Bygg för att motstå stormar

När orkaner och tyfoner skriker, är den största faran för människor och egendom flygande skräp. Bärs med så intensiv hastighet kommer en 2 x 4 styck av virke att bli en missil som kan skära igenom väggarna. När en EF2-tornado flyttade genom centrala Georgien 2008, lurades ett bräde från en markis, tog flyg över gatan och impalerade sig djupt in i en intilliggande solid betongvägg. FEMA berättar att detta är en vanlig vindrelaterad händelse och rekommenderar byggnad av säkra rum.

Forskare på National Wind Institute of Texas Tech University i Lubbock har bestämt att betongväggarna är tillräckligt starka för att motstå flygande skräp från orkaner och tornadon. Enligt deras fynd är hus av betong mycket mer stormbeständiga än hus konstruerade av trä eller till och med träbitar med stålplattor. Konsekvenserna av dessa forskningsstudier förändrar vårt sätt att bygga.

De Debris Impact Facility på Texas Tech är välkänt för sin pneumatiska kanon, en anordning som kan lanseras olika material i olika storlekar med olika hastigheter

För att duplicera orkelliknande förhållanden i laboratoriet, sköt forskare väggsektioner med 15-pund 2 x 4 timmer "missiler" på upp till 100 mph, simulera skräp som bärs i en 250 mph vind. Dessa förhållanden täcker alla utom de mest allvarliga tornadonerna. Orkans vindhastigheter är mindre än de hastigheter som modelleras här. Missiltest utformade för att visa skador från orkaner använder en 9-kilos rakett som reser cirka 34 km / h.

Forskare testade sektioner av betongblock på 4 x 4 fot, flera typer av isolerande betongformar, stålbitar och träbultar för att bedöma prestanda i höga vindar. Avsnitten var färdiga som de skulle vara i ett färdigbyggt hem: gips, glasfiberisolering, plywoodskydd och yttre ytor av vinyl sidospår, ler tegelsten, eller stuck.

Alla betongväggssystem överlevde testen utan strukturella skador. Lätta väggar av stål och trä gav dock liten eller ingen motstånd mot "missilen". De 2 x 4 slet igenom dem.

Intertek, ett kommersiellt produkt- och prestandatestföretag, har också forskat med sin egen kanon på Architectural Testing Inc. De påpekar att säkerheten för ett "betonghem" kan vara vilseledande om huset är byggt med obearbetat betongblock, som ger vissa skydd men inte totalt.

Förstärkt betonghem har bevisat sin vindmotstånd i fältet under tornadon, orkaner och tyfoner. I Urbana, Illinois, stod ett hem konstruerat med isolerande betongformer (ICF) mot en tornado från 1996 med minimal skada. I Liberty City-området i Miami överlevde flera konkreta hem orkanen Andrew 1992. I båda fallen förstördes grannhemmen. Hösten 2012 sprängde orkanen Sandy isär de äldre träbyggnadshusen vid kusten i New Jersey, lämnar ensam de nyare radhusen byggda med isolerande betongformer.

Monolitiska kupoler, som är tillverkade av betong och armeringsjärn i ett stycke, har visat sig särskilt starka. Den robusta betongkonstruktionen i kombination med kupolformen gör dessa innovativa hem nästan ogenomträngliga för tornadoer, orkaner och jordbävningar. Många människor kan inte komma över utseendet på dessa hem, även om vissa modiga (och rika) husägare experimenterar med mer modern design. En sådan futuristisk design har en hydraulisk hiss att faktiskt flytta strukturen under marken innan en tornado slår till.

Forskare vid Texas Tech University rekommenderar att hus i tornadobelägna områden bygger skydd av antingen betong eller tung metallplåt. Till skillnad från orkaner kommer tornadon med lite varning, och förstärkta inre rum kan erbjuda mer säkerhet än ett yttre stormskydd. Andra råd som forskare erbjuder är att designa ditt hem med ett höfttak istället för ett gaveltak, och alla bör använda orkarbält för att hålla taket på och timmerna raka.

