ODDZIAŁYWANIE HURAGANOWEGO WIATRU NA BUDOWLE

Transkrypt

1 241 X Konferencja Naukowo-Techniczna PROBLEMY RZECZOZNAWSTWA BUDOWLANEGO Warszawa Miedzeszyn, kwietnia 2008 r. Jerzy Antoni Żurański * Mariusz Gaczek ** ODDZIAŁYWANIE HURAGANOWEGO WIATRU NA BUDOWLE 1. Wprowadzenie Każdy obiekt budowlany powinien być zaprojektowany i wykonany zgodnie z odpowiednimi przepisami techniczno-budowlanymi i powiązanymi z tymi przepisami normami. Należą do nich także normy oddziaływań klimatycznych. Powszechnie przyjęto, że wartości charakterystyczne tych oddziaływań, podane w normach, powinny mieć okres powrotu 50 lat. Oznacza to, że powinny to być wartości, które bywają przewyższane średnio raz na 50 lat. Takie wartości wyznacza się opracowując, za pomocą metod statystki matematycznej i rachunku prawdopodobieństwa, wyniki pomiarów wykonywanych przez stacje meteorologiczne. Jednakże nie wszystkie zdarzenia dają się opisać za pomocą dotychczas stosowanych metod. Należą do nich zdarzenia rzadkie, lecz o charakterze katastrofalnym [1], takie jak huragany lub trąby powietrzne. Dość powszechny jest pogląd, że w Europie rośnie częstość występowania takich zjawisk [2]. Zmusza to do zajęcia się zagadnieniem wpływu tych zwiększonych oddziaływań na konstrukcje. W referacie przedstawiono zagadnienia, związane z oddziaływaniem huraganowych wiatrów na budowle, z którymi może mieć do czynienia inżynier budowlany w swojej praktyce rzeczoznawcy. 2. Rodzaje wiatrów katastrofalnych w Polsce Istnieje kilka rodzajów wiatru, które przynoszą zagrożenia dla konstrukcji. Nazwano je tu wiatrami katastrofalnymi. W Polsce można wyróżnić ich cztery główne rodzaje [3]: 1. Wiatry sztormowe, wywoływane rozległymi i głębokimi układami niżowymi w umiarkowanych szerokościach geograficznych, od około 40 0 do około Układy te mogą się rozciągać na odległości 1000 km i większe. W takim układzie niżowym silny wiatr o prawie niezmiennym kierunku, chociaż o różnej intensywności, może trwać kilka dni. Do tego rodzaju wiatru odnosi się przede wszystkim stacjonarny przepływ turbulentny w warstwie przyziemnej. W naszym kraju jest to najczęstszy rodzaj silnego wiatru, zwłaszcza na wybrzeżu. Najsilniejsze wiatry tego rodzaju występują w okresie od jesieni do wiosny. * doc. dr hab. inż. Instytut Techniki Budowlanej, Warszawa ** dr inż. Politechnika Poznańska, Poznań

2 Wiatry burzowe, towarzyszące gwałtownym burzom w czasie przejścia frontu chłodnego. Obejmują one zwykle dość ograniczony obszar i trwają kilka do kilkunastu minut. Charakteryzują się niestacjonarnym przebiegiem prędkości, gwałtownymi porywami przy stosunkowo niskiej prędkości średniej. 3. Wiatry fenowe w górach, u nas zwane wiatrem halnym, powstają w wyniku wpływu łańcucha górskiego na przepływ powietrza w głębokim układzie niżowym. Wiatr halny rozwija się na zawietrznych skłonach gór, jest silnie porywisty, powietrze jest suche i ciepłe. W Polsce jest to wiatr południowy w Karpatach, a zwłaszcza w Tatrach. 4. Tornada, lokalne trąby powietrzne, występujące najczęściej na rozległych, płaskich obszarach o klimacie kontynentalnym. U nas zdarzają się lokalnie, o stosunkowo ograniczonym zasięgu, lecz o znacznej gwałtowności. Ostatnią, o stosunkowo szerokim zasięgu, była trąba powietrzna w okolicy Częstochowy [4]. Każdy z tych rodzajów wiatru może mieć charakter katastrofalny, może powodować katastrofalne skutki. Zależy to od jego intensywności. Niektóre z wymienionych rodzajów wiatru mają swoje rozwinięcia, pewne zróżnicowanie pod względem ich genezy i odrębne nazwy. Pewne określenia dotyczą jednak wszystkich rodzajów silnego wiatru. Huragan wiatr o prędkości powyżej 32 m/s (115 km/h), 12 o w skali Beauforta [5] Orkan gwałtowny, silny wicher, zwykle połączony z burzą, huragan, nawałnica [6] Sztorm wiatr na morzu o sile 10 o w skali Beauforta; na lądzie nazywany wichurą; w literaturze anglojęzycznej mianem sztormu określa się także silny wiatr na lądzie. Szkwał nagły, krótkotrwały (np. kilkuminutowy) wzrost prędkości wiatru (niekiedy powyżej m/s), często połączony ze zmianą jego kierunku; zjawisku może towarzyszyć silny opad i burza. Najczęściej powstaje przed frontem chłodnym; jego zwiastunem jest chmura cumulonimbus, ciemna, silnie postrzępiona od dołu. Tornado silna trąba powietrzna występująca w Ameryce Północnej, o średnicy do kilkuset metrów, powodująca nieraz katastrofalne skutki [5]. Trąba powietrzna (w Stanach Zjednoczonych nazywana tornadem od hiszpańskiego słowa tornada oznaczającego burzę lub łacińskiego tornare - obracać) jest wiatrem wirowym wokół osi pionowej, o ograniczonej średnicy (kilkadziesiąt metrów), w postaci wirującego słupa (tuba) zwisającego z rozbudowanej chmury Cumulonimbus do powierzchni Ziemi; prędkość wiatru wewnątrz trąby może przekraczać 100 m/s [4, 5]. Uskok wiatru nagłe i gwałtowne osiadanie powietrza w dolnej części troposfery, towarzyszące aktywnym frontom chłodnym lub niskotroposferycznym prądom strumieniowym; najczęściej występuje w pobliżu chmur burzowych z rozwiniętym kołnierzem burzowym, gdy może wytworzyć się silny strumień opadającego powietrza o prędkościach km/h (21 38 m/s). Na różnych wysokościach występują różne kierunki i prędkości wiatru [5]. Można przyjąć, że nazwy huragan i orkan odnoszą się zwykle do wszystkich rodzajów wiatru o dużej prędkości. Sztorm to stosunkowo długotrwały wiatr synoptyczny, natomiast szkwał i uskok wiatru to wiatry w sytuacjach burzowych. Trąby powietrzne także powstają w takich sytuacjach.

