Последствия урагана Wilma:характеристики ламинированного стекла в зданиях

Share

Ураган Wilma обрушился на Южную Флориду в октябре 2005 г. и вызвал массовые разрушения, включая широко освещенные в прессе массовые обрушения остеклений небоскребов в Майами, Форт-Лодердейле, Вест Палм Бич, в высотных жилых домах в Норт Майами Бич. Некоторые здания в Майами имели до 1000 единиц разбитых окон.

События
Ураганы — мощные погодные образования с сильным ветром, который вращается вокруг ядра урагана, т. н. «глаза». Наибольший вред ураганы приносят континентальной части США, образуясь в тропических водах близ экватора. Национальная служба погоды США классифицирует ураганы по интенсивности по шкале Шафира-Симпсона (Saffir-Simpson Hurricane Scale, SSHS). Шкала используется для оценки разрушительного потенциала и силы наводнений, которые вызваны ураганом.
Ураган Wilma был пока самым разрушительным ураганом, когда либо зарождавшемся в бассейне Атлантики (см. фото NASA). Шторм начался 15 октября у побережья Западных Карибов и превратился в ураган уже 18 октября 2005 г. К 21 октября ураган Wilma обрушился на мексиканский полуостров Юкатан силой, оцененной 4-й категорией, со скоростью ветра 205 км/час. Ураган достиг Канкуна, Мексика, за 36 часов, вызвав широкомасштабные разрушения. Затем Wilma двинулся к полуострову Флорида и достиг побережья Южной Флориды в понедельник 24 октября 2005 г.
Ураган обвалился на юго-восток Флориды силой шторма 3-й категории возле Напля со сокростью ветра 200 км/ч и имел «глаз» в диаметре около 75 км. Шторм прошелся по Северной Флориде, и только 4 часа спустя «глаз» стал несколько меньше и скорость ветра упала до 160 км/ч. Вследствие громадных размеров штормовой области, пострадали и густонаселенные графства Южной Флориды. Вдобавок по западной кромке урагана образовался целый ряд торнадо.
Компания Florida Power & Light, крупнейшая энергогенерирующая компания штата, доложила о том, что 3 млн. 241 тыс. граждан остались без электричества. Только более чем через двадцать дней удалось частично восстановить подачу энергии.

Разрушения остекления в высотных зданиях
Хотя ураган Wilma был в целом отнесен к Шторму 2-й категории, проходя по территории Южной Флориды, он вызвал множественные разрушения остекления в Майами, Форт-Лодредейле, Вест Палм Бич, в высотных кондоминиумах в Норт Майами Бич. В ряде зданий по Бриккель Авеню в Майами насчитывалось до 1000 разбитых окон. Много стекла разбилось из-за поднятых ветром в воздух различных осколков и обломков.

Прогресс после урагана
В 2006 г., в офисе по согласованию строительных кодов (норм) в графстве Майами-Дейд был выпущен «Перечень выводов после урагана Wilma», в котором было записано, что:
В результате урагана были получены разрушения остекления балконов, сдвижных дверей, распашных окон и ставен. Однако, ни одно из этих разрушений не было отмечено в зданиях, построенных в соответствии с современными строительными кодами.
В некоторых исключительных случаях наблюдалось разрушение оболочки здания и повреждения интерьера вследствие попадания больших масс воды и повышения внутреннего давления, вызванного косвенными разрушениями.
Разрушения от поднятых в воздух ветром предметов и осколков от крыш, ограждений, мебели, сельскохозяйственного инвентаря и прочего хлама имели место на высоких балконах, где ветровой напор дополнительно вызвал некоторые разрушения. Разрушения на остекленных балконах верхних этажей также были отмечены в Майами Бич.
Фирма DuPont провела в 2006 г. исследование по ламинированному стеклу (GCI), которое выдержало ураган Wilma в Южной Флориде. Здания включали в себя кондоминиумы, офисные здания, правительственные и государственные учреждения, больницы, дома отдыха и гостиницы. Размеры домов отличались от одноэтажных до многоэтажных, вплоть до высотных зданий. По месту размещения — на океанском побережье, центральной части городов и в пригороде. Типы систем остекления включали в себя рельсовые остекления балконов, сдвижные и поворотные двери, распашные и сдвижные окна и ставни, фиксированное стекло. Все системы остекления имели рамы из алюминиевого профиля.
Исследование показало, что разбить системы остекления из ламинированного стекла, как сообщалось ранее, из-за урагана можно было только искусственным и принудительным путем.
Не было докладов о разрушения остекления из-за массы дождя или из-за разрежения в «теневой» зоне. То есть .стекло отработало в соответствии с теми критериями, которые закреплены в Строительном Кодексе Южной Флориды и в Строительном Кодексе Флориды. Разрушения стекла из-за летающих предметов, действительно, происходили. Однако ламинированное стекло в большинстве случаев оставалось в раме и продолжало выполнять функцию оболочки здания.

