颶風無懼的摩天大樓竟敗給「彈跳風」？

休士頓，我們遇到麻煩了。這座「太空城」擁有50棟超過150公尺高的摩天大樓，這些建築原本設計來抵禦德州常見的颶風。然而，2024年5月16日，一場德雷科風暴（一種與快速移動的陣雨或雷暴相關的廣泛且持久的風暴）意外地對市中心的許多高樓造成了意想不到的損害。由於交通中斷、企業暫時關閉以及需要進行修復，這場風暴帶來了顯著的社會經濟影響。

為什麼結構損害比預期大得多？《建築環境前沿》的一項新研究現在提供了這個謎題的答案。其發現不僅對休士頓，也對未來高樓設計和市中心規劃提供了寶貴的教訓。

「我們的研究顯示，五月德雷科風暴中產生的稱為『下擊暴流』的高度區域性化強風，由於其與颶風相比的獨特特性，可以顯著影響高樓和建築外牆，」佛羅裡達國際大學副教授、該研究的作者之一阿馬爾·埃拉瓦迪博士說道。

下擊暴流是一種強烈的向下風，一旦接觸地面就會向四面八方吹散——這也是為什麼高樓地面層周圍的風往往更加強烈的原因。

埃拉瓦迪領導的一個研究專案利用自然災害工程研究基礎設施的「風牆」實驗設施，來研究下擊暴流對高層和低層建築的影響，並與颶風進行比較。

在這裡，作者分析了五月德雷科風暴對休士頓五座標誌性建築的影響：雪佛龍大樓禮堂、CenterPoint能源廣場、El Paso能源大樓、RRI能源廣場和Wedge國際大廈。

這些建於1962年至2003年間的高樓，高度在158至226公尺之間。所有建築都符合建築標準，要求高樓設計能抵禦每秒67公尺的風速，相當於四級颶風。

德雷科風暴期間在休士頓市中心測得的風速並未接近這一建築標準，峰值僅為每秒40公尺。然而，正如研究所示，這些高樓的外牆板塊被掀翻，覆層受損，尤其是角落和低層。許多窗戶破裂或粉碎，危險的碎片如雨般灑落街道。

相比之下，這些高樓在2024年7月8日襲擊休士頓的颶風Beryl中僅受到最小損害。Beryl期間在休士頓市中心測得的最大風速為每秒36公尺，與德雷科風暴相當。

研究人員在「風牆」實驗設施中模擬了下擊暴流和颶風，該設施的12臺噴射風扇可以產生高達每秒70公尺的風速。這些風被吹向一個旋轉的微型高樓模型，比例為1:350。另一個相同的模型以0.14至0.70公尺的距離放置，以模擬鄰近建築的幹擾。

作者比較了兩種條件，這兩種條件在平均風速隨時間變化的方式上有所不同：一種是颶風典型的恆定平均速度，另一種是下擊暴流特有的速度，即最初迅速上升，達到平穩，然後下降。結果顯示，在下擊暴流事件中，建築側面的吸力遠大於颶風期間。

「當強風穿過城市時，它們會因高樓之間的幹擾而彈跳。這增加了牆壁和窗戶的壓力，使損害比建築孤立時更加嚴重，」該研究的第一作者、博士生奧馬爾·梅特瓦利說道。

「除此之外，下擊暴流產生的強烈區域性力量可能超過颶風的典型設計值，尤其是高樓的低層。」

這種幹擾和下擊暴流對高樓的雙重打擊效應可能很快就會成為更嚴重的問題，因為人為引起的氣候變化已經對休士頓造成了特別嚴重的打擊。墨西哥灣每十年升溫0.19°C，是全球海洋升溫速度的兩倍。預計更高的溫度將帶來更頻繁和更嚴重的極端天氣。

「在都市規劃和建築設計中考慮下擊暴流和雷暴風的獨特影響，對於保護高樓免受損害至關重要。目前的外牆建築指南應重新評估以反映這一點，」梅特瓦利總結道。