3 Skale klasyfikacyjne Od dawna próbowano sklasyfikować oddziaływanie wiatru, najpierw, co jest oczywiste, na morzu. W roku 1805 admirał Francis Beaufort podał skalę, odnoszącą się do prędkości wiatru na morzu, którą także dostosowano do potrzeb oceny prędkości wiatru na lądzie. W zależności od sposobu dostosowania (np. zaokrąglanie wartości granicznych, prędkości lub ciśnienia) skale lądowe często różnią się nieco między sobą zakresem prędkości lub opisem oddziaływania wiatru. Jedną z różnic jest przyjęcie wartości progowej huraganu, 29 m/s albo 32,6 m/s. W tablicy 1 podano jedną z wersji, według [7] ze zmianami. Tablica 1. Skala prędkości wiatru Beauforta. Prędkości wg WMO podano w nawiasach. Stopień wiatru m/s Prędkość Rodzaj wiatru Oddziaływanie wiatru 0 0,0 0,5 (0,0 0,2) Cisza Bezwietrznie, dym unosi się pionowo, liście drzew nieruchome 1 0,6 1,7 (0,3 1,5) Powiew Dym odchyla się od pionu 2 1,8 3,3 (1,6 3,3) 3 3,4 5,2 (3,4 5,4) 4 5,3 7,4 (5,5 7,9) 5 7,5 9,8 (8,0 10,7) 6 9,9 12,4 (10,8 13,8) 7 12,5 15,2 (13,9 17,1) 8 15,3 18,2 (17,2 20,7) 9 18,3 21,5 (20,8 24,4) 10 21,6 25,1 (24,5 28,4) 11 25,2 29,0 (28,5 32,6) 12 > 29,0 (> 32,6) Słaby wiatr Łagodny wiatr Umiarkowany wiatr Dość silny wiatr Silny wiatr Bardzo silny wiatr Gwałtowny wiatr (wicher/sztorm) Wichura Silna wichura Gwałtowna wichura Huragan (niem. Orkan) Wyczuwalny ręką i ciałem, porusza proporce i liście drzew Porusza chorągwie i cienkie gałązki drzew Porusza gałęzie drzew Kołysze małe gałęzie drzew Zgina grube gałęzie drzew Poruszają całe drzewa, chodzenie pod wiatr jest utrudnione Łamie gałęzie drzew, chodzenie pod wiatr jest niemożliwe Wiatr powoduje niewielkie uszkodzenia budynków (zrywa dachówki, porywa małe przedmioty) Powoduje uszkodzenia budynków, wyrywa drzewa z korzeniami Powoduje znaczne uszkodzenia budynków, zrywa dachy, łamie i wyrywa drzewa Unosi dachy, niszczy budynki W latach 70. ubiegłego wieku opracowano dwie skale intensywności tornad: Fujity (a następnie Fujity Persona) w Stanach Zjednoczonych (tabl. 2) i TORRO [8] w Wielkiej Brytanii (tabl. 3). Przytoczono je poniżej wg [4].

4 244 Na świecie szeroko stosowana jest skala Fujity, jednak wiele europejskich służb meteorologicznych stosuje skalę TORRO (od nazwy TORnado and Storm Research Organisation) z tego względu, że została oparta zarówno na pomiarach, jak i badaniach naukowych, w tym analizie wytrzymałościowej zniszczonych obiektów i dotyczy również warunków klimatycznych charakterystycznych dla Europy [4]. Tablica 2. Skala Fujity [4]. Skala Fujita Prędkość wiatru [m/s] Typowe szkody i ich opis F0 <33 Lekkie szkody: Niektóre kominy uszkodzone, połamane gałęzie drzew, wyrwane słabo zakorzenione drzewa, zniszczone szyldy i reklamy F Umiarkowane szkody: zerwane poszycie dachów, ruchome domy (nie związane z podłożem) przesuwane lub poprzewracane, jadące samochody zdmuchiwane z drogi, garaże mogą być zniszczone F Znaczne szkody: zerwane dachy z domów, ruchome domy zdemolowane, duże drzewa wyrwane z korzeniami, samochody unoszone ponad ziemię F Gwałtowne szkody: dachy i niektóre ściany domów o wzmocnionej konstrukcji zerwane lub zniszczone, poprzewracane pociągi, większość drzew w lesie powyrywanych, ciężkie samochody uniesione nad ziemię i rzucone w dal F Niszczące szkody: domy o mocnej konstrukcji zrównane z ziemią, budowle o słabych fundamentach zdmuchnięte i przeniesione na pewną odległość, samochody w tym ciężarowe przenoszone na pewną odległość F Niewyobrażalne szkody: domy o silnej konstrukcji zrównane z ziemią, zerwana kora z drzew, przedmioty wielkości samochodów rzucone na odległość ponad 100 m (109 jardów). Konstrukcje żelbetowe poważnie uszkodzone. Po przejściu huraganu krajobraz porównywalny z krajobrazem po wybuchu bomby atomowej Oprócz skal klasyfikujących tornada, stosowane są skale dotyczące huraganów, rozumianych jako cyklony tropikalne. Najbardziej znaną z nich jest skala Saffira-Simpsona. Została ona opracowana w roku 1971 przez inżyniera Herberta Saffira i meteorologa Roberta Simpsona. Zasadniczo w skali tej wyróżnia się pięć kategorii, uszeregowanych wg rosnącej intensywności. Przykładowo, kategorii 1 odpowiada wiatr o prędkości m/s, a kategorii 5 wiatr o prędkości 70 m/s. Pojawiają się jednak opinie sugerujące wprowadzenie kategorii 6, której proponuje się przypisać huragany z wiatrem o prędkości większej niż m/s. Skala ta w warunkach naszego kraju jest jednak mało przydatna w praktyce. Niestety, klasyfikacja oparta na sile wiatru jest tylko teoretyczna, ponieważ nikomu dotąd nie udało sie zmierzyć siły wiatru podczas trwania tornado. Z tego względu tornada są oceniane po szkodach przez nie spowodowanych. Prowadzi to do tego, że doświadczeni meteorolodzy na podstawie zniszczeń przypisują temu samemu zjawisku różne klasy F według skali Fujity.

