如何在风暴严重程度恶化的情况下建造更好的防飓风房屋

• 由于气候变化，飓风的严重程度正在增加——一种新的、更高的类别可能被称为超破坏性飓风。
• 建筑规范是抵御飓风灾害的基本防线，用现成的和实验性的建筑材料加固房屋。
• 新的实验材料往往侧重于改性混凝土和玻璃，这是结构上最强和最弱的材料。

从路易斯安那州到纽约市，4级飓风艾达(Ida)造成了一系列破坏，这是一次跨地区的罕见事件，它将猛烈的大风吹过南部，并将洪水蔓延到大西洋中部深处。尽管飓风的损失接近1000亿美元，但它仍然是2000年以来损失第七大的飓风，这表明随着气候变化造成的损失越来越大，飓风也变得越来越严重。

飓风是最昂贵的天气灾害，2018年气候杂志研究预测增加85%由于气候变化，全球出现了5级风暴。它还预测将会有一个完全的新类别超破坏性飓风需要。随着海洋和大气变暖，蒸发增加，将更多的水蒸气拉入大气，通过雨水和风暴返回地球。沿海海平面的上升造成了更大的风暴潮，将洪水推向内陆。

最具破坏性的飓风是三次比100年前更加频繁，自1980年以来，主要飓风(3级或以上)的比例翻了一番。这些风暴带来更高的风暴潮;加速更快的风速;移动速度变慢，留下更多时间沉淀洪水。

是什么让房子不受飓风影响?

飓风对任何靠近海洋的房主来说都是唯一的威胁。在自然灾害发生后，建筑是一个地区复原能力最明显的标志。对灾难性破坏的调查提出了一个难题:如何才能更好地重建它?随着气候变化增加飓风强度和降雨量，人们会问更多这个问题。当然，人们在哪里建造和建造什么一样重要。但是新材料，在广泛的实验和现成的选择中，可以帮助加强建筑物抵御飓风带来的一系列危险:风、飞行碎片、暴雨或风暴潮带来的洪水。

建筑规范是抵御飓风破坏的基本防线。1992年安德鲁飓风过后，佛罗里达州改进了建筑规范(全国最严格)，要求安装防冲击窗，在屋顶和墙壁之间使用更牢固的连接，用钉子而不是钉钉固定屋顶瓦《华尔街日报》．其他安德鲁之后的变化需要加强对住宅建筑材料的监管，改善对检查员和建筑官员的教育和培训认证。事实上，更新的结构是按照代码建造的表现好在2017年飓风厄玛期间。

“我们发现，很多没有最新建筑规范的地方，往往是即使是最轻微的风暴也会造成最大影响的地方，”美国联邦安全家园联盟(Federal Alliance for Safe Homes)教育和技术项目高级副总裁迈克尔·里莫迪(Michael Rimoldi)说。闪光)，该机构就如何抵御飓风向联邦应急管理局提供建议。

声称任何住宅设计都是完全抗飓风的都是大胆的，但设计师和建筑商一直在寻找几个因素，以使他们的项目抗飓风。强风(以及随风而来的弹道碎片)要求房屋建造在能够抵抗水平风载荷的结构体系上。单独的立面和结构组件还必须能够承受来自空中房屋碎片的冲击，这些碎片没有越过第一个障碍。抵抗飓风的房屋要么要高于风暴潮的高度，要么要有办法缓解洪水在室内带来的压力。

房屋建筑商Deltec专注于抗飓风房屋，其标志性外观是其抗飓风能力的关键部分。每一个Deltec房子(通常只有一层)有一个圆形的形状，可以扩散强风。它的径向辐条和车轮结构保持强大的阵风和海浪从各个角度。在屋顶的顶部，它与一个钢制的压缩环捆绑在一起，在那里，它的倾角也优化了风力偏转和降低升力。这些房子都是高架起来的底层架空柱为了防止风暴潮，他们在外部使用了更坚固、更厚的夹板护套，并配备了抗冲击门窗。这个公式有站了起来几乎每一次它遇到的飓风。

防飓风房屋的组成部分

对于传统的木结构房屋和定制房屋，现成的物品可以显著提高抗飓风能力。

连接器和领带

Rimoldi说:“在传统的木结构房屋中，一切都是这样组合起来的。”“从屋顶到地基，所有的部件都通过机械连接器连接在一起。你可以建造一个木框架的房子，它和其他任何东西一样坚固，只要你确保所有的墙都正确地连接在一起，它们正确地连接在屋顶上，屋顶和墙壁正确地连接在地基上。”

