Oddziaływanie huraganowego wiatru na budowle

241

X Konferencja Naukowo-Techniczna

PROBLEMY RZECZOZNAWSTWA BUDOWLANEGO

Warszawa Miedzeszyn, 22-24 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 odpowied-

nimi przepisami techniczno-budowlanymi i powiązanymi z tymi przepisami normami. Należą
do nich także normy oddziaływań klimatycznych. Powszechnie przyjęto, że wartości charak-
terystyczne tych oddziaływań, podane w normach, powinny mieć okres powrotu 50 lat. Ozna-
cza 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. Jed-
nakże 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 występo-
wania takich zjawisk [2]. Zmusza to do zajęcia się zagadnieniem wpływu tych zwiększonych
oddziaływań na konstrukcje.

W referacie przedstawiono zagadnienia, związane z oddziaływaniem huraganowych wia-

trów 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 umiarko-

wanych szerokościach geograficznych, od około 40

do około 60

. Układy te mogą się

rozciągać na odległości 1000 km i większe. W takim układzie niżowym silny wiatr o pra-
wie niezmiennym kierunku, chociaż o różnej intensywności, może trwać kilka dni. Do te-
go rodzaju wiatru odnosi się przede wszystkim stacjonarny przepływ turbulentny w war-
stwie 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

242

2. Wiatry burzowe, towarzyszące gwałtownym burzom w czasie przejścia frontu chłodnego.

Obejmują one zwykle dość ograniczony obszar i trwają kilka do kilkunastu minut. Cha-
rakteryzują się niestacjonarnym przebiegiem prędkości, gwałtownymi porywami przy sto-
sunkowo niskiej prędkości średniej.

3. Wiatry fenowe w górach, u nas zwane wiatrem halnym, powstają w wyniku wpływu łań-

cucha górskiego na przepływ powietrza w głębokim układzie niżowym. Wiatr halny roz-
wija 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 ob-

szarach o klimacie kontynentalnym. U nas zdarzają się lokalnie, o stosunkowo ograniczo-
nym zasięgu, lecz o znacznej gwałtowności. Ostatnią, o stosunkowo szerokim zasięgu, by-
ła trąba powietrzna w okolicy Częstochowy [4].

Każdy z tych rodzajów wiatru może mieć charakter katastrofalny, może powodować ka-

tastrofalne skutki. Zależy to od jego intensywności.

Niektóre z wymienionych rodzajów wiatru mają swoje „rozwinięcia”, pewne zróżnico-

wanie pod względem ich genezy i odrębne nazwy. Pewne określenia dotyczą jednak wszyst-
kich rodzajów silnego wiatru.

● Huragan – wiatr o prędkości powyżej 32 m/s (115 km/h), 12

w skali Beauforta [5]

● Orkan – gwałtowny, silny wicher, zwykle połączony z burzą, huragan, nawałnica [6]

● Sztorm – wiatr na morzu o sile 10

w skali Beauforta; na lądzie nazywany wichurą; w lite-

raturze anglojęzycznej mianem sztormu określa się także silny wiatr na lądzie.

● Szkwał – nagły, krótkotrwały (np. kilkuminutowy) wzrost prędkości wiatru (niekiedy po-

wyżej 20 – 30 m/s), często połączony ze zmianą jego kierunku; zjawisku może towarzy-
szyć 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 kilku-

set 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, towa-

rzyszące 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 75-135
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.

243

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.

Sto-

pień

Prędkość

wiatru m/s

Rodzaj wiatru

Oddziaływanie wiatru

0,0–0,5

(0,0–0,2)

Cisza

Bezwietrznie, dym unosi się pionowo, liście
drzew nieruchome

0,6–1,7

(0,3–1,5)

Powiew

Dym odchyla się od pionu

1,8–3,3

(1,6–3,3)

Słaby wiatr

Wyczuwalny ręką i ciałem, porusza proporce
i liście drzew

3,4–5,2

(3,4–5,4)

Łagodny wiatr

Porusza chorągwie i cienkie gałązki drzew

5,3–7,4

(5,5–7,9)

Umiarkowany

wiatr

Porusza gałęzie drzew

7,5–9,8

(8,0–10,7)

