ในโรงเก็บเครื่องบินในไมอามี วิศวกรกำลังสร้างลมพายุเฮอริเคนที่ทรงพลังที่สุดเท่าที่เคยมีมา ลมระดับ 5 เหล่านี้สามารถทำลายอาคารทดสอบในพริบตา
ถึงกระนั้นพวกมันก็ไม่มีพลังมากพอที่จะตามให้ทันธรรมชาติ
เมื่อวิศวกรสร้างศูนย์ ทดสอบ Wall of Windเมื่อ 10 ปีที่แล้วที่ Florida International University มันได้รับแรงบันดาลใจจากพายุเฮอริเคนแอนดรูว์สัตว์ประหลาดแห่งพายุที่ทำลายล้างเซาท์ฟลอริดาในปี 1992
โรงงานแห่งนี้ได้รับการออกแบบเพื่อทดสอบความสามารถของโครงสร้างในการต้านทานลมได้สูงถึง 160 ไมล์ต่อชั่วโมง (257 กิโลเมตรต่อชั่วโมง) ตอนนี้ เราเห็นพายุเฮอริเคนดอเรียนที่พัดถล่มย่านใกล้เคียงในบาฮามาสด้วยความเร็วลม 184 ไมล์ต่อชั่วโมง (296 กม./ชม.) ในปี 2019 และพายุเฮอริเคนแพทริเซียโดยมีความเร็วลมที่ 215 ไมล์ต่อชั่วโมง (346 กม./ชม.) นอกชายฝั่ง ของเม็กซิโกในปี ค.ศ. 2015
คนกระโดดข้ามเศษซากที่อยู่ถัดจากสิ่งที่เหลืออยู่ของบ้าน หลังคาขาดและผนังเอียง
พายุเฮอริเคนดอเรียนระดับ 5 พัดถล่มชุมชนในบาฮามาส AP Photo/รามอน เอสปิโนซา
การศึกษาแสดงให้เห็นว่าพายุโซนร้อนกำลังทวี ความรุนแรง ขึ้นเนื่องจากการเปลี่ยนแปลงของสภาพอากาศและอุณหภูมิของมหาสมุทรและอากาศสูงขึ้น การออกแบบบ้านและโครงสร้างพื้นฐานเพื่อรองรับพายุในอนาคตอย่าง Dorian จะต้องมีสิ่งอำนวยความสะดวกในการทดสอบใหม่ที่เกินความสามารถในปัจจุบัน สำหรับสิ่งที่เราเชื่อว่าควรเรียกว่าพายุหมวด 6
กำแพงแห่งลม
ขณะนี้มีศูนย์ทดสอบขนาดเท่าของจริงเพียงแห่งเดียวในมหาวิทยาลัยในสหรัฐฯ ที่สามารถสร้างลมประเภท 5 ซึ่งปัจจุบันเป็นระดับพายุเฮอริเคนที่มีกำลังสูงสุด นั่นคือ กำแพง แห่งลม
ที่ปลายด้านหนึ่งของอาคารมีผนังโค้งที่มีพัดลมขนาดยักษ์ 12 ตัวซึ่งแต่ละตัวสูงพอๆ กับคนทั่วไป เมื่อทำงานร่วมกัน พวกเขาสามารถจำลองพายุเฮอริเคน 160 ไมล์ต่อชั่วโมง การฉีดน้ำจำลองฝนที่ขับด้วยลม อีกด้านหนึ่ง อาคารเปิดออกสู่สนามขนาดใหญ่ที่วิศวกรสามารถดูวิธีการและตำแหน่งที่โครงสร้างล้มเหลวและเศษซากแมลงวัน
พายุรุนแรงที่เราสร้างขึ้นที่นี่ทำให้เราและวิศวกรคนอื่นๆ ได้ตรวจสอบจุดอ่อนในการก่อสร้างและการออกแบบ ติดตามความล้มเหลวที่ลดหลั่นกันผ่านอาคาร และทดสอบโซลูชันที่เป็นนวัตกรรมใหม่ในสภาพแวดล้อมที่ใกล้เคียงกับสภาพพายุในโลกแห่งความเป็นจริง กล้องและเซ็นเซอร์จับภาพทุก ๆ มิลลิวินาทีเมื่ออาคาร วัสดุมุงหลังคา และสิ่งของอื่นๆ แยกออกจากกัน หรือที่สำคัญไม่แพ้กัน