专门用于此任务的金属连接器(如由辛普森强关系)是很便宜的，可以添加到新的建筑中，每个只需要几美元。“这可能会增加1%的总成本，”里莫迪说，并补充说，用这种方式改造房子的成本更高。Deltec使用了超大的机械系带，沿着房子的每个结构构件垂直延伸。

影响玻璃

像汽车上使用的那种抗冲击玻璃，不会像标准玻璃那样破碎。当窗户被大风吹破时，房屋会随着风吹进来而加压，从屋顶上弹下来，释放出危险的碎片。这种抗风暴能力来自于热处理，热处理增加了玻璃的强度，并确保如果玻璃破裂，它会碎裂成没有锋利边缘的小鹅卵石。夹层玻璃是用一层乙烯基薄膜将两层或两层以上的玻璃粘合在一起，如果窗户破裂，乙烯基薄膜可以将玻璃碎片粘合在一起。

-泡沫胶

Rimoldi说，新的屋顶连接方法可以增加强度，喷雾泡沫粘合剂(应用在房屋屋顶内部，加倍作为绝缘材料)适用于更高的风速。这种绝缘胶粘剂就像胶水一样，加强了房屋结构构件的连接。它还防水，可以承受洪水几天而不浸水。

洪水通风口

对于那些没有被抬高的房屋，洪水通风口安装在房屋的底层可以让水进入房屋，防止上涨的洪水带来的巨大压力将房屋从地基上冲垮。

新一代抗飓风材料

实验材料可以帮助增强飓风的强度，随着飓风越来越强、加速越来越快、降雨越来越多，这就成为一项必不可少的任务。这一领域的创新主要集中在最坚固的建筑材料(混凝土)和最脆弱的建筑材料(玻璃)上——尽管木材和玻璃也取得了进展复合材料．

可弯曲玻璃和尖晶石陶瓷

一些研究工作集中在寻找玻璃原型，以提高抗冲击玻璃的弹性。麦吉尔大学的研究人员正在研究可弯曲的玻璃它依靠雕刻的微裂缝使其弯曲而不破碎。这些拼图形状的雕刻阻止了裂缝的蔓延，使玻璃的强度是标准玻璃的200倍。康宁的玻璃大师们也在开发可弯曲的玻璃，这可能会在可折叠的智能手机．美国海军研究实验室的科学家们正在开发一种超硬陶瓷“透明装甲”材料尖晶石它的不透明度与玻璃类似。

超高性能混凝土(UHPC)

超高性能混凝土(UHPC)是市场上最有前途的新材料之一。这是美国陆军开发的核爆炸掩体，Cor-TufUHPC是10倍强比传统混凝土;持续时间是三倍;它由农业副产品、钙矿物和水组成。beplay官网客服电话更成熟的是在美国使用的UHPC，由豪瑞(Holcim)以Ductal的名称生产。这种UHPC可以弯曲，但强度是普通混凝土的六倍。它由非常细的骨料制成，通常来自回收材料(粉煤灰硅灰)。添加碳金属或聚乙烯醇纤维可以使材料弯曲和承载，即使发生了一些开裂。

UHPC在迈阿密佩雷斯艺术博物馆这是一座看似防飓风的建筑，经受住了飓风“厄玛”(Irma)的袭击，没有受到任何破坏。对于博物馆，UHPC用于16英尺高，5.5英寸厚的竖框，逐渐下降到2英寸，同时仍然支撑建筑的幕墙。

但UHPC不能在所有情况下简单地取代普通混凝土。“它很贵，而且你必须获得许可证才能购买和使用它，”建造佩雷斯博物馆的约翰·莫里亚蒂联合公司的项目经理罗伯特·诺德林说。加上这些额外费用，这种材料比标准混凝土贵8到10倍，所以“在大多数正常的建筑中，它不会具有成本效益，”他说，特别是在较小的、预算较低的项目中。然而，UHPC的强度意味着，与标准混凝土相比，通常需要更少的材料，使其重量更有效。

工程水泥复合材料(ECC)