Dość silny wiatr Kołysze małe gałęzie drzew

9,9–12,4

(10,8–13,8)

Silny wiatr

Zgina grube gałęzie drzew

12,5–15,2

(13,9–17,1)

Bardzo silny

wiatr

Poruszają całe drzewa, chodzenie pod wiatr jest
utrudnione

15,3–18,2

(17,2–20,7)

Gwałtowny wiatr

(wicher/sztorm)

Łamie gałęzie drzew, chodzenie pod wiatr jest
niemożliwe

18,3–21,5

(20,8–24,4)

Wichura

Wiatr powoduje niewielkie uszkodzenia budyn-
ków (zrywa dachówki, porywa małe przedmioty)

21,6–25,1

(24,5–28,4)

Silna wichura

Powoduje uszkodzenia budynków, wyrywa
drzewa z korzeniami

25,2–29,0

(28,5–32,6)

Gwałtowna

wichura

Powoduje znaczne uszkodzenia budynków, zry-
wa dachy, łamie i wyrywa drzewa

> 29,0

(> 32,6)

Huragan

(niem. Orkan)

Unosi dachy, niszczy budynki

W latach 70. ubiegłego wieku opracowano dwie skale intensywności tornad: Fujity (a na-

stępnie Fujity – Persona) w Stanach Zjednoczonych (tabl. 2) i TORRO [8] w Wielkiej Bryta-
nii (tabl. 3). Przytoczono je poniżej wg [4].

244

Na świecie szeroko stosowana jest skala Fujity, jednak wiele europejskich służb meteoro-

logicznych 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 klimatycz-
nych 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

F1 33-50

Umiarkowane szkody: zerwane poszycie dachów, ruchome domy (nie
związane z podłożem) przesuwane lub poprzewracane, jadące samo-
chody zdmuchiwane z drogi, garaże mogą być zniszczone

F2 51-70

Znaczne szkody: zerwane dachy z domów, ruchome domy zdemolo-
wane, duże drzewa wyrwane z korzeniami, samochody unoszone ponad
ziemię

F3 71-92

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

F4 93-116

Niszczące szkody: domy o mocnej konstrukcji zrównane z ziemią, bu-
dowle o słabych fundamentach zdmuchnięte i przeniesione na pewną
odległość, samochody w tym ciężarowe przenoszone na pewną odle-
głość

F5 117-142

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 krajo-
brazem po wybuchu bomby atomowej

Oprócz skal klasyfikujących tornada, stosowane są skale dotyczące huraganów, rozumia-

nych jako cyklony tropikalne. Najbardziej znaną z nich jest skala Saffira-Simpsona. Została
ona opracowana w roku 1971 przez inżyniera Herberta Saffira i meteorologa Roberta Simp-
sona. Zasadniczo w skali tej wyróżnia się pięć kategorii, uszeregowanych wg rosnącej inten-
sywności. Przykładowo, kategorii 1 odpowiada wiatr o prędkości 33-42 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 78-80 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 oce-
niane po szkodach przez nie spowodowanych. Prowadzi to do tego, że doświadczeni meteoro-
lodzy na podstawie zniszczeń przypisują temu samemu zjawisku różne klasy F według skali
Fujity.

245

Tablica 3. Skala intensywności trąb powietrznych (tornad) TORRO [4].

Ska-

Pręd-

kość

wiatru

[m/s]

Opis tornada

Opis szkód

17-24

Lekkie

Unoszenie z powierzchni ziemi i nadanie spiralnego ruchu lek-
kim śmieciom, uszkodzenia markiz i dużych namiotów, wyry-
wanie pojedynczych dachówek, łamanie małych gałązek, do-
strzegalny tor zniszczeń.

25-32 Łagodne Leżaki, małe rośliny, ciężkie śmieci wprawiane w ruch i uno-

szone w powietrzu, drobne uszkodzenia budynków, wyrywanie
dachówek, lekkie uszkodzenia kominów, wywracanie płotów
drewnianych, lekkie uszkodzenia żywopłotów i drzew, odła-
mywanie pojedynczych konarów.

33-41 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, wyrywa-
nie małych drzew.