5 245 Tablica 3. Skala intensywności trąb powietrznych (tornad) TORRO [4]. Skala Prędkość wiatru [m/s] Opis tornada Opis szkód T Lekkie Unoszenie z powierzchni ziemi i nadanie spiralnego ruchu lekkim śmieciom, uszkodzenia markiz i dużych namiotów, wyrywanie pojedynczych dachówek, łamanie małych gałązek, dostrzegalny tor zniszczeń. T Łagodne Leżaki, małe rośliny, ciężkie śmieci wprawiane w ruch i unoszone w powietrzu, drobne uszkodzenia budynków, wyrywanie dachówek, lekkie uszkodzenia kominów, wywracanie płotów drewnianych, lekkie uszkodzenia żywopłotów i drzew, odłamywanie pojedynczych konarów. T Umiarkowane Przestawianie ciężkich ruchomych (nie przytwierdzonych do podłoża) domów, lekkie przyczepy turystyczne wywiewane, ogrodowe altany zniszczone, dachy garaży pozrywane, duże szkody w drzewostanie, wirowanie niektórych gałęzi, wyrywanie małych drzew. T Mocne Poprzewracane ruchome domy, lekkie przyczepy zniszczone, garaże i budynki o lekkiej konstrukcji zniszczone, niektóre duże drzewa połamane lub wyrwane. T Gwałtowne Unoszenie samochodów, domy ruchome unoszone w powietrze, zerwane dachy z domów, ściany szczytowe budynków porozrywane, liczne drzewa powyrywane lub połamane. T Intensywne tornado T Umiarkowanie niszczące T Silnie niszczące T Ostro niszczące T T Intensywnie niszczące Super tornado Unoszenie ciężkich pojazdów, poważniejsze szkody budynków niż w T4, zawalone stare, słabe budynki, stoją ściany domów. Utracenie przez domy dachów i ścian, zawalona większość budynków. Zdemolowane całkowicie drewniane domy, niektóre kamienne ściany domów zawalone, konstrukcje stalowe lekko powyginane. Lokomotywy wywrócone, dostrzegalne zrywanie kory z drzew przez latający gruz. Samochody porozrzucane na dużą odległość, drewniane domy i ich zawartość rozproszone na dużej powierzchni, domy kamienne nienaprawialnie zniszczone, konstrukcje stalowe powyginane. Wiele budynków o konstrukcji stalowej bardzo zniszczonych. Lokomotywy i wagony kolejowe porozrzucane na duże odległości, kompletnie pozrywana kora z pni drzew. Całe domy szkieletowe i podobne do nich budynki podnoszone w całości z fundamentów i przenoszone na pewną odległość. Zniszczenia poważnej natury z pozostawieniem szerokiego liniowego śladu w znacznym stopniu pozbawionego roślinności, drzew i budowli wzniesionych przez człowieka.

6 246 Przeniesienie skali Fujity do Europy jest kolejnym problemem, ponieważ europejskie budownictwo oraz wielkość domów przenośnych różni się znacznie od rozwiązań powszechnie stosowanych w Ameryce. W obliczu tych regionalnych różnic w technikach budowlanych, przy dodatkowym uwzględnieniu zniszczeń roślinności, opracowana została przez TorDACH, organizację badająca tornada w krajach niemieckiego obszary językowego, skala oparta na skali TORRO dwukrotnie bardziej dokładnej niż skala Fujity. Istotne znaczenie ma porównanie wartości charakterystycznych prędkości wiatru podanych w normach z cytowanymi skalami. W dotychczasowej normie polskiej [9] wartość charakterystyczna prędkości wiatru, średnia 10. minutowa, na wysokości 10 m w terenie otwartym w strefie 1, wynosi V m = 20 m/s. Wartość chwilową można obliczyć przyjmując, jak dla elementów małych, współczynnik działania porywów wiatru β = 2,2. Stąd współczynnik porywistości G = β = 1,483, zatem wartość chwilowa prędkości wiatru V p = 29,7 m/s. Jeżeli przyjąć, że współczynnik częściowy γ f = 1,3 dotyczy tylko ciśnienia prędkości to przez jego pierwiastek kwadratowy można pomnożyć wartość charakterystyczną prędkości wiatru, zatem V p = 29,7 1,3 = 33,9 m/s. W normie europejskiej [10] współczynnik porywistości można obliczyć jako pierwiastek kwadratowy ze współczynnika ekspozycji przedstawionego wzorem (na wysokości 10 m w terenie kategorii II) [ 1 7I ( )] c ( z) = z (1) e + gdzie: I v (z) intensywność turbulencji. Intensywność turbulencji wyraża wzór 1 I v ( z) = (2) z ln z0 gdzie: z 0 wysokość chropowatości. Dla terenu otwartego, kategorii II według normy europejskiej [9], z 0 = 0,05 m. Stąd na wysokości z = 10 m jest I v (10) = 0,189 oraz c e (10) = 2,323 i współczynnik porywistości G(10) = 2,323 = 1,524. Warto zauważyć, że z bezpośredniego obliczenia współczynnika porywistości, bez pominięcia wyrażenia w drugiej potędze w zapisie wartości szczytowej ciśnienia prędkości, współczynnik porywistości wynosi v ( z) G( z) = 1+ 3, 5 I. (3) Dla tych samych warunków terenowych, na wysokości 10 m jest G(10) = 1,662. Różnica wynikająca z pominięcia członu (3,5 I v (10)) 2 = 0,438 wynosi 1,662/1,524 = 1,09, tj. 9,1 %. Przyjmując według załącznika krajowego [9] w strefie 1 wartość V m (10) = 22 m/s i G(10) = 1,524 otrzymuje się V p = 33,5 m/s. Zakładając, jak poprzednio, że współczynnik częściowy odnosi się do ciśnienia prędkości wiatru otrzymuje się wartość obliczeniową (szczytową) prędkości wiatru V p (10) = 33,5 1,5 = 41,0 m/s. Odpowiada to ciśnieniu prędkości q p (10) = 1,05 kn/m 2. Prędkość chwilowa 41 m/s (148 km/h) występuje w Polsce bardzo rzadko. Przykładowe wartości prędkości silnego wiatru w Polsce, porównywalne z danymi normowymi, podano poniżej. v

7 Częstość występowania i prędkości wiatrów katastrofalnych w Polsce Wiatry sztormowe i halne występują w porze chłodnej. Ze względu na rozległość układów barycznych trwają one od kilku do kilkudziesięciu godzin oraz występują na znacznych obszarach. Z tego powodu prędkości takich wiatrów są mierzone i rejestrowane przez sieć stacji meteorologicznych, które wykonują pomiary według jednolitej metodyki Instytutu Meteorologii i Gospodarki Wodnej [11]. Prędkości wiatrów w sytuacjach burzowych są natomiast mierzone rzadko, zdarza się to tylko wówczas, gdy burza przechodzi nad stacją meteorologiczną. W związku z tym najczęściej można tylko oszacować częstość występowania gwałtownych burz, którym towarzyszą duże prędkości wiatru. Jednym z rzadkich przypadków, gdy były możliwe pomiary, była burza w Warszawie w czerwcu 1979 roku, w czasie której na stacji meteorologicznej Warszawa Okęcie zmierzono prędkość wiatru w porywie 40 m/s. Na rys. 1 przedstawiono maksymalne roczne prędkości wiatru w porywach, wybrane ze wszystkich kierunków wiatru, zmierzone przez tę stacje w terminach obserwacji, w latach Zaznaczono także wartości normowe, charakterystyczne (dolne linie) i obliczeniowe (górne linie) według dwóch norm, [9] i [10], obliczone powyżej. 45 km/h 40 PN-EN (2008) PN WARSZAWA OKĘCIE lata Rys. 1. Maksymalne roczne prędkości wiatru w porywach na stacji meteorologicznej Warszawa Okęcie w przebiegu czasowym. Zaznaczono wartości normowe. Vp, m/s Te same wartości przedstawiono na rys. 2 na siatce probabilistycznej rozkładu prawdopodobieństwa wartości ekstremalnych Gumbela [3]. Prostą regresji, o poszukiwanych parametrach rozkładu Gumbela wyznaczono metodą najmniejszych kwadratów z pominięciem największej wartości zmierzonej, V p = 40 m/s, ponieważ pochodzi z innej populacji niż pozostałe wartości. Jest to prędkość wiatru zmierzona w sytuacji burzowej, podczas gdy pozostałe były zmierzone w czasie wiatrów sztormowych. Nie odbiega ona jednak znacznie od wartości pozostałych.

