Das Taipei 101 ist das höchste bewohnte Gebäude der Welt. Aus seinen 101 Stockwerken kann man das Geschäftsviertel der Stadt überblicken. Taipei ist jedoch auch für seine Taifune und Erdbeben bekannt. Daher befindet sich in der Nähe der Spitze des Wolkenkratzers ein 660 Tonnen schweres, goldfarbenes Pendel, das dazu dient, Schwankungen und Vibrationen zu verhindern. Es ist das größte und schwerste Pendel dieser Art weltweit.
Viele Wolkenkratzer besitzen aus dem gleichen Grund diese Geräte, die man als Schwingungstilger bezeichnet, doch das Taipei 101-Pendel ist etwas besonderes, da es besichtigt werden kann (Abbildung 34.1). Es hängt zwischen dem 87ten und 91ten Stockwerk. Im 88ten und 89ten Stockwerk sind entsprechende öffentliche Aussichtsbereiche vorhanden. Das Pendel ist sogar vom Restaurant und der Bar aus zu sehen. Zwei andere Schwingungsdämpfer an der Spitze des Gebäudes sind nicht öffentlich zugänglich und mit jeweils 6 Tonnen vergleichsweise klein.
Das Pendel
Ein überraschender Aspekt bei Pendeln ist der, dass die Periodendauer (die Zeit, die zum Vor- und Zurückschwingen benötigt wird) nicht von der Größe des Pendelgewichts (das am Ende des Pendels hängt) abhängig ist. Der bedeutende niederländische Wissenschaftler (und Erfinder der Pendeluhr) Christiaan Huygens entdeckte, dass die Pendelfrequenz allein von der Länge abhängt: je länger das Pendel, desto länger die Periodendauer.
Solange der Startwinkel Θ klein ist (unter 60°), schwingt das Pendel mit der gleichen Periode vor und zurück, unabhängig vom Gewicht und dem Startwinkel (Abbildung 34.2). Dies wurde erstmals von Galileo Galilei entdeckt und von Huygens weiterentwickelt. Niemand dachte dabei an die Stabilisierung von Gebäuden, sondern an die Herstellung von Uhren. Auf Grundlage der Tatsache, dass die Bewegung eines Pendels ausschließlich von Gewicht und Winkel unabhängig ist, kann man dafür sorgen, dass das Pendel ständig schwingt. Es kann durch einen Mechanismus (etwa eine Feder) bewegt werden, ohne dass sich die Periodendauer in irgendeiner Weise ändert. So kann dann letztendlich die Zeit angezeigt werden.
Huygens entdeckte die Formel, die die Beziehung der Periode T eines Pendels zur Länge L und der Gravitation g beschreibt (Gleichung 34.1).
Stellt man die Gleichung um, kann man die Länge eines Pendels bestimmen, die für eine bestimmte Frequenz benötigt wird (Gleichung 34.2).
Da die Erdanziehung g bei 9.81 ms–2 liegt, muss ein Pendel mit einer Periode von einer Sekunde 25 Zentimetern lang sein, gerade richtig für eine Kaminuhr.
Das Pendel im Taipei 101 muss der Gebäudefrequenz von sieben Sekunden entsprechen. Nach Huygens Gesetz muss es dazu etwa 12 Meter lang sein. Dies tut es auch und erstreckt sich daher über vier Etagen.
Die Kugel besteht aus 41 Stahlplatten mit einer Größe von 12,5 Quadratzentimetern, die zu einer Gesamtgröße von 5,5 Quadratmetern verschweißt wurden. Sie ist mit dem Gebäude über 8 Stahlseile verbunden, von denen jedes das gesamte Gewicht der Kugel halten kann. Im normalen Gebrauch kann sich die Kugel um bis zu 35 Zentimeter bewegen und dämpft die Gebäudevibration um 40%. Bei einem großen Taifun kann sich die Kugel um bis zu 1,5 Meter bewegen. Hydraulische Stoßfänger unter der Kugel absorbieren deren Energie und verhindern, dass sich die Kugel zu weit weg bewegt.
Schwankt das Gebäude in eine Richtung, wirkt die Kugel dem entgegen, indem es in die andere Richtung schwingt. Die Bewegung der Kugel drückt (und zieht) an den hydraulischen Stoßfängern, die sich aufheizen und die Bewegungsenergie des Gebäudes absorbieren. Die Feineinstellung des Pendels erfolgt über die Länge der Seile. Die Schwingungsdauer des Pendels (die Zeitspanne, die es braucht, um vor und zurück zu schwingen) kann entsprechend der Bewegung des Gebäudes eingestellt werden.
Das Gebäude schwingt mit einer bestimmten Periodendauer vor und zurück: wenn der Wind es in eine Richtung bläst, versucht es aufgrund der Steifigkeit der Konstruktion wieder in eine aufrechte Position zu gelangen. Die Periodendauer oder Schwingungsdauer des Taipei 101 liegt bei etwa sieben Sekunden und die goldene Kugel ist auf die Sieben-Sekunden-Periode eingestellt, so dass die natürliche Bewegung des Gebäudes aufgehoben wird. Durch die Kontrolle der Bewegung des Wolkenkratzers wird der Komfort für die Mieter der höheren Etagen etwas erhöht (die anderenfalls in einem Gebäude arbeiten würden, das sich um bis zu 12 Zentimeter seitwärts bewegt). Außerdem werden der Verschleiß und die Materialermüdung des Gebäudes verringert.
Bei normalen Windbedingungen muss man schon genau hinsehen, um die Bewegung der Kugel zu erkennen. Wenn sich die Kugel heftig bewegt, wird es Zeit Ihren Besuch zu beenden!
Besucherinformationen zum Taipei 101 sind auf der entsprechenden Website auf Englisch verfügbar: http://www.taipei-101.com.tw/. Das Observatorium (von dem aus man die Kugel sehen kann) ist täglich von 10 Uhr morgens bis 10 Uhr abends geöffnet. Die Tickets kosten 400 Taiwan-Dollar (etwa 8,50 €). Nachdem Sie sich das Pendel angeschaut haben, sollten Sie noch die Aussichtsplattform in der 91. Etage besuchen, die einen spektakulären Blick aus 390 Metern Höhe bietet.