Новый раздел, посвященный нагрузкам от торнадо, относится к критически важным сооружениям, таким как школы, больницы
Спустя тринадцать лет после того, как торнадо пронесся по Джоплину, штат Миссури, унес жизни 161 человека, разрушил крупный медицинский центр и сравнял с землей школы, жилые дома и предприятия, Международный совет по кодексам (ICC) впервые добавил раздел об устойчивости к торнадо в версию Международного строительного кодекса 2024 года.
Новые положения ASCE 7, глава 32 «Торнадо-нагрузки», включают требования к критически важным сооружениям, таким как больницы и школы, расположенные в подверженных торнадо регионах, в основном к востоку от Континентального водораздела, выдерживать скорость ветра, которая приблизительно соответствует наиболее часто встречающимся торнадо от EFO до EF2.
“Эти требования применяются к определенным типам важных сооружений в сообществе, которые в строительном кодексе определены как категории риска 3 и 4″, — говорит Марк Левитан, ведущий инженер-исследователь Национальной программы по снижению воздействия ураганов, — «которые включают школы, дома престарелых, театры и такие важные объекты, как пожарные и полицейские участки и больницы». Программа для Национального института стандартов и технологий.
В течение двух дней после разрушительного торнадо 2011 года власти города Джоплин совместно с NIST предоставляли данные и другие аналитические материалы исследовательской группе из трех инженеров и одного социолога, которые проводили опросы на местах, изучали данные мобильных радаров, изучали разрушения зданий и оценивали проектную документацию, которая показала, что ни одно из городских зданий не было спроектировано специально для торнадо.
Джоплин, где торнадо повредило более 7400 жилых домов, около 40% из которых были полностью разрушены, быстро перешел к принятию более жестких требований к домам на одну семью, но не изменил своих требований к коммерческим зданиям 3-й и 4-й категорий риска.
Сообщества не обязаны следовать минимальным рекомендациям IBC по проектированию безопасных сооружений, но ICC широко используется для разработки местных строительных норм и правил.
“Мы сочли, что стандартов, изложенных в кодексе IBC 2006 года, было достаточно”, — говорит Брайан Виклунд, главный специалист по строительству в Джоплине. “Любое коммерческое здание, построенное в соответствии с кодексом 2006 года, выдерживает ветер со скоростью 250 миль в час настолько хорошо, насколько можно было ожидать”.
Проектирование с учетом торнадо
Чтобы разработать рекомендации по проектированию зданий, более устойчивых к торнадо, исследователи NIST также использовали аэродинамические трубы, изучили исторические данные и изучили обломки, чтобы понять, как ураганные ветры толкают и притягивают здания.
“Ураганные ветры сильно отличаются от прямолинейных”, — объясняет Левитан, который в 2021 году был удостоен звания ньюсмейкера ENR за свои исследования в области разрушения зданий ветром-торнадо. “Ураганные ветры создают сильные восходящие потоки, поэтому воздух всасывается вдоль поверхности земли, а затем закручивается и вращается. Когда вы поворачиваете за угол, вы получаете сильные восходящие потоки, которые подчеркивают подъем крыши. При других штормах таких сильных восходящих потоков у поверхности земли не бывает”.
Хотя здания обычно проектируются таким образом, чтобы крыша не обваливалась, инженеры, проектирующие торнадо, также должны следить за тем, чтобы крыша не обваливалась, говорит он.
Новое положение содержит инструкции для инженеров-строителей, которые должны знать, к какой интенсивности торнадо им нужно подготовиться в их регионе и какое давление эти ураганные ветры будут оказывать на их здания. В нем подробно описаны процедуры по таким темам, как определение конструкции, рассчитанной на торнадо-нагрузки, и выбор типов ограждений зданий и окон, необходимых для лучшей защиты от торнадо, а также карты районов, подверженных торнадо.
В дополнении к кодексу NIST отмечает, что новое больничное учреждение, которое строится в Далласе, штат Техас, площадью 1 миллион квадратных футов, должно будет выдерживать торнадо со скоростью ветра 124 мили в час. Без нового кодекса о торнадо одну и ту же больницу пришлось бы строить только для прямолинейных ветров со скоростью 117 миль в час.
“Это может показаться небольшой разницей, но давление ветра зависит от квадрата скорости”, — утверждают в NIST. “В сочетании с другими факторами, такими как повышенный подъем крыши, торнадо-нагрузки на некоторые элементы здания могут увеличиваться в два и более раза по сравнению с ветровыми нагрузками. Как только они используют код для расчета ветровых нагрузок, инженерам остается скорректировать конструкцию в соответствии с возросшими требованиями”.
Левитан говорит, что решения для повышения устойчивости к торнадо могут включать в себя использование более толстого настила крыши, балок большего размера и большего количества соединителей или креплений.
Хотя NIST не отслеживает принятие государственных и муниципальных кодексов, Левитан говорит, что положения о нагрузке на торнадо уже приняты в строительных нормах штата Флорида и города Хьюстон.
“Чаще всего штаты, округа и города в конечном итоге будут руководствоваться положениями о нагрузке на торнадо, поскольку они примут IBC 2024 года, который включает в себя нагрузки на торнадо ASCE 7 в качестве эталона”, — говорит Левитан.
Дополнение к кодексу было основано на предложениях Американского общества инженеров-строителей (ASCE) и Федеральной ассоциации по управлению в чрезвычайных ситуациях (FEMA), а также NIST.
“Поскольку серьезные погодные угрозы продолжают становиться все более частыми и серьезными, крайне важно постоянно обновлять строительные нормы и правила, чтобы они отражали последние исследования в области строительной науки и метеорологических исследований – именно так мы спасаем жизни и сохраняем сообщества”, — говорит Дэйн Ранкин, главный инженер-строитель ICC.
Отмечая, что большинство коммерческих зданий, пострадавших в результате торнадо, были более старыми. включая медицинский центр Сент-Джонс, 10-этажное здание, которое пришлось полностью перестраивать, Виклунд говорит: «Все заинтересованы в соблюдении строительных норм. Но вы должны иметь в виду то, что возможно”.