För att göra betong behöver du cement, och det är välkänt att tillverkning av cement frigör stora mängder koldioxid ut i atmosfären under uppvärmningsprocessen. Byggnadshandeln är en av de största bidragsgivarna till klimatförändringarna, och det är cementtillverkare och de människor som köper sin produkt några av de största bidragsgivarna till det vi vet är "växthusgasföroreningar." Forskning om nya produktionsmetoder kommer utan tvekan att uppfyllas med motstånd från en mycket konservativ industri, men vid någon tidpunkt kommer konsumenter och regeringar att göra nya processer överkomliga och nödvändig.

Ett företag som försöker hitta lösningar är Calera Corporation i Kalifornien. De har fokuserat på återvinning av CO₂ utsläpp till produktion av kalciumkarbonatcement. Deras process använder den kemi som finns i naturen - vad bildade White Cliffs of Dover och skalen från marina organismer?

Forskaren David Stone upptäckte av misstag en järnkarbonatbaserad betong när han var doktorand vid University of Arizona. IronKast Technologies, LLC håller på att kommersialisera Ferock och Ferrocrete, tillverkat av ståldamm och återvunnet glas.

Ultrahögpresterande betong (UHPC) känd som duktal^® har använts framgångsrikt av Frank Gehry i Louis Vuitton Foundation Museum i Paris och av arkitekter Herzog & de Meuron i Pérez Art Museum Miami (PAMM). Den starka, tunna betongen är dyr, men det är en bra idé att titta på vad Pritzkerpristagare arkitekter använder, eftersom de ofta är de första experimenterna.

Universiteter och statliga enheter fortsätter att vara inkubatorer för nya material, forsknings- och teknikkompositer med olika egenskaper och bättre lösningar. Och det är inte bara konkret - U.S. Naval Research Laboratory har uppfunnit ett glasersättare, en transparent, tuff-som-pansarkeramik som kallas spinel (MgAl₂O₄). Forskare vid MIT: s Betonghållbarhetsnav koncentrerar också sin uppmärksamhet på cement och dess mikrotextur - liksom kostnadseffektiviteten för dessa nya och dyra produkter.

Att bygga ett hem för att motstå naturens raseri är inte en enkel uppgift. Processen är varken ett konstruktions- eller designproblem ensam. Anpassade byggare kan specialisera sig i isolerade betongramar (ICF) och till och med ge sina slutprodukter säkert klingande namn som Tornado Guard, men arkitekter kan designa vackra byggnader med evidensbaserade materialspecifikationer för byggare att använda. Två frågor att ställa om du inte arbetar med en arkitekt är 1. Har byggföretaget arkitekter i personal? och 2. Har företaget sponsrat någon av forskningstesterna? Det professionella arkitekturområdet är mer än skisser och planlösningar. Texas Tech University erbjuder till och med en doktorand. i vindvetenskap och teknik.

• Inline fotolänk av Georgia tornado av Mike Moore / FEMA Photo
• Storm Shelter Research och Vanliga frågor om Storm Shelter, National Wind Institute, Texas Tech University [öppnat 20 november 2017]
• En sammanfattande rapport om Debris Impact Testing vid Texas Tech University, utarbetad av Wind Science and Engineering Research Center, juni 2003, PDF på https://www.depts.ttu.edu/nwi/research/DebrisImpact/Reports/DIF_reports.pdf [öppnades 20 november 2017]
• Guidance for Wind Resistant Residential Design, Construction & Mitigation, Larry J. Tanner, P.E., NWI Research Assistant Professor, Debris Impact Facility, National Wind Institute, Texas Tech University, PDF på http://www.depts.ttu.edu/nwi/research/DebrisImpact/Reports/GuidanceforWindResistantResidentialDesign.pdf [öppnades 20 november 2017]
• "Orkansäkra konstruktionsmetoder kan förhindra förstörelse av gemenskaper," Zach Mortice, Redshift av AutoDesk, 9 november 2017, https://www.autodesk.com/redshift/hurricane-proof-construction-methods-can-save-buildings-communities/ [öppnades 20 november 2017]