风暴和风暴潮如何摧毁建筑物——以及建筑如何能够改进

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风和风暴潮如何摧毁建筑物

如何通过建筑手段改善这一长期存在的问题

文章作者：Mark Gokavi
发布时间：2024年7月11日

科罗拉多州立大学的一名教职人员和结构工程师表示，大西洋飓风路径上的建筑物应建在桩基上，并特别注意屋顶、墙壁和基础等关键连接点的牢固性。

Michael O’Reilly，科罗拉多州立大学（CSU）建筑管理系的高级讲师，回答了有关飓风如何摧毁建筑物、沿海建筑应如何改进以及是否存在“抗飓风”结构等问题。

CSU的飓风研究人员预测，2024年将是一个远高于平均水平的飓风季，共有23个命名风暴，其中11个为飓风，5个为强热带气旋。飓风Beryl 于7月1日达到5级强度，是有记录以来大西洋上最早达到该强度的风暴。

鉴于本世纪已发生的16场代价最高的飓风中，有15场发生在这个世纪（基于2024年消费者价格指数调整后的成本），建筑物建造、破坏和重建的循环也可能增加。

O’Reilly是CSU校友，也是2014年度最佳教师奖得主，自2001年起开始教授CM的结构课程。

飓风如何摧毁建筑物？

风会以不同的方式影响建筑物的各个侧面和屋顶。迎风墙会“感受”到向内的压力；背风墙则会感受到向外的吸力。与风向平行的侧墙也会感受到向外的吸力。背风屋顶会感受到向外的吸力；而迎风屋顶则可能根据屋顶的坡度感受到向内的压力或向外的吸力。建筑物的某些部分，如角落、屋檐、屋脊等，受到的力比建筑物的一般表面更大。此外，如果窗户或门被破坏，建筑物内部的气压可能会高于大气压，从而导致墙壁和屋顶受到更大的力。在海岸线上，以“风暴潮”形式存在的风驱水可以通过波浪对墙壁的冲击来影响建筑物。

风和水的破坏力哪个更大？

飓风中的最大杀手是水。大多数死亡是由于风暴潮导致的溺水，而非风本身。美国历史上最严重的自然灾害是1900年席卷德克萨斯州加尔维斯顿的飓风，一夜之间造成1万多人死亡，其中大多数是死于异常高的风暴潮导致的溺水。抵抗风暴潮的一种方法是将建筑物建在桩基上以提高高度，使水从上部结构下方流过。

建筑物在气旋中是如何损毁的？

飓风中大多数建筑物的损毁都是从连接点开始的：如屋顶与墙壁的连接、墙壁与基础的连接等。旧建筑物在关键连接点并未强制要求安装正确的连接硬件。例如，当许多旧建筑物建造时，还没有专门设计用来抵抗风力抬升的现代硬件。

建筑物应能承受多大的风速？

没有与风速相关的通用建筑标准。不同的地理位置和规范规定了不同的风速标准和建筑要求。佛罗里达州基韦斯特的沿海建筑物设计风速高于佐治亚州萨凡纳的类似建筑物。不同地理位置的风速在《国际住宅规范（IRC）》中针对单户和多户住宅有具体规定。大型建筑则由《国际建筑规范（IBC）》规定。

关于抗飓风建筑物的说法可信吗？

没有抗飓风建筑，只有抗飓风结构的建筑物。房屋通常使用木框架建造，因为这比全混凝土建筑或钢框架建筑更便宜。圆形建筑可能更适合在动力学上抵抗强风。我之所以说“可能”，是因为我自己没有看到过相关研究。 

飓风中，屋顶对建筑恢复力有多重要？

屋顶通常是建筑物最先受损的部分，主要原因是风力上抬和与外墙连接不当。屋顶一旦受损，墙壁就会失去横向支撑，一旦墙壁倒塌，整个建筑物就会损毁。

现有建筑能否通过加固来提高恢复力？

通常不行，除非花费巨大。在风力较大的地区，有时会对移动房屋采用一种有趣的加固方法，即提供屋顶上方的固定带，将其连接到新的地面锚或单独浇筑的“沉降式”基础。

是否有一些地区因频繁受灾而不适合建造人造建筑？

确实如此。一些沿海社区甚至出台规定，防止在离海洋过近的地方重建。

在飓风多发地区总结的建筑经验，对建造抗龙卷风的结构和住宅有用吗？

当然有用，但龙卷风的风速通常远高于飓风。

关于飓风和住宅的最终建议是什么？

当权威部门告知撤离时，请立即撤离！生活中有很多风险值得我们去冒，但大风和可能的风暴潮导致的死亡不在其中！

建筑管理学院是科罗拉多州立大学（CSU）健康与人类科学学院的一部分。