8 okres powrotu, lata Vp, m/s WARSZAWA OKĘCIE 38 m/s ln(-lnf(vp)) Rys. 2. Maksymalne roczne prędkości wiatru w porywach na stacji meteorologicznej Warszawa Okęcie na siatce probabilistycznej rozkładu Gumbela. Prędkość ta wystąpiła z kierunku południowo zachodniego (sektor 8 wg [3]). Przedstawiona na wykresie wartości maksymalnych rocznych z tego sektora odbiega ona znacznie od pozostałych. Z rys. 2 można odczytać prędkości o różnych okresach powrotu. Średnio raz na 5 lat bywa przekraczana prędkość 30 m/s, co 10 lat prędkość 32 m/s, co 20 lat 35 m/s, a co 50 lat 38 m/s. Jest to jednak prognoza wartości z pomiarów terminowych, tzn. wykonywanych co godzinę. Między terminami mogą wystąpić, i występują prędkości nieco wyższe, w przypadku wiatrów sztormowych jednak poniżej 40 m/s. W tablicy 4 zestawiono maksymalne wartości prędkości wiatru w porywach, z pomiarów terminowych i między terminami, z lat , odczytane z rys. 26 w [12]. Niestety, nie podano sytuacji barycznej, w jakiej te prędkości zmierzono, albo dat wystąpienia, co umożliwiłoby zaliczenie tych prędkości do silnego sztormu albo burzy letniej. Podano jednakże kierunki wiatru. W większości przypadków był to wiatr zachodni, a w górach wiatr halny, więc w okresie od jesieni do wiosny. Jedynie w Białymstoku był to wiatr wschodni, co nasuwa przypuszczenia, że chodzi o burzę. Nie wiadomo dlaczego w Warszawie podano prędkość V p,max = 38 m/s, a nie 40 m/s, która wystąpiła w czasie burzy w czerwcu 1979 roku. W wymienionym okresie obserwacji niektóre stacje meteorologiczne przeniesiono z terenów stopniowo zabudowywanych w miejsca otwarte. Sądząc po zanotowanych prędkościach wystąpiły one po przeniesieniu stacji. Prędkości odczytane z [12] porównano z wartościami normowymi, charakterystycznymi i obliczeniowymi, wyznaczonymi w sposób przedstawiony powyżej; w górach z uwzględnieniem zmian gęstości powietrza wg [9]. Przyjęto, jak wyżej, że częściowy współczynnik bezpieczeństwa odnosi się do ciśnienia prędkości wiatru. Z tego porównania wynika, że maksymalne prędkości wiatru, zanotowane w ciągu 35 lat, są tego samego rzędu co wartości obliczeniowe według dotychczasowej normy [9], a mniejsze od wartości obliczeniowych według załącznika krajowego [10].

9 249 Tablica 4. Prędkości wiatru w porywach, m/s, maksymalne z lat , V p,max, wg [12], w porównaniu z prędkościami w porywach, charakterystycznymi, V p,c, i obliczeniowymi, V p,d, wg aktualnych norm. Oznaczenia terenu poniżej tablicy. Lp. Stacja meteorologiczna PN-77/B PN-EN Teren V p,max V p,c V p,d V p,c V p,d Strefa 1 1 Białystok Z 30 2 Chojnice O 38 3 Częstochowa Z 27 4 Gorzów Wlkp. P 38 5 Katowice O 28 6 Kielce P 28 7 Koło P 38 8 Kraków Balice O 33 9 Legnica O Leszno Z Lublin P Łódź O Mikołajki O Mława O Olsztyn Z Opole P Ostrołęka P Poznań O Przemyśl P Rzeszów O/Z Sandomierz P Siedlce P Słubice O/Z Sulejów O Suwalki O Szczecin O/Z Szczecinek O/Z Tarnów Z Terespol O/Z Toruń O 36 29,7 33,9 33,5 41

10 Warszawa O 38 29,7 33,9 33, Włodawa O 25 29,7 33 Wrocław O 39 29,7 33,9 33, Zamość Z 26 29,7 35 Zielona Góra Z 34 29,7 33,9 33,5 41 Strefa 2 36 Elbląg Z 38 29,7 33,9 39,6 48,5 37 Gdańsk (O/Z) P 45 35,6 38 Hel Z 41 35,6 39 Kołobrzeg Z 29 35,6 40 Koszalin Z 30 35,6 40,6 39,6 48,5 41 Łeba O/P 43 35,6 42 Świnoujście O 37 35,6 43 Ustka Z 35 35,6 Strefa 3 44 Bielsko Biała O 40 40,5 46,2 35,5 43,5 45 Kasprowy Wierch O 85 73,1 83,3 67,5 82,7 46 Kłodzko O 26 39,4 44,9 34,7 42,5 47 Lesko O 40 40,2 45,8 35,3 43,2 48 Nowy Sącz O/Z 35 37,8 43,1 33,5 41,0 49 Śnieżka O ,3 59,7 73,1 Oznaczenia terenu: O teren otwarty Z teren zabudowany lub zadrzewiony P stacja przeniesiona w okresie obserwacji z terenu Z na teren O O/Z teren otwarty z pewnych kierunków, zabudowany lub zadrzewiony z innych; także teren podmiejski Analizując dane tablicy 4 warto zauważyć, że największe wartości prędkości chwilowej wiatru, zmierzone na obszarze nizinnym strefy 1 w Polsce, w ch m/s, dobrze zgadzają się z wartościami prognozowanymi na stacji meteorologicznej Warszawa Okęcie (rys. 2). Prędkość chwilowa o okresie powrotu 35 lat, jak wynotowane z [12], zawiera się w zakresie m/s. Wiatry sztormowe, występujące w od jesieni do wiosny, niekiedy bardzo silne, powodujące znaczne straty w Europie Zachodniej, jak huragan Kyril w styczniu 2006 roku i huragan Emma w lutym 2008 roku, w Polsce charakteryzują się mniejszymi prędkościami i nie powodują znacznych strat. Najczęściej są to zerwane fragmenty poszycia dachowego lub zewnętrznej izolacji ścian (styropianowej). Szkody katastrofalne są wynikiem przejścia trąby po-

