח מבחינת כוחות אופקיים מרעידות אדמה ולכן הרוח מקבלת עוד מרכיב חשוב לתכן הבניין".

הדובר הוא נדב גוברין, מנהל פרויקט מ"וקסמן גוברין גבע". הוא עבד על פרויקטים שבמסגרתם נדרש לבדוק האם הבניינים עומדים בעומסי הרוח הצפויים להם לכשיקומו.

>> הצטרפו לקהילות המקצועיות שלנו ב-WhatsApp ושנו את התרבות בענף הבנייה

פרויקט ארלוזורוב 17 והסביבה במנהרת הרוח

אבל לא רק הוא מודע לחשיבות הגדולה של סוגיית הרוח. "כל בניין גבוה צריך לעמוד בחישוב עומס רוח", אומר צחי אהרוני, מהנדס ראשי ב"דן נדל"ן". "התקן הישראלי מחמיר באופן יחסי בדרישות לעומסי רוח. קיימת אפשרות בתקן לתכנן את הבניין עם עומס רוח נמוך יותר, בתנאי שהפרויקט עבר בדיקה במנהרת רוח".

דבריו של אהרוני, לצד אלה של גוברין, פותחים את הצוהר לעולם המרתק של מנהרות הרוח, הליך ייחודי שבו מודל של מבנה גבוה מוכנס למנהרת רוח במטרה לבדוק את השפעות עומסי הרוח עליו. זהו הליך שתופס תאוצה בישראל והרעיון מאחוריו הוא לדעת כיצד משפיעות הרוחות על היושבים בדירות או במשרדים.

"ניתן לבדוק את השפעת הרוחות על מבנים ב-2 אפשרויות: או ע"י מודל ממוחשב, או ע"י מודל פיזי במנהרת רוח", מחדד גוברין. "לכל שיטה יתרונות וחסרונות, והדבר הראשון שאנו עושים הוא להציגם מול מזמין העבודה. אנו נותנים את חוות דעתנו המקצועית הודות לניסיוננו בפרויקטים דומים ומניסיון הנדסי בתחום. במידה ומזמין העבודה מחליט שהוא מעוניין בבדיקה כזו, אנחנו מתקשרים עם מעבדה הנמצאת בחו"ל, מספקים את הנתונים ומתחילים בתכנון. עדיף עד כמה שניתן לשלב בדיקות אלה בתחילת תהליך התכנון, שכן בשלב זה יש השפעה גדולה יותר על הבניין ועל הגיאומטריה שלו".

במאמר שפרסמנו בעבר כאן ב-CivilEng, בחנו אנליזות זרימה לצורך ניתוח עומסי רוח הפועלים על מבנים. הפעם ננסה להבין כיצד מתבצע ההליך עצמו, הן מצד הלקוח שאמון על הפרויקט והן מצד היועצים שמתמחים בבדיקת הפרויקטים במנהרות הרוח.

פרויקט תאומי רובינשטיין במנהרות הרוח

"העבודה בתל אביב - מרגשת ומסעירה"

כדי להבין יותר לעומק איך מתבצע הניסוי, חברת RWDI, הנותנת שירותי ייעוץ בתחומים הנדסיים שונים ומתמחה בבחינת עומסי רוח על מבנים ממודלים, סיפקה לנו הצצה לתהליך. במטה הלונדוני של החברה ממדלים את הפרויקטים שעליהם נדרשת הבדיקה. הלקוח שולח את המיקום המדויק של הפרויקט, לרבות מידע על פרויקטים עתידיים שאמורים להיבנות בסביבה הקרובה.

לגארי קלארק, מנהל פרויקט בכיר ב-RWDI, יש הרבה מחמאות על הישראלים שמולם עבד. "היה לי העונג לעבוד על פרויקטים רבים בתל אביב", הוא אומר. "אני חייב לומר שבתור אחד שעבד בכל העולם, העבודה שעשינו בתל אביב מרגשת ומסעירה. הבניינים שם גדלים עוד ועוד אבל באותה נשימה הם גם מתוכננים בהרבה מחשבה ומבוצעים היטב".

מתי בעצם פונים אליכם? מתוך איזה שיקולים?

"כשצוות המתכננים עובד על פרויקט חדש יש לא מעט שיקולים כדי שהוא יהיה מוצלח. אחד מהם הוא הרוח. יש פקטורים שונים הקשורים לרוח שחייבים לקחת בחשבון בייחוד כשמדובר במגדלים או באשכול מבנים. אחד מהפקטורים האלה הוא עומסי הרוח על המבנה, על החזית ועל נוחות המשתמש".

"מהצד שלנו כלקוח, אחרי שהעברנו את הגיאומטריה של הבניין למהנדסים במעבדה, אנו מעבירים קואורדינטות ארציות שמראות את מיקום המבנה לצורך חישוב מהירות רוח בסיסית, וכן מעבירים מידע עתידי על האזור שבו הבניין עומד להיות מוקם", מוסיף גוברין. "המידע על מבנים שכבר בביצוע או על תכניות מאושרות לעתיד, מאפשר לבחון במעבדה גם את המצב הקיים של המבנה וגם מה יהיה בעתיד, שכן משטר הרוחות מושפע מאוד ממבנים סמוכים".

בדיקה עם ובלי בניינים עתידיים

קלארק, כיצד התהליך אצלכם עובד, מקצה לקצה?