42-51 Mocne

Poprzewracane

ruchome domy, lekkie przyczepy zniszczone,

garaże i budynki o lekkiej konstrukcji zniszczone, niektóre duże
drzewa połamane lub wyrwane.

52-61 Gwałtowne Unoszenie

samochodów,

domy ruchome unoszone w powie-

trze, zerwane dachy z domów, ściany szczytowe budynków
porozrywane, liczne drzewa powyrywane lub połamane.

62-72 Intensywne

tornado

Unoszenie ciężkich pojazdów, poważniejsze szkody budynków
niż w T4, zawalone stare, słabe budynki, stoją ściany domów.

73-83 Umiarkowanie

niszczące

Utracenie przez domy dachów i ścian, zawalona większość
budynków.

84-95 Silnie

niszczą-

Zdemolowane całkowicie drewniane domy, niektóre kamienne
ściany domów zawalone, konstrukcje stalowe lekko powygina-
ne. Lokomotywy wywrócone, dostrzegalne zrywanie kory z
drzew przez latający gruz.

96-107 Ostro

niszczą-

Samochody porozrzucane na dużą odległość, drewniane domy
i ich zawartość rozproszone na dużej powierzchni, domy ka-
mienne nienaprawialnie zniszczone, konstrukcje stalowe powy-
ginane.

108-

120

Intensywnie
niszczące

Wiele budynków o konstrukcji stalowej bardzo zniszczonych.
Lokomotywy i wagony kolejowe porozrzucane na duże odle-
głości, kompletnie pozrywana kora z pni drzew.

T10

121-

134

Super tornado 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 roślinno-
ści, drzew i budowli wzniesionych przez człowieka.

246

Przeniesienie skali Fujity do Europy jest kolejnym problemem, ponieważ europejskie bu-

downictwo 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 poda-

nych w normach z cytowanymi skalami.

W dotychczasowej normie polskiej [9] wartość charakterystyczna prędkości wiatru, śred-

nia 10. minutowa, na wysokości 10 m w terenie otwartym w strefie 1, wynosi V

= 20 m/s.

Wartość chwilową można obliczyć przyjmując, jak dla elementów małych, współczynnik
działania porywów wiatru

= 2,2. Stąd współczynnik porywistości G =

√

= 1,483, zatem

wartość chwilowa prędkości wiatru V

= 29,7 m/s. Jeżeli przyjąć, że współczynnik częściowy

= 1,3 dotyczy tylko ciśnienia prędkości to przez jego pierwiastek kwadratowy można po-

mnożyć wartość charakterystyczną prędkości wiatru, zatem V

= 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)

gdzie:

(z) – intensywność turbulencji.

Intensywność turbulencji wyraża wzór

( )













(2)

gdzie:

– wysokość chropowatości.

Dla terenu otwartego, kategorii II według normy europejskiej [9], z

= 0,05 m. Stąd na

wysokości z = 10 m jest I

(10) = 0,189 oraz c

(10) = 2,323 i współczynnik porywistości

G(10) =

√2,323 = 1,524.

Warto zauważyć, że z bezpośredniego obliczenia współczynnika porywistości, bez pomi-

nięcia wyrażenia w drugiej potędze w zapisie wartości szczytowej ciśnienia prędkości, współ-
czynnik porywistości wynosi

( )

⋅

)

(

. (3)

Dla tych samych warunków terenowych, na wysokości 10 m jest G(10) = 1,662. Różnica

wynikająca z pominięcia członu (3,5·I

(10))

= 0,438 wynosi 1,662/1,524 = 1,09, tj. 9,1 %.

Przyjmując według załącznika krajowego [9] w strefie 1 wartość V

(10) = 22 m/s i G(10)

= 1,524 otrzymuje się V

= 33,5 m/s. Zakładając, jak poprzednio, że współczynnik częściowy

odnosi się do ciśnienia prędkości wiatru otrzymuje się wartość obliczeniową (szczytową)
prędkości wiatru V

(10) = 33,5·

√1,5 = 41,0 m/s. Odpowiada to ciśnieniu prędkości q

(10) =

1,05 kN/m

. Prędkość chwilowa 41 m/s (148 km/h) występuje w Polsce bardzo rzadko.