11 251 wietrznej lub szkwału. Zjawiska te występują często razem, w pewnych miejscach mają postać szkwału, a w innych małego tornada. Ponieważ nie zdarza się aby trąba powietrzna przeszła nad stacją meteorologiczną, nie są rejestrowane prędkości wiatru, które wówczas występują. Są one jedynie szacowane. Szacuje się, że prędkość w wirze powietrza zawiera się w ch m/s. Są to prędkości wiatru znacznie większe od podawanych w jakiejkolwiek normie, co powoduje katastrofalne skutki. W przeciwieństwie do wiatrów sztormowych, wiejących często przez kilkanaście godzin, szkwał lub trąba powietrzna trwa najwyżej kilku minut. Przemieszcza się ona z prędkością km/h, a więc ok. 10 m/s. Na podstawie dokumentacji prasowej stwierdzono, że w latach były w Polsce 42 przypadki wystąpienia trąby powietrznej, a więc średnio 4 rocznie [12]. W poszczególnych latach ich liczba wahała się od 1 do 7. Podobną liczbę podaje Dotzek [2]. Miejsca wystąpienia trąb powietrznych w latach pokazano na rys. 3 [12]. Jak widać występowały one na południe od linii łamanej biegnącej od Szczecina przez Bydgoszcz i Olsztyn do Białegostoku. Wyrządzone szkody były znaczne aczkolwiek najczęściej lokalne. Szerszy zasięg miał huraganowy wiatr o charakterze szkwału w dniu 4 lipca 2002 roku nad Puszczą Piską, który zniszczył 44 ha lasu. Znaczne spustoszenia poczyniła ostatnia trąba powietrzna, która przeszła w okolicy Częstochowy w dniu 20 lipca 2007 roku. Na terenie dwóch gmin, Kłomnice i Rędziny zostało uszkodzonych lub całkowicie zniszczonych 111 budynków mieszkalnych i 151 budynków gospodarczych [4]. Do tego dochodzą straty na terenie gmin sąsiednich. Jeszcze większa liczba budynków ucierpiała z powodu gradobicia, które wówczas także wystąpiło: uszkodzeniu uległo 894 budynków mieszkalnych i 1361 budynków gospodarczych [4]. Dane te, zebrane Przez Powiatowy Inspektorat Nadzoru Budowlanego w Częstochowie, będą przedmiotem analiz, wraz ze zdjęciami lotniczymi. Koszalin Gdańsk Odra Szczecin Gorzów Wielkopolski Noteć Bydgoszcz Wisła 7/ Olsztyn Narew Białystok Warta Poznań / WARSZAWA Bug Zielona Góra Jelenia Góra Wrocław 24/ Opole Częstochowa Łódź Pilica Kielce Katowice Rzeszów Tarnów Kraków Nowy Sącz Wisła San Lublin km Rys. 3. Trąby powietrzne w Polsce w latach [12].

12 Rozkład ciśnienia powietrza na powierzchniach budynku Oddziaływanie wiatru przejawia się bezpośrednio jako ciśnienie wywierane na zewnętrzne powierzchnie budowli zamkniętych, a także, z powodu przepuszczalności przegród zewnętrznych, jako ciśnienie wywierane na powierzchnie wewnętrzne. Wiatr może również bezpośrednio oddziaływać na wewnętrzne powierzchnie budowli otwartych. Ciśnienie wywierane na powierzchnie konstrukcji lub jej indywidualnych elementów osłonowych, wywołuje siły prostopadłe do nich. Dodatkowo, gdy duże obszary konstrukcji są opływane przez wiatr, powstają czasem znaczące siły tarcia, działające stycznie do powierzchni [7, 10]. Wiatr Dodatnie ciśnienie wewnętrzne Wiatr Ujemne ciśnienie wewnętrzne Rys. 4. Ciśnienie wywierane na powierzchnie elementów budynku [9]. Rys. 5. Charakter deformacji budynku z otworem w ścianie zewnętrznej nawietrznej, zawietrznej i bocznej [13]. Rozpatrując rozkład ciśnienia na ścianach budynku można zauważyć, że za krawędziami nawietrznymi występują obszary zwiększonego ssania wiatru. Także na połaciach dachowych rozkład ciśnienia nie jest równomierny. Zależy on od proporcji wymiarów budynku i kształtu dachu. Przy małych kątach nachylenia połaci dachowych (α <20 ) nad całym dachem tworzy się obszar podciśnienia (ssania). Na połaci nawietrznej ciśnienie zmienia się w miarę oddalania od krawędzi dachu, natomiast na połaci zawietrznej, podobnie jak i na ścianie zawietrznej rozkład ciśnienia jest dość równomierny. Gdy kąt pochylenia jest większy (20 < α < 40 ), występuje wprawdzie oderwanie strumienia powietrza na krawędzi nawietrznej, lecz strumień znów przylega w pobliżu szczytu i dopiero przy kalenicy powstaje zasadnicze oderwanie. Przy kątach α > 40 oderwanie powstaje dopiero na szczycie dachu [6]. Oderwanie strumienia powietrza wywołuje podciśnienie za krawędziami nawietrznymi w najbliższym ich sąsiedztwie. Obszary przykrawędziowe są w związku z tym szczególnie narażone na zwiększone oddziaływanie wiatru, a możliwe pulsacje ciśnienia powodować mogą zwiększenie ryzyka wystąpienia uszkodzeń w tych obszarach budynku. Uszkodzenia zainicjowane przy krawędziach mogą pociągać za sobą uszkodzenia większych obszarów, tak jak to najczęściej ma miejsce w przypadku systemów ocieplania zewnętrznych ścian budynków (BSO). Szczególnie niebezpieczna jest sytuacja, gdy budynek ma duży otwór w ścianie zewnętrznej, zwłaszcza nawietrznej. Takie sytuacje są w sposób przesadny pokazane na rys.5. Gdy duży otwór znajduje się w ścianie nawietrznej powietrze jest wtłaczane do budynku, któ-

13 253 ry jest nadymany. Duże otwory w ścianach bocznych lub tylnych, znajdujących się w obszarach podciśnienia powodują spadek ciśnienia wewnątrz budynku. Skutek takiej sytuacji przedstawiono na rys. 5 jako wklęśnięcie ścian i stropu względnie dachu. 6. Charakterystyczne uszkodzenia powodowane przez wiatry katastrofalne Do najczęściej spotykanych w Polsce uszkodzeń powodowanych przez wiatry katastrofalne można zaliczyć: - lokalne uszkodzenia lub zerwanie pokrycia dachowego, - uszkodzenia elementów konstrukcji dachu, - zerwania całego przekrycia dachowego, - uszkodzenia lub przewrócenie kominów ponad połacią dachową, - zawalenie się ścian szczytowych poddasza i kominów w obrębie poddasza, - zawalenie się stropu między kondygnacją mieszkalną a poddaszem, - zawalenie się ścian zewnętrznych, - oderwanie ocieplenia ścian zewnętrznych, - oderwanie ocieplenia dachu płaskiego, - oberwanie rynien i rur spustowych, - deformacja lub oderwanie tablic informacyjnych, anten itp., - wybicie szyb, wyrwanie okien i wrót, - przewrócenie parkanów i ogrodzeń. Przykłady uszkodzeń i zniszczeń budynków, spowodowanych przez trąbę powietrzną w dniu 20 lipca 2007 roku w okolicy Częstochowy są omówione w [14]. Należy zaznaczyć, że charakter i zasięg uszkodzeń zależy w dużym stopniu od stanu technicznego i poprawności wykonania czy też wbudowania elementów tworzących dany obiekt budowlany. Przegląd budynków wzniesionych na terenach wiejskich wykazał istnienie wielu nieprawidłowości zwiększających podatność na uszkodzenia wywołane oddziaływaniem silnego wiatru [15]. Stwierdzono między innymi: - więźby dachowe wykonane z materiałów przypadkowych, pochodzących niejednokrotnie z rozbiórek, niedostatecznie usztywnione i źle zakotwione w ścianach budynku, - wiązary kratowe konstruowane niejednokrotnie jako układy geometrycznie zmienne, lub wykonane ze zbyt smukłych elementów (prętów), - stropy wykonane często z przypadkowych materiałów, mające małą wytrzymałość lub małą sztywność, przeciążone materiałami zgromadzonymi na poddaszu, - wysokie ściany szczytowe poddasza nie usztywnione ścianami poprzecznymi, słupami czy też pilastrami, - elementy pokryć dachowych zbyt słabo lub w ogóle nie mocowane do elementów dachu. Także budynki na terenach miejskich wykazują usterki ujawniające się często w czasie oddziaływania wiatrów katastrofalnych. Można tu wspomnieć o coraz częstszych przypadkach oderwania od ścian budynków systemów ocieplania (BSO). Na wystąpienie tych uszkodzeń mają najczęściej wpływ błędy popełniane w trakcie wykonywania ocieplenia, takie jak: - prowadzenie prac w niesprzyjających warunkach atmosferycznych, - brak właściwego przygotowania powierzchni ściany, a w wyniku tego osłabienie przyczepności zaprawy klejącej, - stosowanie nieodpowiednich zapraw klejących w przypadku mocowania systemu do poszycia z płyt OSB, - niewłaściwe nakładanie zaprawy klejącej na płyty termoizolacyjne i zbyt mała powierzchnia klejenia płyt do podłoża,