การวิจัยเป็นเวลาสิบปีที่นี่ช่วยให้ผู้สร้างและนักออกแบบลดความเสี่ยงที่จะเกิดความเสียหายได้ สิ่งนี้มีประโยชน์เมื่อนักพยากรณ์เตือนเหมือนที่ทำในปี 2022ถึงฤดูพายุเฮอริเคนที่พลุกพล่านซึ่งมีพายุเฮอริเคนสำคัญหลายลูก
บทเรียนจากการทดสอบพายุเฮอริเคน
เราพบในการทดสอบแบบทำลายล้างว่าโครงสร้างมักจะฉีกขาดภายในเวลาไม่ถึงวินาที เพียงลมพัดผ่านจุดอ่อนที่สุด
เมื่อพายุเฮอริเคนดอเรียนพัดถล่มบาฮามาสบ้านที่สร้างน้อยหลังจำนวนมากก็กลายเป็นเศษกระสุนทำให้เกิดปัญหาอีกอย่างหนึ่ง เมื่ออาคารพัง แม้แต่บ้านที่อยู่ใกล้เคียงซึ่งสร้างขึ้นเพื่อให้ทนต่อลมแรงขึ้นก็ยังประสบปัญหาเนื่องจากเศษซากที่ปลิวไสว การทดสอบของเราแสดงให้เห็นว่าเศษซากจากอาคารหนึ่งหลังภายใต้ลมแรง 130-140 ไมล์ต่อชั่วโมงหรือมากกว่านั้น สามารถกำจัดสิ่งปลูกสร้างถัดไป และจากนั้นนำอาคารถัดไปออกไป
หลังคามักจะเป็นจุดอ่อนที่สุด หลังคาต้องรับแรงยกระหว่างเกิดพายุ ดังนั้นลมที่กระทบพื้นผิวของอาคารจะต้องสามารถหลบหนีได้ เมื่อลมพัดผ่านวัตถุในเส้นทางนั้นก็สามารถสร้างความเสียหายได้
การออกแบบใหม่กำลังปรับปรุงวิธีที่อาคารสามารถทนต่อลมแรงได้ ตัวอย่างเช่นพายุสามารถสร้างกระแสน้ำวนอันทรงพลังได้ ซึ่งเป็นลมที่หมุนวนเกือบจะเหมือนกับเกลียวเหล็กไขจุกที่ขอบอาคาร ซึ่งสามารถดึงวัสดุมุงหลังคาออกและในที่สุดก็ยกหลังคาขึ้นเองได้ นวัตกรรมหนึ่งใช้กังหันลม แนวราบ ตามแนวขอบหลังคาเพื่อกระจายลมและสร้างพลังงานในเวลาเดียวกัน ซึ่งให้ประโยชน์ 2 ด้าน
เมื่อลมพัดขึ้นที่ด้านข้างของอาคาร สามารถสร้างกระแสน้ำวนที่ดึงวัสดุมุงหลังคาออกได้ กังหันลมแนวนอนที่ติดอยู่กับขอบของรางสามารถระงับกระแสน้ำวนเหล่านี้ได้ ดังที่แสดงไว้ที่นี่โดยใช้ควัน และยังสามารถผลิตพลังงานได้อีกด้วย FIU
รูปร่างของอาคารสามารถสร้างจุดอ่อนหรือช่วยเบี่ยงเบนลมได้ คุณจะสังเกตเห็นว่าตึกสูงที่ทันสมัยส่วนใหญ่หลีกเลี่ยงมุมที่แหลมคม การทดสอบแสดงให้เห็นว่า ขอบ สี่เหลี่ยมคางหมูหรือขอบมนมากขึ้นสามารถลดแรงลมบนอาคารได้
และความปลอดภัยที่ดีขึ้นไม่ต้องเสียค่าใช้จ่าย การทดลองหนึ่งแสดงให้เห็นว่าการอัปเกรดเพียง 250 ดอลลาร์สหรัฐฯมีความแตกต่างระหว่างสิ่งปลูกสร้างขนาดเล็กขนาดเพิงที่ยืนหยัดต่อพายุประเภท 3 หรือไม่ สายพายุเฮอริเคนติดโครงหลังคากับปริมณฑลของบ้าน ตะปูด้ามแหวนซึ่งมีเกลียวอยู่รอบๆ ด้ามไม้ สามารถต้านทานแรงลมได้ดีกว่าตะปูเรียบ บานประตูหน้าต่างของ พายุเฮอริเคนยังปิดกั้นทางเข้าซึ่งลมสามารถทะลุผ่านและก่อให้เกิดความล้มเหลวอันร้ายแรงได้
