Eine „Windwand“, die Hurrikanwinde der Kategorie 5 erzeugt. Margi Rentis / Florida International University
In einem Flugzeughangar in Miami stellen Ingenieure einige der stärksten Hurrikanwinde nach, die je auf Land getroffen sind. Diese Kategorie 5 Winde können ein Testgebäude im Handumdrehen zerstören.
Aber sie sind nicht mächtig genug, um mit der Natur Schritt zu halten.
Als Ingenieure das bauten Windwand Testeinrichtung vor 10 Jahren an der Florida International University, inspiriert von Hurrikan Andrew, ein Monster von einem Sturm, der 1992 Südflorida verwüstete.
Die Anlage wurde entwickelt, um die Fähigkeit von Strukturen zu testen, Windgeschwindigkeiten von bis zu 160 Meilen pro Stunde 257 Kilometer pro Stunde standzuhalten. Jetzt sehen wir solche wie Hurrikan Dorian, das 2019 Nachbarschaften auf den Bahamas mit Windgeschwindigkeiten von 184 mph 296 km/h zerfetzte, und Hurrikan Patricia , mit Windgeschwindigkeiten von 346 km / h vor der Küste Mexikos im Jahr 2015.
Studien zeigen, dass tropische Stürme Anstieg der Intensität Wenn sich das Klima ändert und die Meeres- und Lufttemperaturen steigen. Die Gestaltung von Häusern und Infrastrukturen, die zukünftigen Stürmen wie Dorian standhalten, wird neue Testeinrichtungen erfordern, die die heutigen Möglichkeiten weit übersteigen – für Stürme der Kategorie 6, die unserer Meinung nach genannt werden sollten.
Die Windwand, die mächtige Hurrikane simuliert
Derzeit gibt es nur eine lebensgroße Testanlage an einer US-Universität, die in der Lage ist, Winde der Kategorie 5 zu erzeugen, die derzeit die stärkste Stärke eines Hurrikans ist. Das ist die Windwand.
An einem Ende der Anlage ist eine gekrümmte Wand aus 12 riesigen Fans, jeder so groß wie eine durchschnittliche Person. Gemeinsam können sie einen Hurrikan mit 260 km/h simulieren. Wasserstrahlen simulieren windgetriebenen Regen. Am anderen Ende öffnet sich das Gebäude zu einem großen Feld, auf dem Ingenieure sehen können, wie und woStrukturen versagen und die Trümmer fliegen.
Die mächtigen Stürme, die wir hier erzeugen, ermöglichen es uns und anderen Ingenieuren, nach Schwachstellen in Konstruktion und Design zu suchen, verfolgen Ausfälle kaskadieren durch ein Gebäude und testen Sie innovative Lösungen unter nahezu realen Sturmbedingungen. Kameras und Sensoren erfassen jede Millisekunde, wenn Gebäude, Dachmaterialien und andere Gegenstände auseinanderfallen – oder, was genauso wichtig ist, nicht versagen.
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Zehn Jahre Forschung hier haben Bauherren und Designern geholfen Reduzieren Sie das Risiko von Schäden. Das ist hilfreich, wenn Meteorologen warnen, wie für 2022, einer geschäftigen Hurrikansaison mit mehrere große Hurrikane.
Lehren aus Hurrikantests
Wir haben gefunden in zerstörenden Tests dass eine Struktur oft in weniger als einer Sekunde auseinander reißt. Alles, was es braucht, ist der Wind, der den schwächsten Punkt durchdringt.
Als der Hurrikan Dorian die Bahamas traf, waren viele weniger gut gebaut Häuser verwandelten sich in Splitter, was ein weiteres Problem schafft. Sobald ein Gebäude versagt, sind selbst nahe gelegene Häuser, die gebaut wurden, um stärkeren Winden standzuhalten, wegen der herumfliegenden Trümmer in Schwierigkeiten. Unsere Tests haben gezeigt wie Trümmer von einem Gebäude bei kontinuierlichen Winden von 130-140 mph oder mehr das nächste Gebäude zerstören können, und das dann das nächste Gebäude.
Dächer sind oft das schwächste Glied. Ein Dach ist auftriebskraft ausgesetzt Während eines Sturms muss der Wind, der auf die Oberfläche des Gebäudes trifft, entkommen können. Wenn der Wind auf Objekte in diesem Weg trifft, kann Schäden verursachen.
