以下文章经许可转载自 The Conversation，这是一个报道最新研究的在线出版物。
在迈阿密的一个飞机库中，工程师们正在重现一些有史以来袭击陆地的最强飓风。这些五级飓风可以在眨眼间摧毁一座测试建筑物。
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然而，它们还不够强大，无法跟上大自然的步伐。
当工程师们 10 年前在佛罗里达国际大学建造 “风墙” 测试设施时，其灵感来自 安德鲁飓风，这是一场 1992 年袭击南佛罗里达州的怪兽级风暴。
该设施旨在测试建筑物承受高达每小时 160 英里（每小时 257 公里）风速的能力。现在，我们看到了像 多里安飓风 这样的风暴，它在 2019 年以每小时 184 英里（296 公里/小时）的风速摧毁了巴哈马群岛的社区，以及 帕特里夏飓风，它在 2015 年在墨西哥海岸附近被测得风速为每小时 215 英里（346 公里/小时）。
研究表明，随着气候变化以及海洋和空气温度升高，热带风暴的强度正在 不断增强。设计能够承受未来像多里安飓风这样风暴的房屋和基础设施，将需要新的测试设施，这些设施要远远超出今天的能力——我们认为应该称之为六级风暴。
风墙
目前，美国大学中只有一个能够产生五级风（目前是最强飓风级别）的真人尺寸测试设施。那就是 “风墙”。
在该设施的一端是 一堵由 12 个巨型风扇组成的弧形墙，每个风扇都和普通人一样高。它们协同工作，可以模拟每小时 160 英里的飓风。喷水器模拟风驱动的雨水。另一端，建筑物通向一片大场地，工程师可以在那里观察结构的破坏方式和位置以及碎片飞散的情况。
我们在这里制造的强大风暴使我们和其他工程师能够探测建筑和设计中的弱点，跟踪贯穿建筑物的连锁破坏，并在接近真实世界风暴的条件下测试创新解决方案。摄像头和传感器捕捉建筑物、屋顶材料和其他物品崩塌——或者，同样重要的是，不崩塌——的每一毫秒。
在这里进行的十年研究帮助建筑商和设计师 降低了损坏风险。当预报员警告说，就像他们对 2022 年所做的那样，飓风季将会繁忙，并且会有 多次大型飓风 时，这会很有帮助。
来自飓风测试的经验教训
我们在 破坏性测试中发现，结构通常会在不到一秒钟的时间内被撕裂。只需要风穿透最薄弱的点。
当多里安飓风袭击巴哈马群岛时，许多建造质量较差的 房屋变成了弹片，造成了另一个问题。一旦建筑物倒塌，即使附近建造的能够承受更高风力的房屋也会因为飞散的碎片而陷入困境。 我们的测试表明，来自一座建筑物的碎片，在持续风速为每小时 130-140 英里或更高的情况下，可能会摧毁下一座建筑物，然后那座建筑物又会摧毁下一座建筑物。
屋顶通常是最薄弱的环节。屋顶在风暴期间 受到抬升力的作用，因此撞击建筑物表面的风需要能够逸出。当风遇到路径中的物体时，可能会造成损坏。
新的设计正在改进建筑物抵御极端风力的方式。例如，风暴会产生强大的涡流——风在建筑物的边缘像螺旋钻一样盘旋——这会剥落屋顶材料，最终抬起屋顶本身。一项创新技术是在屋顶边缘使用水平 风力涡轮机 来扩散风力，同时产生电力，一举两得。
建筑物的形状也会产生弱点或有助于偏转风力。您会注意到，大多数现代高层建筑都避免尖角。测试表明，更梯形 或圆形的边缘可以减少建筑物上的风压。
而且更好的安全性不必花费高昂的代价。一项实验表明，仅 250 美元 的升级就足以让一座小型棚屋大小的建筑物能够抵御三级风暴——或者不能。 飓风带 将屋顶桁架连接到房屋的周边。 环形钉，其钉杆周围有螺纹以抓住木材，比光滑的钉子更能抵抗风力。 飓风百叶窗 还可以阻挡风力可以穿透并引发灾难性破坏的入口点。
安装也很重要，这有助于解释为什么看起来符合建筑规范要求的屋顶仍然会在飓风中失效并被吹飞。
我们进行的实验 表明，即使边缘系统——墙壁和屋顶之间的金属元件——安装得过高或过低半英寸，也可能在低风速下过早失效，即使该系统旨在承受五级飓风。屋顶工人在密封边缘时可能需要超越当前规范来铺设沥青瓦和屋顶瓦片，以 防止它们在风暴中失效。
扩大测试范围：每小时 200 英里风速 + 风暴潮
虽然工程师们一直在通过测试获得知识，但随着地球变暖，风暴的性质正在发生变化。
由人类活动增加的 温室气体排放 导致的温度升高，使空气能够容纳更多水分，而温暖的海洋为 助长飓风 提供了更多能量。研究表明，更大更强烈的风暴 和 含水量更多 且移动速度更慢的风暴将以更大的风力、风暴潮、洪水和碎片袭击它们所袭击的地区。
一项研究估计，如果 2008 年袭击德克萨斯州加尔维斯顿的艾克飓风在 21 世纪后期预期的温暖气候中袭击，其风力将增强 13%，移动速度将减慢 17%，含水量将增加 34%。
正是因为这些风暴，我们正在与其他八所大学合作 设计一个新的设施，以测试建筑在每小时 200 英里（322 公里/小时）风速下的性能，并配备一个水池来测试高达 20 英尺（6 米）的风暴潮和海浪的影响。
计算机可以模拟结果，但它们的模型仍然需要通过物理实验来验证。通过结合风力、风暴潮和海浪作用，我们将能够看到整个飓风以及所有这些组成部分如何相互作用以影响人类和建筑环境。
灾难测试正在寻找使房屋更安全的方法，但这取决于房主确保他们了解自己房屋结构的弱点。毕竟，对于大多数人来说，他们的房屋是他们最宝贵的资产。
本文最初发表于 The Conversation。阅读 原文。