Инспекция на местах
GCI смогло охватить 30 многоэтажных кондоминиумов, которые остались неразрушенными и имели частичные повреждения от летающих предметов, поднятых в воздух ураганом Wilma. Разбитые стеклопанели находились на своих местах и в системах с раздвижными дверями. Ламинированное стекло было 14 мм и нормировалось как выдерживающее удар от взрыва малой тактической ракеты. Композиция стекла: наружное термоупрочненное стекло 6 мм, пластиковый слой толщиной 1,52 мм и отпущенное стекло 6 мм изнутри.
Детали остекления имели канавку для стекла 19 мм минимум (3%), а стекло удерживалось на месте виниловым буртиком. Средний размер стекла (приближенно) был 99 Ч 248 см.
Наблюдалось 4 фактора воздействия на стекло. Средний диаметр всех точек приложения разрушающего воздействия составлял от 12 мм до 19 мм, что соответствует размерам пятна контакта от таких предметов как, например, гравий для крышевого дренажа. Остекление сохраняло свои функциональные свойства защиты от ветра в течение всего времени действия ветра урагана Wilma. Стекло было разбито, но удерживалось в раме, как и заложено конструкцией.
Исследование GCI сравнивалось с данными Первой организации по защите населения (Protecting People First Foundation), полученными вслед за ураганами Charley, Frances, Ivan, и Jeanne в 2004 г. Ряд систем установки ламинированного стекла был испытан, и доклад содержит выводы, что оконные системы из ламинированного стекла, которые отвечали требованиям стандарта Строительного кодекса Майами-Дейд, показали себя хорошо. В докладе пишется:
В случаях, когда было отмечено воздействие с силой, достаточной вызвать видимые разрушения наружной панели стекла, пластиковый промежуточный слой удерживал осколки стекла на месте, предотвращал проникновение ливневых масс внутрь, а также метательных предметов и посторонних лиц.
Требования по устойчивости к разрушениям в соответствии со Строительном кодексом ввиду ураганов последних лет отмечают важность установки в зданиях систем остекления, которые совместимы с требованиями именно современного кодекса.
Требования графства Майами-Дейд определяют два особых фактора влияния на конструкцию. Сопротивляемость взрыву большой ракеты требуется лишь первым 10 м остекления над нулевой отметкой. Выше первых 10 м и выше требуется сопротивляемость остекления осколкам от малой ракеты, как, собственно, и конструкциям на крыше.
Испытание «взрыв большой ракеты» требует, чтобы образцами было пройдено три теста на устойчивость воздействию максимальной по весу и размерам тела массой 4,1 кг, ударяющей на середину рамы, в угол и центр стеклопанели размером 6 Ч 1,2 м со скоростью 15 м/с. Испытания на сопротивляемость взрыву малой ракетой предполагают тестирование ударом стального шарика массой 2 г со скоростью останова 40 м/с в центр, рядом с кромкой и в углу: всего по 30 ударов на каждый из трех испытываемых образцов.
Вслед за испытаниями «ракетными ударами» образцы тут же подвергаются комбинацией из 9000 отрицательных и положительных циклов нагружения давлением. В заключение, все три образца должны выдержать и «ракетный» удар, и нагружение переменным давлением без разрушения.
Требования графства Майами-Дейд служат нам моделью для развития двух стандартов ASTM — ASTM E 1886 и ASTM E 1996, методов испытаний и спецификаций, которые подходят к записям в Международном Строительном Кодексе (International Building Code, IBC) по требованиям к ветрозащите в регионах, где случаются попадания предметов, поднятых в воздух ветром. Требования к такой защите сейчас рассматриваются в других штатах, межующих с Мексиканским заливом.

Выводы
Ламинированное стекло обеспечивает действенную защиту от попадания предметов, поднятых в воздух ураганным ветром. Поскольку стекло разбивается на ряд мелких осколков, разрушения ограничиваются собственно стеклом, но стелянная панель продолжает выполнять функции ливневой и ветрозащиты здания. Исследования, проведенные сразу после урагана Wilma, определили, что разрушения стекла случались в домах ранней постройки, где действовали устаревшие нормы на устройство остекления и требования к устойчивости. Изучения последствий штормов, проведенные различными агентствами, подтвердили, что современные нормы обеспечивают достаточную ветрозащиту по сравнению с нормами прошлых лет.

Литература
[1] Paul E. Beers and Alfonso Alzarnora, Performance of Laminated Glass during Hurricane Wilma in South Florida, September 2006.
[2] Post Hurricane Wilma Progress Assessment, Miami Dade county, Building code compliance Office, April 2006,
[3] Project Safe Windows, «Finding the Breaking Point», A Protecting People First Foundation Report, 2005.