การติดตั้งก็มีความสำคัญเช่นกัน และช่วยอธิบายว่าทำไมหลังคาที่ดูเหมือนเป็นไปตามข้อกำหนดของรหัสอาคารจึงยังคงทำงานล้มเหลวและบินไปท่ามกลางพายุเฮอริเคนได้
การทดลองที่เราดำเนินการได้แสดงให้เห็นว่าระบบขอบ ซึ่งเป็นองค์ประกอบโลหะระหว่างผนังกับหลังคา ซึ่งติดตั้งสูงหรือต่ำเกินไปเพียงครึ่งนิ้วสามารถล้มเหลวก่อนเวลาอันควรที่ลมต่ำ แม้ว่าระบบจะได้รับการออกแบบมาให้ทนต่อพายุเฮอริเคนระดับ 5 ก็ตาม ช่างมุงหลังคาที่ติดตั้งกระเบื้องมุงหลังคายางมะตอยและกระเบื้องมุงหลังคาอาจต้องดำเนินการเกินรหัสปัจจุบันเมื่อปิดผนึกขอบเพื่อ ป้องกันไม่ให้พัง จากพายุ
บ้านใกล้เรือนเคียงที่มีหลังคาเป็นฝอย บางส่วนขาดกระเบื้องหรืองูสวัดหลังคาส่วนใหญ่ บางแห่งมีบางส่วนของหลังคาขาดหายไปทั้งหมด
ในเดือนสิงหาคม พ.ศ. 2535 พายุเฮอริเคนแอนดรูว์ได้พัดถล่มเซาท์ฟลอริดาด้วยลมแรงที่สูงถึง 165 ไมล์ต่อชั่วโมง
ขยายการทดสอบ: ลม 200 ไมล์ต่อชั่วโมง + คลื่นพายุ
ในขณะที่วิศวกรได้รับความรู้จากการทดสอบธรรมชาติของพายุกำลังเปลี่ยนแปลงเมื่อโลกร้อนขึ้น
อุณหภูมิที่อุ่นขึ้น – เชื้อเพลิงโดยการเพิ่มการปล่อยก๊าซเรือนกระจกจากกิจกรรมของมนุษย์ – ทำให้อากาศสามารถกักเก็บความชื้นได้มากขึ้น และมหาสมุทรที่อุ่นขึ้นก็ให้พลังงานแก่พายุเฮอริเคนมากขึ้น การวิจัยแสดงให้เห็นว่า พายุ ที่ใหญ่กว่าและรุนแรง กว่าซึ่ง หนักกว่าด้วยน้ำและเคลื่อนที่ช้ากว่าจะกระทบกับพื้นที่ที่พายุพัดแรงขึ้น คลื่นพายุ น้ำท่วม และเศษซาก
พายุเช่นนี้เป็นสาเหตุที่เราทำงานร่วมกับมหาวิทยาลัยอีกแปดแห่งเพื่อออกแบบสถานที่แห่งใหม่เพื่อทดสอบการก่อสร้างกับลม 200 ไมล์ต่อชั่วโมง (322 กม./ชม.) พร้อมอ่างน้ำเพื่อทดสอบผลกระทบของคลื่นพายุสูงถึง 20 ฟุต (6 เมตร) ) คลื่นบวกสูง
คอมพิวเตอร์สามารถสร้างแบบจำลองผลลัพธ์ได้ แต่แบบจำลองยังคงต้องได้รับการตรวจสอบโดยการทดลองทางกายภาพ ด้วยการรวมลม คลื่นพายุ และการกระทำของคลื่น เราจะสามารถเห็นพายุเฮอริเคนทั้งหมดและองค์ประกอบทั้งหมดเหล่านั้นโต้ตอบกับผู้คนและสิ่งแวดล้อมที่สร้างขึ้นได้อย่างไร
การทดสอบภัยพิบัติคือการหาวิธีที่จะทำให้บ้านปลอดภัยขึ้น แต่เจ้าของบ้านต้องแน่ใจว่าพวกเขารู้จุดอ่อนของโครงสร้าง เพราะสำหรับคนส่วนใหญ่ บ้านของพวกเขาคือทรัพย์สินที่มีค่าที่สุดของพวกเขา