Przykładowe wartości prędkości silnego wiatru w Polsce, porównywalne z danymi nor-

mowymi, podano poniżej.

247

4. Częstość występowania i prędkości wiatrów katastrofalnych w Polsce

Wiatry sztormowe i halne występują w porze chłodnej. Ze względu na rozległość ukła-

dów 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 Me-
teorologii 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 najczę-
ściej 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 zmierzo-
no 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 1964 – 2003. Zaznaczono także wartości normowe, charak-
terystyczne (dolne linie) i obliczeniowe (górne linie) według dwóch norm, [9] i [10], obliczo-
ne powyżej.

1965

1975

1985

1995

2005

1960

1970

1980

1990

2000

lata

Vp, m

WARSZAWA OKĘCIE

126

km/h

PN-77

PN-EN (2008)

Rys. 1. Maksymalne roczne prędkości wiatru w porywach na stacji meteorologicznej

Warszawa Okęcie w przebiegu czasowym. Zaznaczono wartości normowe.

Te same wartości przedstawiono na rys. 2 na siatce probabilistycznej rozkładu prawdopo-

dobieństwa wartości ekstremalnych Gumbela [3]. Prostą regresji, o poszukiwanych parame-
trach rozkładu Gumbela wyznaczono metodą najmniejszych kwadratów z pominięciem naj-
większej wartości zmierzonej, V

= 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 po-
zostałych.

248

-2

-1

-ln(-lnF(Vp))

, m/

WARSZAWA OKĘCIE

okres powrotu, lata

38 m/s

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]). Przedsta-

wiona 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 by-

wa 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 go-
dzinę. 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 1961 – 1995, odczytane z rys. 26 w [12]. Niestety, nie
podano sytuacji barycznej, w jakiej te prędkości zmierzono, albo dat wystąpienia, co umożli-
wiłoby zaliczenie tych prędkości do silnego sztormu albo burzy letniej. Podano jednakże kie-
runki 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 wy-

mienionym okresie obserwacji niektóre stacje meteorologiczne przeniesiono z terenów stop-
niowo 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 uwzględnie-
niem zmian gęstości powietrza wg [9]. Przyjęto, jak wyżej, że częściowy współczynnik bez-
pieczeństwa 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].

249

Tablica 4. Prędkości wiatru w porywach, m/s, maksymalne z lat 1961 – 1995, 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.

PN-77/B-02011 PN-EN1991-1-4

Lp.

Stacja meteorologicz-

Teren

p,max

p,c

p,d

p,c

p,d

Strefa 1

1 Białystok Z

2 Chojnice

3 Częstochowa Z

4 Gorzów

Wlkp.

5 Katowice

6 Kielce

7 Koło P

8 Kraków

Balice

9 Legnica

10 Leszno

11 Lublin

12 Łódź O

13 Mikołajki O

14 Mława O

15 Olsztyn

16 Opole

17 Ostrołęka P

18 Poznań O

19 Przemyśl P

20 Rzeszów

O/Z

21 Sandomierz

22 Siedlce

23 Słubice O/Z

24 Sulejów

25 Suwalki

26 Szczecin

O/Z

27 Szczecinek

O/Z

28 Tarnów

29 Terespol

O/Z

30 Toruń O

29,7

33,9

33,5

250

31 Warszawa

29,7

33,9

33,5

32 Włodawa O

29,7

33 Wrocław O

29,7

34 Zamość Z

29,7

33,9

33,5

35 Zielona

Góra

29,7

33,9

33,5

Strefa 2

36 Elbląg

38 29,7 33,9 39,6 48,5

37 Gdańsk (O/Z)

35,6

38 Hel

35,6

39 Kołobrzeg Z

35,6

40 Koszalin

35,6

41 Łeba O/P

35,6

42 Świnoujście O

35,6

43 Ustka

35,6

40,6

39,6

48,5

Strefa 3

44 Bielsko

Biała

40 40,5 46,2 35,5 43,5

Kasprowy

Wierch

85 73,1 83,3 67,5 82,7

46 Kłodzko

26 39,4 44,9 34,7 42,5

Lesko

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

60 66 75,3 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 granicach 36 – 39 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 36 – 37 m/s.