14 254 - nieprzestrzeganie zalecanych przerw technologicznych pomiędzy zakończeniem klejenia płyt a kolejnymi czynnościami (szlifowaniem powierzchni, osadzaniem łączników mechanicznych), - brak stosowania łączników mechanicznych zwłaszcza w sytuacjach spodziewanej zmniejszonej przyczepności zaprawy klejącej do podłoża, - niewłaściwy dobór łączników mechanicznych do materiału ściany (niewłaściwy typ kołków, niedostateczna ich długość) i zbyt mała liczba łączników zwłaszcza w strefach przynarożnikowych, - niewłaściwe osadzenia kołków zmniejszające ich nośność (zbyt płytkie kotwienie, otwór o zbyt dużej średnicy). Ponadto na osłabienie przyczepności systemu ocieplania do ściany może wpływać zła jakość płyt izolacyjnych (możliwość przeciągnięcia płyt przez kołki), zła jakość kołków (zerwanie główek) czy też zła jakość zapraw klejących. Analizy prowadzone w Stanach Zjednoczonych doprowadziły do wyodrębnienia charakterystycznych uszkodzeń różnych grup obiektów i przypisania tym uszkodzeniom prędkości wiatru, przy którym mogą mieć miejsce [16]. Chociaż budownictwo amerykańskie różni się nieco od europejskiego, poniżej przytoczono te dane dla wybranych obiektów. 1) Małe budynki inwentarskie i gospodarcze (tabl. 5) Ogólna charakterystyka: Powierzchnia mniejsza niż 230 m 2 Drewniana albo metalowa konstrukcja słupowo-ryglowa Drewniane albo metalowe wiązary dachowe Drewniane albo metalowe poszycie płytowe ścian Metalowe albo drewniane pokrycie dachowe Duże wrota Tablica 5. Uszkodzenia budynków inwentarskich i gospodarczych. Prędkość wiatru, m/s Stopień Opis uszkodzenia najczęstsza dolna górna uszkodzenia 1 Próg widocznego uszkodzenia Ubytek drewnianych albo metalowych płyt pokrycia Zawalenie się lub rozpadnięcie wrót Poważniejszy ubytek płyt pokrycia dachowego Poderwanie albo zawalenie się konstrukcji nośnej Zawalenie się ścian Przewrócenie albo przesunięcie całej konstrukcji Całkowite zniszczenie budowli ) Domy mieszkalne jedno- i dwurodzinne ( m 2 ) tabl. 6 Ogólna charakterystyka: Pokrycie dachowe z gontów bitumicznych, dachówek, łupka albo blachy Dach płaski, dwuspadowy, czterospadowy, mansardowy albo jednospadowy albo też kombinacje wyżej wymienionych

15 255 Poszycie dachowe ze sklejki, płyt OSB albo desek Prefabrykowane wiązary drewniane kratowe albo belkowe Oblicówka ceglana, płyty drewniane, tynk, BSO, poszycie plastikowe albo metalowe Ściany szkieletowe ze słupami drewnianymi albo metalowymi, bloczki betonowe albo płyty z betonu lekkiego Dobudowany garaż pojedynczy albo podwójny Stopień uszkodzenia Tablica 6. Uszkodzenia małych domów mieszkalnych. Prędkość wiatru, m/s Opis uszkodzenia najczęstsza dolna 1 Próg widocznego uszkodzenia Ubytek pokrycia dachowego (<20%), rynien lub obróbek blacharskich; ubytek plastikowego albo metalowego poszycia ścian górna Zbite szyby w oknach i drzwiach Poderwanie poszycia dachowego i znaczny ubytek pokrycia dachowego (>20%); zawalenie się komina; brama garażowa zapadnięta do wewnątrz; zniszczenie ganku albo zadaszenia podjazdu Cały budynek zsunięty z fundamentów Brak dużych fragmentów konstrukcji dachowej; większość ścian nadal stojących Ściany zewnętrzne zawalone Większość ścian zawalonych, poza małymi pomieszczeniami w głębi obiektu Wszystkie ściany zawalone Zniszczenie dobrze zaprojektowanego i wykonanego budynku; płyta podłogowa zmieciona do czysta ) Murowane domy mieszkalne albo motele (tabl. 7) Ogólna charakterystyka: Wysokość do czterech kondygnacji Zabudowa składająca się z jednego lub więcej prostokątnych budynków Dach płaski, dwuspadowy, czterospadowy albo mansardowy Gonty bitumiczne, dachówki, łupek albo wielowarstwowe pokrycie bitumiczne Lekki stalowy wiązar dachowy z poszyciem metalowym i lekką izolacją cieplną Stropodach i stropy z elementów prefabrykowanych, pustaków albo płyt kanałowych Ściany nienośne z betonowych elementów murowych Ściany nośne z betonowych elementów murowych Tynk, BSO warstwa cegły licówki jako wykończenie zewnętrzne ścian Zewnętrzne łączniki albo balkony

