Dalgalı evler kasırga rüzgar zararını sınırlandıracak: 3B yazıcıdan çıkan deneysel tasarım

Kuzey Gulf Kıyısındaki yerleşimciler hızla güçlenen Hurricane Isaias‘e (Cuma öğleden sonra itibarıyla Kategori 3 fırtına) karşı çatılarını ve duvarlarını endişeyle izlerken, Congressional Budget Office’in tahminlerine göre kasırga gücünde rüzgar ile fırtına kaynaklı suların ABD’deki hanelere yıllık maliyeti yaklaşık 34 milyar dolar. Yuvarlak köşeler, eğimli duvarlar ve takviyeli yapı bu zararları bir miktar azaltabilir; ancak maliyetleri düşürmek isteyen geliştiriciler için bunlar genellikle pahalı veya uygunsuz oluyor. Mühendisler Florida A&M Üniversitesi ve Florida State Üniversitesi’nin okyanusun kendi dalgalı estetiğini benimseyen kaynaklı bir alternatif bulduklarını söylüyor.

Engineering Structures dergisinde yeni yayımlanan çalışma için ekip, dalgalı duvarlar ve çatılara sahip birkaç kısa bina için 3B yazdırılmış modeller üretti ve bunları rüzgar tüneline koyarak test etti. En derin dalgalar (bu durumda binanın toplam yüksekliğinin yüzde 10’u), çatı ve duvar köşelerindeki tepe rüzgar basıncını %60’a kadar azalttı. Zararlı kuvvetlerin genellikle yoğunlaştığı yerler olan bu köşeler ve kenarlar. Bu tür sürükleyici tasarımlar, daha fazla topluluk güçlü ve sıkça oluşan fırtınalara dayanırken gelecekte geliştirme açısından giderek daha cazip hale gelebilir.

Pedro Fernández-Cabán, çalışma ortaklarından biri ve Florida State Üniversitesi inşaat mühendisi, bir açıklamada şunları söyledi: “Bu konvansiyonel olmayan bina şekilleri en kötü durum ciddi hava koşullarından kaynaklanan zararı azaltıyor. Bu, mühendisler ve tasarımcılar için rüzgar zararına karşı koruma sağlayan başka bir araç.”

Testlerini gerçekleştirmek için Fernández-Cabán ve meslektaşları önce kısa binaların çeşitli modellerini 3B yazdırdı. Bazı binalarda dalgalı duvarlar ve çatılar varken, diğerleri düz ve düz yüzeylere sahip daha konvansiyonel bir temel model olarak inşa edildi. Üç dalgalı versiyon yaptılar: dalga genlikleri sırasıyla yüzde 5, 7.5 ve 10. Genlik, dalganın boyutunu binanın toplam yüksekliğine oranla ölçer. Yani 20 foot uzunluğunda bir bina için %10’luk bir genlik, yaklaşık 2 foot uzayan dalgalara işaret eder.

Modeller yazdırıldıktan sonra ekip onları üniversitedeki rüzgar tüneline koydu. Çeşitli yönlerden modellere çarpan rüzgarın yüzeylerindeki rüzgar basıncını ölçtüler. Dalgalı çatılı tüm modeller, düz versiyona kıyasla azaltılmış rüzgar yükü yaşadı. En derin dalga modeli en iyi performansı gösterdi ve çatı ve duvar köşelerinde tepe rüzgar basıncını düz versiyona göre %40 ile %60 arasında azalttı. En azından teoriye göre bu, o tasarıma sahip bir binanın kasırga gücünde rüzgara maruz kaldığında önemli ölçüde daha az zarar görebileceği anlamına gelir.

Makale, bu dalgalı tasarımın neden işe yaradığını açıklayan kullanışlı bir diyagram içeriyor (yukarıda). Rüzgar, çatı gibi düz bir yüzeyin üzerinden aktığında önde kenardan ayrılır ve tek büyük, dönen bir girdap oluşturur. Bu düşük basınçlı bir bölge yaratırken binanın altındaki daha yüksek basınç yüzeye doğru iter. Bu da aşırı senaryolarda çatıları binalardan soğurabilecek gibi bir emme etkisi yaratır. Dalgalı bir yüzeyde rüzgar göl üzerinde bir taşın zıpladığı gibi ilerler ve tek büyük girdap yerine küçük dönenlerin bir dizisini oluşturur. Rüzgara yapılan bu bozulma yüksek emiş noktalarının oluşmasını engelleyebilir. Sonuç, düz olanlardan daha az zararlı rüzgar kuvvetine maruz kalan bir bina oluyor.

“Bir binanın şeklini değiştirmek, dayanması gereken rüzgar kuvvetlerinin yoğunluğunu önemli ölçüde azaltabilir,” Fernández-Cabán söyledi.

Araştırmacılar bu çalışmanın özellikle modelin yüzeylerindeki rüzgar basıncına odaklandığını belirtiyorlar. Şimdi dalgalı yapıların etrafında nasıl bir rüzgar aktığını daha iyi anlamak için ek deneyler yürütüyorlar ve dalga desenlerini iyileştirmek ve diğer şekilleri test etmek için bilgisayar modellemesi kullanmayı planlıyorlar. Eğer bu çalışma erken sonuçlara benzer şekilde ortaya çıkarsa, fırtınaya duyarlı alanlarda binaları korumak için basit çözümler arayan mimarlar ve mühendisler için dalgalı duvarların ve odaların cazibesini daha da artırabilir.