密歇根大学(University of Michigan)的工程学教授维克多•李(Victor Li)一直在开发一种名为“工程水泥复合材料”(ECC)的混凝土变体，它强调的是延展性，而不是纯粹的强度。“如果说Ductal是针对硬岩石，那么ECC就是针对可锻铸钢，”李说。该材料具有抗冲击和地震载荷的高能量吸收能力，被用于全尺寸建筑、桥梁和道路。

“例如，大阪的60层北滨建筑在建筑核心中使用了ECC来抗震，”李说，并补充说，“与以前不使用ECC但使用其他抗震方法的设计相比，该建筑的安装成本更低，可用面积更大。”ECC混凝土比标准混凝土贵2 ~ 3倍。有了这么高的溢价，在哪里、为了什么，用它来建造建筑有经济意义吗?麻省理工学院混凝土可持续发展中心(CSHub)提出了这个问题。CSHub执行主任杰里米·格雷戈里说，与开发更多的材料和建筑系统不同，用于抗灾能力的材料分析的最大转变是确定哪些系统在哪些地点具有成本效益。

3 d打印的混凝土

总部位于德克萨斯州的建筑技术公司图标已经开发出了抗飓风和抗灾能力concrete-printed房子模板使用了专有的混凝土混合物和一个巨大的打印试验台，创造出几乎可以经得起任何考验的房屋。公司的可调宽度火神试验台可以打印出28英尺长8.5英尺高的混凝土墙，适合建造一个2000平方英尺的房子。在平板电脑的控制下，Vulcan快速移动，以每秒5-7英寸的速度放下1英寸高、2英寸宽的Lavacrete珠。这种材料的抗压强度为6000 psi，比大多数混凝土都高。

大体积木材和交叉层压木材

巴哈马群岛的一家公司正在寻找大量木材以及专门用于建造抗飓风建筑的交叉层压木材(CLT)。场外CLT施工设计和建造企业、办公室、公寓和单户海滨住宅，使用CLT，专门用于抵御5级飓风。根据2019年多里安飓风打破的记录，这些设计旨在抵御每小时200多英里的飓风强烈的风暴巴哈马群岛的记录持续风速达185英里每小时(最高风速略高于每小时200英里)，它是大西洋上登陆时最强的风，被认为是严重的灾难在国家历史上。

Offisite CLT的Juan Cat Diaz说:“一个 的好处 的CLT是，它表现 非常好，当处理[水平]剪切载荷类似于在地震或飓风中发现的，”。他说，另一个好处是，同样强度的标准木结构建筑需要更多的紧固件、支架、带有更多螺柱的墙壁以及更短的柱子之间的跨度。

防飓风房屋的成本

CSHub的格雷戈里说:“人们习惯于为更节能的冰箱考虑回报。”“他们知道他们的初始成本更高，但运营成本更低。但当涉及到与风险相关的损害时，这是一件更棘手的事情。”在大多数情况下，要求消费者寄希望于最坏的情况以证明额外支出是合理的，会导致准备不足。

所以格雷戈里的项目，盈亏平衡缓解百分比(BEMP)，研究了一个给定地点在50年内遭受飓风破坏的可能性，计算了预测的破坏程度，以及建筑类型和建造方式。它使用这些数据来确定建造这些抗飓风建筑是否有效地利用了资金，并计算预期节省的成本(在避免飓风破坏的情况下)多久能收回最初的费用。

BEMP将扩大到包括建筑材料的碳足迹和其他环境影响。对自然灾害的解释似乎是一种离散的、单一的成本效益分析，但从这个角度来看，它实际上是一种对可持续性的全面衡量。通过这种分析，规划者将知道气候变化可能使哪些地区变得危险而不宜居住，哪些地区可以使用这些材料和技术建造更坚固的建筑。BEMP很可能成为建筑公司的实地指南，这些公司希望在广泛的脆弱海岸线上应用抗飓风材料和方法，将谨慎的经济与根深蒂固的重建愿望相匹配。

气候变化如何影响房屋建设

虽然有些地方的建筑规范已经发生了变化，但它们忽略了许多在规范改变之前就已经建成的房屋。气候变化和越来越强、越来越频繁的5级飓风的破坏不能完全在建筑规模上解决，必须大量应用新材料和设计创新，使社区真正具有抵御能力。随着关于联邦政府在应对气候变化方面投资的争论不断升温，房主、建筑商和当地市政当局不得不努力追赶日益恶化的气候轨迹，为今天的灾难进行重建，他们知道明天的灾难可能会更糟。

本文已更新。它最初发表于2017年11月。