16 256 Tablica 7. Uszkodzenia domów mieszkalnych i moteli. Prędkość wiatru, m/s Opis uszkodzenia najczęstsza dolna 1 Próg widocznego uszkodzenia Ubytek pokrycia dachowego (<20%) Poderwanie lekkiego metalowego poszycia Stopień uszkodzenia górna dachu 4 Poderwanie betonowych elementów dachu Zawalenie się ścian najwyższej kondygnacji Zawalenie się dwóch najwyższych stropów budynku trój- albo czterokondygnacyjnego Całkowite zniszczenie dużej części budynku ) Niskie budynki użyteczności publicznej 1 4 kondygnacji (tabl. 8) Ogólna charakterystyka: Składają się z reguły z prostokątnych segmentów, mogą jednakże być rozbudowane w planie Większość ma dachy płaskie, lecz mogą mieć również dachy dwuspadowe, czterospadowe albo mansardowe Pokrycia dachowe to wielowarstwowe izolacje bitumiczne, jednowarstwowe izolacje przeciwwilgociowe, panele metalowe albo poszycie z blach na rąbek stojący Płyta dachowa drewniana albo metalowa, ewentualnie wylewana albo wykonana z płyt żelbetowych Stalowa albo żelbetowa rama nośna Ściany osłonowe ze szkła i metalu, ściany szkieletowe ze słupkami metalowymi i BSO, murowane nienośne ściany z wyprawą tynkarską albo warstwą licówki ceramicznej Przykładami tej kategorii są budynki biurowe, obiekty służby zdrowia, jak również budynki banków. Tablica 8. Uszkodzenia niskich budynków użyteczności publicznej. Prędkość wiatru, m/s Opis uszkodzenia najczęstsza dolna 1 Próg widocznego uszkodzenia Ubytek pokrycia dachowego (<20%) Stopień uszkodzenia 3 Poderwanie metalowego poszycia dachowego przy okapach i narożach dachu; znaczny ubytek pokrycia dachowego (>20%) górna Stłuczone oszklenie w oknach, przedsionkach albo atriach Poderwanie lekkiej konstrukcji dachowej Znaczne uszkodzenie ścian zewnętrznych i niektórych ścian wewnętrznych Całkowite zniszczenie całości albo dużej części budynku

17 257 5) Wiaty stacji paliw (tabl. 9) Ogólna charakterystyka: Współczesne stacje paliwowe składają się z bardzo dużej wiaty przekrywającej całą strefę dystrybutorów paliw oraz małego budynku mieszczącego kasę i przestrzeń handlowo-usługową Konstrukcja wiaty wykonana ze stalowego rusztu belkowego wspartego na co najmniej czterech wysokich słupach Panele metalowe pokrywają spód wiaty Lekkie elementy okapowe, metalowe albo plastikowe, pokrywają obwód wiaty Tablica 9. Uszkodzenia stacji paliw. Prędkość wiatru, m/s Opis uszkodzenia najczęstsza dolna 1 Próg widocznego uszkodzenia Elementy okapowe oderwane od wiaty Metalowe panele dachowe zerwane z wiaty Słupy zgięte albo wyboczone pod naporem Stopień uszkodzenia górna wiatru Wiata przewrócona wskutek awarii posadowienia Całkowite zniszczenie wiaty ) Budynki magazynowe (tabl. 10) Ogólna charakterystyka: Kategoria ta obejmuje wszelkiego rodzaju budownictwo poza metalowym Przykłady tego rodzaju obiektów obejmują budynki magazynowe, składowe oraz przemysłowe Budynki wzniesione są z reguły na planie prostokąta i mają płaskie, dwuspadowe albo czterospadowe dachy Dachy o budowie wielowarstwowej ze żwirem, jednowarstwową izolacją przeciwwilgociową dociśniętą balastem, mocowaną mechanicznie albo przyklejaną całą powierzchnią Lekka stalowa konstrukcja szkieletowa z murowanymi ścianami nośnymi Duże drzwi podnoszone Prefabrykowane żelbetowe słupy, belki i dwuteowniki oraz płyty ścienne Solidna konstrukcja drewniana ze ścianami ryglowymi i płytami drewnianymi Tablica 10. Uszkodzenia budynków magazynowych. Prędkość wiatru, m/s Opis uszkodzenia najczęstsza dolna 1 Próg widocznego uszkodzenia Ubytek pokrycia dachowego (<20%) Drzwi podnoszone załamane do wewnątrz Stopień uszkodzenia albo na zewnątrz 4 Poderwanie poszycia dachu; znaczny ubytek pokrycia dachowego (>20%); zerwanie in- górna

18 258 stalacji dachowych 5 Zawalenie się zewnętrznych ścian osłonowych 6 Zawalenie się prefabrykowanych żelbetowych płyt ściennych 7 Całkowite zniszczenie dużej części albo całości budynku ) Słupy linii elektroenergetycznych (tabl. 11) Ogólna charakterystyka: Pojedyncze słupy drewniane z poprzecznikami drewnianymi Pojedyncze słupy stalowe albo żelbetowe z poprzecznikami metalowymi Metalowe słupy kratowe Tablica 11. Uszkodzenia słupów linii energetycznych. Prędkość wiatru, m/s Opis uszkodzenia najczęstsza dolna 1 Próg widocznego uszkodzenia Złamany drewniany poprzecznik Pochylone drewniane słupy Złamane drewniane słupy Złamane albo zgięte słupy stalowe albo Stopień uszkodzenia górna żelbetowe Przewrócone metalowe słupy kratowe Środki ograniczające skutki wiatrów katastrofalnych Do zabiegów ograniczających skutki oddziaływania wyjątkowo silnych wiatrów można zaliczyć: - właściwe kształtowanie elementów i ustrojów konstrukcyjnych pod względem statycznym, - zapewnienie współpracy elementów konstrukcyjnych w przenoszeniu obciążeń, - zapewnienie właściwej sztywności przestrzennej, - właściwe usztywnienie smukłych elementów budowli, - wznoszenie elementów budowli z właściwych materiałów; materiały rozbiórkowe powinny być stosowane ze szczególną ostrożnością, - właściwe mocowanie elementów konstrukcyjnych zwłaszcza elementów dachowych i szkieletu budynków o lekkiej konstrukcji drewnianej, - właściwe mocowanie lub dociążenie balastem elementów pokryć dachowych, - właściwe mocowanie systemów ocieplania ścian i dachów, elementów wyposażenia, takich jak rynny i rury spustowe, balustrady balkonów i tarasów, tablice informacyjne i in., - właściwe osadzenie okien, drzwi zewnętrznych i wrót, - zabezpieczenie przed poderwaniem przez wiatr przedmiotów znajdujących się w otoczeniu budynków, - przycinanie drzew rosnących w pobliżu budynku, aby konary i gałęzie nie znajdowały się na dachem budynku.

19 259 Na obszarach często nawiedzanych przez silne wiatry zaleca się montowanie okiennic. Budynki o lekkiej konstrukcji szkieletowej powinny mieć wykonany odpowiedni układ ścian wewnętrznych, tworzący swego rodzaju trzon usztywniający budynek. Przykłady prawidłowego wykonania wybranych elementów budynku pokazano na rysunkach 6-10 [17, 18] Rys. 6. Przykład rozwiązania usztywnienia osłabionych otworami ścian szczytowych poddasza i ścianek kolankowych [17]. 1 wieniec stropowy, 2 słupek żelbetowy, 3 wieniec dachowy pod murłatę, 4 ukośny wieniec dachowy na ścianach szczytowych, 5 słupy wzmacniające ścianę szczytową (w przypadku ściany jednowarstwowej należy wykonać pilastry), 6 nadproże Rys. 7. Przykład wykonania usztywnienia ścianki kolankowej w ścianie jednowarstwowej i oparcia więźby dachowej. 1 wieniec stropowy, 2 słupek żelbetowy, 3 wieniec stężający ściankę i stanowiący oparcie murłaty, 4 murłata. 1

20 260 Rys. 8. Przykłady klamer (spinek) burzowych. Spinka burzowa dwuczęściowa Spinka burzowa jednoczęściowa Rys. 9. Przykłady mocowania dachówek klamrami burzowymi. a) b) e) c) f) d) g) Rys. 10. Mocowanie systemu ocieplania zewnętrznych ścian budynków (BSO) przy użyciu kołków umożliwiające optyczną kontrolę jakości zakotwienia: a) wywiercenie otworu w ścianie, b) wsunięcie kołka, c) przyłożenie wiertarki z głowicą umożliwiającą ściśnięcie materiału termoizolacyjnego pod główką kołka i zamocowanie łącznika, d) wkręcanie śruby rozprężającej, e) zakleszczenie kołka, f) zasłonięcie gniazda krążkiem likwidującym punktowy mostek cieplny, g) osadzony i zabezpieczony kołek.