"אנחנו מתחשבים במספר הגבלות הקשורות למבנה. למשל, כשמתחשבים בעומסי רוח יש לתכנן מבנה בגובה עד 200 מטר ובעיצוב פשטני יחסית. אלא שהבניינים אצלכם בתל אביב אינם מתוכננים בצורה פשטנית וגובהם לעתים מעל 200 מטר. ב-RWDI אנחנו לוקחים מודל תלת ממדי של הבניין מהאדריכל ובונים ממש פיזית את המבנה בתוך הסביבה שלו. אחר כך נבחן במנהרת רוח את הדגם כדי לקבוע את העומסים על המבנה עצמו מבחינת קונסטרוקציה, את הלחצים על החזית ואת מהירות, תדירות וכיווני הרוח בהקשר נוחות המשתמש בבניין ובסביבתו".

קלארק מדגיש שבאמצעות מודל ממוחשב אי אפשר להגיע לתוצאות דומות. "אם עובדים על עיצוב מוקדם או תכנון מאסטר, שימוש באמצעים ממוחשבים יכולים לסייע לקבוע תבניות של רוח", הוא אומר, "אבל אי אפשר להשתמש בזה כדי לקבוע עומסי רוח על המבנה. מסיבה זו אנו משקיעים במנהרות רוח וכך אפשר להגיע לרמת דיוק שלא היתה אפשרית בעבר. כמו כן, בבדיקה במנהרת רוח מודדים תוצאות בשל 36 כיווני רוח ואפשר לבצע איטרציות של העיצובים במהלך יום אחד ואחר כך גם לקבל את התוצאות באותו יום".

כשאתם ממדלים את הפרויקט, באילו פרמטרים אתם משתמשים?

"המודלים שאנחנו מייצרים מתבססים על גודל הבניין והמיקום שלו. לאחר שקיבלנו מודל מהאדריכל אנחנו מגדילים את המבנה באמצעות מדפסת תלת ממד. אנחנו נוטים לעבוד בקנה מידה של 1:300 או 1:400. על המודל שהגדלנו אנחנו מתקינים רכיבים שמאפשרים לנו למדוד נתונים ומידע. לאחר איסוף המידע אנחנו מנתחים אותו. בהקשר סביבת המבנה, אנו זקוקים לה כדי להבין את זרימה הרוח ולכן אנחנו בונים דגם פשוט מאוד של מה שמסביב לבניין".

פרויקט ארלוזורוב 17, בדיקת נוחות המשתמש

מטייבים את התכנון תוך כדי הניסוי

בחזרה ללקוח, אהרוני מספר כי התוצאות מסייעות מאוד להמשך. "התוצאות משקפות ברמה מיטבית את המציאות ומאפשרות ליזם ולמתכננים ללמוד את נקודות החולשה של הבניין ביחס לרוח וכיצד יש לחזקן", הוא אומר. "עלות הבדיקה במנהרת הרוח מסתכמת בכמה עשרות אלפי דולרים".

גוברין מספר כי מצד הלקוח, יש יתרון בלהיות במעבדה בלונדון שכן מטייבים את הניסוי. "המודל יושב על שולחן עגול מול מפוח והשולחן מסתובב על צירו", הוא מגלה. "בצורה כזו, מתקבלות תוצאות הרוח על כל חזיתות המבנה. לאחר ניתוח התוצאות, הצוות המתכנן מקבל דוח ראשוני והמלצות המעבדה להמשך התכנון. התהליך הוא איטרטיבי – כשיש תוצאות גבוהות מדי או גבוליות, ניתן בתיאום עם האדריכל לבצע שינויים במבנה ולהכניס את המודל למנהרה לבדיקה נוספת. כך למעשה מטייבים את התכנון ומקבלים תוצאות לחצים על החזיתות ומהירויות באזורי השהייה של האנשים. בשל אופי התהליך, מומלץ שהצוות המתכנן ייסע למעבדה, שם דנים על פתרונות. ביקור במעבדה אורך יום עד יומיים, והמעבדה מקצה את הזמן הזה עבור הפרויקט. כאמור, היתרון הוא שניתן על המקום להוסיף או לשנות פרטים במבנה, פשוט ע"י הדבקת פרטים חדשים פיזית על המודל. פרטים אלה יכולים לכלול עצים, ספסלים, פרגולות, מרפסות וכו'. בכל פעם אחרי שינוי כזה מריצים שוב את המבנה במנהרה, מקבלים תוצאות חדשות ובוחנים אותן, וחוזר חלילה. אם עדכון והרצה מחודשת במודל ממוחשב אורכת ימים, הרצה כזו במנהרה אורכת חצי שעה.

מה עושים אחרי שמקבלים את התוצאות? האם חוזרים על הניסוי לאחר שמתקנים את מה שצריך לתקן?

אהרוני: "אחלק את התשובה שלי לשניים: תחילה, לאחר קבלת עומסי הרוח על הבניין, מתייחסים לתוצאות של הניסוי ומבינים את המשמעויות. בהתאם לכך, מבצעים שינויים בתכנון בצורה הטובה ביותר, שלוקחים בחשבון את עומסי הרוח. שנית, יש את עניין הפיתוח. כשמקבלים את התוצאות ומבינים את נוחות המשתמש ניתן לייצר פתרונות מקומיים, למשל שתילת עצים. לאחר מכן ניתן לחזור על הניסוי כדי לראות אם הפתרון עובד. באחד מהפרויקטים שלנו לדוגמה, ארלוזורוב 17, הוספנו עצים במקומות בעיתיים והוספנו שמשיות בבריכה כדי להקטין את השפעת הרוח שיורדת מחזיתות הבניינים".

גוברין: "סדנה כזו מאפשרת בזמן קצר מאוד לקבל מספר רב של אפשרויות ופתרונות, כך שניתן לדייק את המבנה. לאחר מכן, האדריכלים מוסיפים לתוכניות את הפתרונות המיטביים שהוצגו, והמתכננים מקבלים תוצאות סופיות לתכנון הבניין".

אנליזות זרימה לצורך ניתוח עומסי רוח הפועלים על מבנים >>