Neue Designs verbessern die Widerstandsfähigkeit von Gebäuden gegen extreme Winde. Zum Beispiel Stürme können mächtige Wirbel erzeugen – Winde, die fast wie ein Korkenzieher am Rand eines Gebäudes wirbeln – die das Dachmaterial abstreifen und schließlich das Dach selbst anheben können. Eine Innovation verwendet eine horizontale Windrad entlang der Dachkante, um den Wind zu zerstreuen und gleichzeitig Strom zu erzeugen, ein doppelter Vorteil.
Die Form von Gebäuden kann auch entweder Schwächen verursachen oder helfen, den Wind abzulenken. Das werden Sie am meisten bemerken moderne Hochhäuser vermeiden Sie scharfe Ecken. Tests haben gezeigt, dass eher trapezförmig oder abgerundete Kanten können den Winddruck auf Gebäude verringern.
Und mehr Sicherheit muss nicht teuer sein. Ein Experiment hat gezeigt, wie nur $250 in Upgrades war der Unterschied zwischen einem kleinen, schuppengroßen Gebäude, das einem Sturm der Kategorie 3 standhält – oder nicht. Hurrikangurte Bringen Sie einen Dachstuhl am Umfang des Hauses an. Ringschaftnägel, die Fäden um den Schaft haben, um das Holz zu greifen, können Windkräften besser widerstehen als glatte Nägel. Orkanrollläden Blockieren Sie auch Eintrittspunkte, an denen der Wind eindringen und einen katastrophalen Ausfall auslösen kann.
Die Installation ist ebenfalls wichtig und hilft zu erklären, warum Dächer, die den Anforderungen der Bauvorschriften zu entsprechen scheinen, dennoch versagen und in Hurrikans fliegen können.
Von uns durchgeführte Experimente haben gezeigt, wie ein Kantensystem – die Metallelemente zwischen Wänden und Dach – das nur einen halben Zoll zu hoch oder zu niedrig installiert ist, bei schwachem Wind vorzeitig versagen kann, obwohl das System für eine Hurrikan der Kategorie 5 . Dachdecker, die Asphaltschindeln und Dachziegel installieren, müssen möglicherweise über den aktuellen Code hinausgehen, wenn sie Kanten versiegeln verhindern, dass sie in einem Sturm versagen.
Erweiterte Tests: 200 mph Wind + Sturmflut
Während sich Ingenieure Wissen durch Tests angeeignet haben, haben die Natur der Stürme ändert sich während sich der Planet erwärmt.
Wärmere Temperaturen – angeheizt durch steigende Treibhausgasemissionen durch menschliche Aktivitäten — ermöglicht der Luft, mehr Feuchtigkeit zu speichern, und wärmere Ozeane liefern mehr Energie für Treibstoff-Hurrikane. Untersuchungen zeigen, dass größere und intensivere Stürme das sindschwerer mit Wasser und sich langsamer zu bewegen, werden die Gebiete, die sie treffen, mit mehr Wind, Sturmfluten, Überschwemmungen und Trümmern hämmern.
Eins Studie geschätzt dass, wenn der Hurrikan Ike, der Galveston, Texas, 2008 verwüstete, in dem für das Ende des 21.
Stürme wie diese sind der Grund, warum wir mit acht anderen Universitäten zusammenarbeiten, um eine neue Einrichtung entwerfen um die Konstruktion gegen Windgeschwindigkeiten von 200 mph 322 km/h zu testen, mit einem Wasserbecken, um die Auswirkungen von Sturmfluten mit einer Höhe von bis zu 6 Metern plus Wellen zu testen.
Computer können die Ergebnisse modellieren, aber ihre Modelle müssen noch durch physikalische Experimente verifiziert werden. Durch die Kombination von Wind, Sturmflut und Wellenbewegung werden wir in der Lage sein, siehe den gesamten Hurrikan und wie all diese Komponenten interagieren, um Menschen und die gebaute Umwelt zu beeinflussen.
Katastrophentests finden Wege, um Häuser sicherer zu machen, aber es liegt an den Hausbesitzern, dafür zu sorgen, dass sie die Schwächen ihrer Strukturen kennen . Schließlich ist das Zuhause für die meisten Menschen das wertvollste Gut.
Dieser Artikel wurde neu veröffentlicht von Das Gespräch unter einer Creative Commons-Lizenz. Lesen Sie die Originalartikel, von Richard Olsen, Internationale Universität Florida; Ameyu B. Tolera, Internationale Universität Florida; Arindam Chowdhury, Internationale Universität Florida, und Ioannis Zisis, Internationale Universität Florida.