21 Wnioski i uwagi końcowe Analiza prędkości silnego wiatrów w Polsce, a także ogólne spojrzenie na szkody powodowane przez wiatr pozwalają na wyciągnięcie ważnych wniosków: 1. W Polsce występują cztery rodzaje silnego wiatru, które można połączyć w dwie grupy: wiatry związane z głębokimi niżami w porze chłodnej, przejawiające się w postaci silnego wiatru sztormowego, a w górach wiatru halnego, oraz wiatr w czasie burz letnich, o charakterze silnego szkwału lub trąby powietrznej. 2. Huraganowe wiatry występujące w porze chłodnej charakteryzują się prędkościami maksymalnymi tego samego rzędu co wartości charakterystyczne w nowej normie polskiej (w załączniku do normy europejskiej). Szkody, wyrządzane przez te wiatry obejmują najczęściej poszycia dachowe, elementy małej architektury, rzadziej zerwanie całego dachu. Rzadko zdarzają się poważne zniszczenia. Bardzo dużo jest połamanych drzew, które padając zrywają linie elektryczne niskiego napięcia, trakcje tramwajowe, niekiedy, a także często niszczą samochody. Zdarza się też, że drzewa padają na domy niszcząc fragmenty dachu. 3. Silne szkwały i trąby powietrzne, o prędkości wiatru znacznie przekraczającej wartości obliczeniowe, wyrządzają poważne szkody, zrywają dachy i niszczą całe budynki. Występują lokalnie, na niewielkich obszarach. Ocenia się, że w Polsce ich liczba zawiera się od 1 do 7, średnio 4 trąby powietrzne rocznie. 4. Istnieje poważny zasób doświadczenia jak budować domy odporne na działanie silnego wiatru. Doświadczenie to pochodzi z krajów, które nawiedzają huraganowe wiatry, przede wszystkim ze Stanów Zjednoczonych Ameryki Północnej. Celowe jest przeniesienie tych doświadczeń na grunt polski. 5. W Polsce huraganowe wiatry wyrządzają większość szkód przede wszystkim w budownictwie wiejskim, często stosunkowo starym. Można znacznie zmniejszyć szkody projektując i wykonując, a także naprawiając i wzmacniając budynki zgodnie z zasadami sztuki budowlanej i postanowieniami aktualnej polskiej normy obciążenia wiatrem. Piśmiennictwo [1] Woliński Sz.: Metody oceny wartości oddziaływań spowodowanych przez zdarzenia katastrofalne. Problemy Naukowo-Badawcze Budownictwa, tom III, Białystok 2007 (Materiały 53 Konferencji Naukowo-Technicznej KILiW PAN i KN PZITB, Krynica 2007). [2] Dotzek N.: An updated estimate of tornado occurrence in Europe. Proceedings of the 2nd European Conference on Severe Storms, Prague [3] Żurański J.A.: Wpływ warunków klimatycznych i terenowych na obciążenie wiatrem konstrukcji budowlanych. Instytut Techniki Budowlanej, Rozprawy, [4] Bebłot G., Hołda I., Rorbek K.: Trąba powietrzna w rejonie Częstochowy w dniu 20 lipca 2007 roku. Referat przedstawiony na konferencji na temat zjawisk ekstremalnych, Instytut Meteorologii i Gospodarki Wodnej, Paszkówka, październik [5] Słownik meteorologiczny (praca zbiorowa pod redakcją T. Niedźwiedzia). PTG i IMGW, Warszawa [6] Słownik Języka Polskiego (praca zbiorowa pod redakcją M. Szymczaka). PWN, Warszawa 1978.

22 262 [7] Żurański J.A.: Obciążenia wiatrem budowli i konstrukcji. Arkady, Warszawa [8] Meaden G.T.: Tornadoes in Britain. Journal of Meteorology, 1, 1976, [9] PN-77/B Obciążenia w obliczeniach statycznych. Obciążenie wiatrem. [10] PN-EN :2008 Eurokod 1 Oddziaływania na konstrukcje. Część 1-4 Oddziaływania ogólne Oddziaływania wiatru. [11] Żurański J.A., Maciążek W.E.: Oddziaływanie wiatru na konstrukcje w ocenie obiektów budowlanych.- IX Konferencja Naukowo Techniczna Problemy Rzeczoznawstwa Budowlanego. Cedzyna koło Kielc, kwietnia 2006 r. Materiały konferencyjne, Wyd. ITB, Warszawa [12] Lorenc H.: Struktura i zasoby energetyczne wiatru w Polsce. Instytut Meteorologii i Gospodarki Wodnej, Materiały Badawcze, Seria: Meteorologia 25, Warszawa [13] Windstorm mitigation manual for light frame construction. Federal Emergency Management Agency, [14] Karolak D., Papliński A.T.: Domy, w które uderzyła trąba Murator nr 10/2007. [15] Stan techniczny budynków rolniczych w Wielkopolsce. Opracowanie wewnętrzne Zakładu Budownictwa Rolniczego Politechniki Poznańskiej, Poznań [16] A Recommendation for an Enhanced Fujita Scale. Wind Science and Engineering Center, Texas Tech University, Lubbock [17] Buduj bez błędów. Dodatek do miesięcznika Ładny Dom. (opr. W.Rudolf). [18] Materiały informacyjne firm: Monier (Braas, RuppCeramika), EJOT, Wienerberger, Xella (Ytong). HURRICAN WIND ACTIONS ON BUILDINGS Summary The paper deals with the strong winds actions on buildings. Two kinds of strong winds occur in Poland: wind storms (and foen winds in mountains) caused by large and deep pressure depressions in autumn and wintertime and strong winds during summer thunderstorms. The later may be downbursts and small tornadoes. During the period maximum recorded wind speeds in winter storms were m/s and they were slightly higher than design gust wind speeds in present Polish Standard but lower than new provisions in the national annex to the Eurocode 1. Small tornadoes occur in Poland 4 times a year on average. It is not possible to record wind speeds during summer thunderstorms because they usually pass by meteorological stations. Strong wind disasters affect mainly agricultural buildings with relatively week structures but tornadoes can destroy any building. Typical failures under strong wind actions are described and measures against wind disasters are presented.