Estimation of critical wind speed on the basis of roof blow-off

• Autorzy: Chmielewski T. , Kaleta B. , Nowak H.

Identyfikatory

DOI

10.24425/ace.2020.134404

Warianty tytułu

PL

Oszacowanie krytycznej prędkości wiatru na podstawie zerwanego dachu

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Types of wind storms in Poland and examples of economic damage, threats to human life and health caused by two extreme wind events are presented. Then, a house with the roof blown-off during the derecho wind storm in Poland on August 11-12, 2017, is considered. Based on the rafter framing of the house, i.e. wooden roof structure elements and roof covered, the weight of the roof is calculated. Two cases of the strong connection between rafter plates and knee walls are estimated. With the estimation of connection strength between rafter plates and knee walls, it was possible to calculate the total force required to blow-off the roof of the house. Next, an aerodynamic force acting on the house is calculated using pressure coefficients for a low-rise house with a gable roof. The pressure coefficients were taken from the Tokyo Polytechnic University aerodynamic database. The aerodynamic force acting on the roof blown-off was calculated for a low-rise building with a gable roof for similar ratios for length, width, and height. Three wind directions, for the unknown orientation of the building, were considered, i.e. the wind direction perpendicular, parallel, and oblique to the gable wall. By comparison, the aerodynamic force with the total force required to blow-off the roof of the house, it was possible to calculate the critical wind speed needed for the roof blown-off. This wind speed is much bigger than measured by meteorological stations on the path of the derecho.

PL

W dniach 11-12 sierpnia 2017 r. nad Polską przeszła rozległa burza wiatrowa. Cała burza obejmowała obszar około 540 km od Wrocławia, przez Poznań, Bydgoszcz, wzdłuż Gdyni i Gdańska oraz część Wybrzeża. Z dużą siłą wiatru przeszła przez trzy województwa: Wielkopolskie, Kujawsko-Pomorskie i Pomorskie. Pomierzone prędkości wiatru osiągnęły 130 km/h, powodując duże zniszczenia na swojej drodze, a w jednej stacji synoptycznej, tj. w Elblągu prędkość wiatru przekroczyła 150 km/h. Maksymalne prędkości wiatru zostały pomierzone w następujących miejscowościach: Chojnice: 31.2 m/s (112 km/h), Gniezno: 34.8 m/s (125 km/h), Chrząstowo/Noteć: 36.0 m/s (130 km/h), Elbląg: 42,0 m/s (151 km/h). Ścieżka przejścia burzy była w przybliżeniu liną prostą, miała ponad 400 km długości i w trzech miejscach oddalonych około 70 km wiatr wiał z prędkością 100 km/, czyli burza spełniała kryteria burzy „derecho”. Burza wiatrowa spowodowała ofiary ludzkie i ogromne straty materialne opisane w pracy [8]. Celem artykułu jest oszacowanie krytycznej prędkości wiatru w zdarzeniu zerwania dachu jednopiętrowego ceglanego budynku podczas burzy wiatrowej w dniu 11 sierpnia 2017 r. W tym celu obliczono ciężar konstrukcji i pokrycia dachu oraz oszacowano siłę połączenia między murłatami i ściankami kolankowymi. Wzajemne porównanie obu tych sił umożliwiło obliczenie krytycznej prędkości wiatru, która okazała się znacznie większa od wartości pomierzonych na stacjach meteorologicznych.

Słowa kluczowe

EN

derecho; wind storm; building damage; roof blow-off; aerodynamic coefficient; critical speed; wind speed

PL

burza wiatrowa; derecho; uszkodzenie budynku; zdmuchnięcie dachu; współczynnik aerodynamiczny; prędkość krytyczna; prędkość wiatru

• Wydawca: Komitet Inżynierii Lądowej i Wodnej PAN ; Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Lądowej
• Czasopismo: Archives of Civil Engineering
• Rocznik: 2020
• Tom: Vol. 66, nr 3
• Strony: 391--405
• Opis fizyczny: Bibliogr. 10 poz., il., tab.

Twórcy

autor

Chmielewski T.

• Opole University of Technology, Faculty of Civil Engineering and Architecture, Opole, Poland

autor

Kaleta B.

• Opole University of Technology, Faculty of Civil Engineering and Architecture, Opole, Poland

autor

Nowak H.

• Opole University of Technology, Faculty of Civil Engineering and Architecture, Opole, Poland

Bibliografia

• 1. Polish Government Security Centre, Threats periodically occurring in Poland, Analysis Division, Warsaw, Poland, January 2013 (in Polish).
• 2. Y. Quan, Y. Tamura, M. Matsui, S.Y. Cao, Y. Yoshida, TPU aerodynamic database for low-rise buildings, Proc. of the 12th International Conference on Wind Engineering, Vol.2, Cairns, 1615–1622, 2007.
• 3. Y. Tamura, TPU Global COE Program "New Frontier of Education and Research in Wind Engineering", Proc. of the 6th International Symposium on Wind Effects on Buildings and Urban Environment, Tokyo, 1-38, 2013
• 4. TPU (Tokyo Polytechnic University) Aerodynamic Database, 2019. http://www.wind.arch.t-kougei.ac.jp/info_center/windpressure/lowriseeave/mainpage.html
• 5. H. Lorenc, Maximum Wind Speeds in Poland, Institute of Meteorology and Water Management, Warsaw, 2012 (in Polish).
• 6. T. Chmielewski, H. Nowak, Proposed classification for all types of wind storms in Poland, Arch of Civil Engineering, 2020 (in print).
• 7. T. Chmielewski, H. Nowak, K. Walkowiak, Tornado in Poland of August 15, 2008: Results of post-disaster investigation, Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics, 118, 54-60, 2013.
• 8. T. Chmielewski, J. Szer, P. Bobra, Derecho wind storm in Poland on August 11-12, 2017: Results of the post-disaster investigation, Environmental Hazard, Published online 20.02.2020, DOI 10.1080/17477891.2020.1730154.
• 9. Reports on the estimation of financial losses after wind storm on 11-12 August 2017 in provinces Wielkopolskie, Kujawsko – Pomorskie, and Pomorskie, (2017) (in Polish).
• 10. PN-77/B-02011/Az1:2009. Loads in static calculations. Wind actions on structures (in Polish).