В авиационном ангаре в Майами инженеры воссоздают одни из самых мощных ураганов, когда-либо обрушившихся на Землю. Штормы категории 5, которые могут разрушить испытательное здание в мгновение ока.
Однако гигантские вентиляторы, которые их создают, недостаточно сильны, чтобы идти в ногу с природой.
Когда инженеры построили испытательный комплекс Стена Ветра 10 лет назад в Международном университете Флориды их вдохновил ураган Эндрю, чудовище, опустошившее Южную Флориду в 1992 году.
Объект был спроектирован для проверки способности сооружений противостоять ураганам со скоростью до 160 миль в час (257 километров в час). Сейчас мы наблюдаем такие события, как ураган «Дориан», который разрушил кварталы на Багамах с ветром скоростью 296 миль в час в 2019 году, и ураган «Патриция» со скоростью ветра 346 миль в час у побережья. Мексики в 2015 году.
Исследования показывают, что тропические штормы и ураганы увеличение интенсивности по мере изменения климата и повышения температуры океана и воздуха. Проектирование домов и инфраструктуры, способных противостоять будущим ураганам, таким как «Дориан», потребует новых испытательных мощностей, которые значительно превосходят сегодняшние возможности для будущих ураганов 6-й категории (сегодня мы застряли на 5-й категории).
Стена ветра
В настоящее время в одном университете США имеется только одна полномасштабная испытательная установка, способная генерировать ветры категории 5. И это Стена Ветра.
На одном конце конструкции находится изогнутая стена из 12 гигантских вееров, каждый ростом со среднего человека. Работая вместе, они могут имитировать ураган со скоростью 250 километров в час (160 миль в час). Струи воды имитируют дождь с ветром. С другого конца здание выходит на большое поле, где инженеры могут увидеть, как и где разрушаются конструкции и куда разносят обломки ураганами.
Мощные штормы, созданные здесь, позволяют исследователям исследовать слабые места в конструкции и дизайне, отслеживать отказы, которые каскадом проходят через здание, и тестировать инновационные решения в реальных условиях шторма. Камеры и датчики фиксируют каждую миллисекунду, когда здания, кровельные материалы и другие объекты ломаются или, что не менее важно, не разрушаются.
Цель? Помогите строителям и проектировщикам снизить риск повреждений.
Уроки ураганных испытаний
Тестирование на аналогичных объектах полностью меняет представление о том, как реагировать на стихийные бедствия и как устроены объекты. Среди фундаментальных открытий то, что конструкция может разрушиться менее чем за секунду, если ветер проникнет в ее самое слабое место.
Когда ураган Дориан обрушился на Багамы, многие плохо построенные дома превратились в осколки, создав еще одну проблему. Когда здание ломается, соседние дома, построенные так, чтобы выдерживать более сильные ветры, также попадают в беду: испытания в ветровой стене показали как обломки одного здания при непрерывном ветре со скоростью 200 км/ч (130-140 миль в час) и более могут разрушить следующее здание, а за ним и следующее, как домино.
Крыша часто является самым слабым звеном. Крыша под действием подъемной силы во время шторма, поэтому ветер, ударяющий о поверхность здания, должен иметь возможность ускользнуть. Когда ветер сталкивается с объектами на этом пути, он может нанести ущерб.
Новые проекты улучшают то, как здания выдерживают экстремальные ветры. Например, штормы и ураганы могут создавать мощные водовороты который, как штопор на винной бутылке, может оторвать кровельный материал и в итоге поднять саму крышу. Недавно разработанное устройство рассеивает ветер ураганов, а также производит энергию: это одно из ветровая турбина горизонтальный спуск по краю крыши.
Даже форма зданий он может представлять собой точку слабости (или силы). Не случайно я более современные небоскребы избегайте острых углов. Тесты показывают, что ребра более трапециевидный или закругленные могут уменьшить давление ветра на здания.
Следующие испытания: ураганы скоростью более 300 в час и штормовые нагоны.
По мере того, как инженеры получают новые знания в ходе испытаний, природа ураганов меняется по мере того, как планета нагревается.
Более высокие температуры, вызванные выбросами парниковых газов, позволяют воздуху удерживать больше влаги, а более теплые моря дают больше энергии для штормов. Uno исследование оценивается что следующие ураганы могут быть сильнее 13%, медленнее 17% (это плохие новости) и влажнее 34%.
Вот почему они разработаны новые структуры для испытаний зданий на устойчивость к ураганам со скоростью до 322 км/ч (200 миль в час), а также с водными бассейнами для проверки воздействия штормовых нагонов с волнами высотой до 6 метров (20 футов). Компьютеры могут моделировать результаты, но они должны быть проверены с помощью физических экспериментов. Новые структуры позволят нам моделировать множество компонентов, взаимодействующих при урагане.
Аварийные испытания и ветровая стена помогают сделать дома безопаснее – теперь мяч на стороне домовладельцев. Им предстоит выявить слабые места своих структур и «укрепить их».