Wiatry sztormowe, występujące w od jesieni do wiosny, niekiedy bardzo silne, powodu-

jące 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 powo-
dują znacznych strat. Najczęściej są to zerwane fragmenty poszycia dachowego lub zewnętrz-
nej izolacji ścian (styropianowej). Szkody katastrofalne są wynikiem przejścia trąby po-

251

wietrznej lub szkwału. Zjawiska te występują często razem, w pewnych miejscach mają po-
stać 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 granicach 50 – 100 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 30 – 40 km/h, a więc ok. 10 m/s.

Na podstawie dokumentacji prasowej stwierdzono, że w latach 1979 – 1988 były w Pol-

sce 42 przypadki wystąpienia trąby powietrznej, a więc średnio 4 rocznie [12]. W poszcze-
gólnych latach ich liczba wahała się od 1 do 7. Podobną liczbę podaje Dotzek [2].

Miejsca wystąpienia trąb powietrznych w latach 1979 – 1988 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 Rę-
dziny 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.

ła

ał

teć

Warta

aci

Nowy Sącz

Jelenia

Góra

Tarnów

Koszalin

Częstochowa

Gdańsk

Rzeszów

Katowice

Opole

Kielce

Lublin

Zielona Góra

Gorzów

Wielkopolski

Szczecin

Bydgoszcz

Białystok

Olsztyn

Kraków

Wrocław

Poznań

Łódź

WARSZAWA

100 km

7/8.03.1983

2.08.1986

21.10.1986

14.07.1987

11.05.1987

27.05.1981

21.10.1986

27.05.1981

24/25.07.1988

25.06.1984

3.08.1980

25.07.1981

16.06.1982

10.06.1985

13.07.1981

2.06.1980

24/25.07.1985

21.10.1986

2.08.1981

2.08.1985

18.09.1987

12.07.1982

25.07.1981

6.07.1985

17.06.1979

6.07.1988

8.09.1982

14.05.1980

21.05.1988

27.06.1982

7.07.1986

22.06.1984

10.07.1980

3.08.1980

25.07.1981

23.06.1982

14.07.1987

3.08.1980

17.06.1987

Rys. 3. Trąby powietrzne w Polsce w latach 1979 – 1988 [12].

252

5. Rozkład ciśnienia powietrza na powierzchniach budynku

Oddziaływanie wiatru przejawia się bezpośrednio jako ciśnienie wywierane na zewnętrz-

ne powierzchnie budowli zamkniętych, a także, z powodu przepuszczalności przegród ze-
wnętrznych, jako ciśnienie wywierane na powierzchnie wewnętrzne. Wiatr może również
bezpośrednio oddziaływać na wewnętrzne powierzchnie budowli otwartych. Ciśnienie wy-
wierane na powierzchnie konstrukcji lub jej indywidualnych elementów osłonowych, wywo-
łuje 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

Ujemne

ciśnienie

wewnętrzne

Rys. 4. Ciśnienie wywierane na powierzchnie elementów budynku [9].

Rys. 5. Charakter deformacji budynku z otworem w ścianie zewnętrznej nawietrznej, za-

wietrznej 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 oddala-
nia 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 sąsiedz-
twie. 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 więk-

szych obszarów, tak jak to najczęściej ma miejsce w przypadku systemów ocieplania ze-
wnętrznych ścian budynków (BSO).

Szczególnie niebezpieczna jest sytuacja, gdy budynek ma duży otwór w ścianie ze-

wnętrznej, 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-

253

ry jest „nadymany”. Duże otwory w ścianach bocznych lub tylnych, znajdujących się w ob-
szarach 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 katastro-

falne 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 oddziaływa-
niem silnego wiatru [15]. Stwierdzono między innymi:

- więźby dachowe wykonane z materiałów przypadkowych, pochodzących niejednokrot-

nie 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 da-

chu.

Także budynki na terenach miejskich wykazują usterki ujawniające się często w czasie

oddziaływania wiatrów katastrofalnych. Można tu wspomnieć o coraz częstszych przypad-
kach oderwania od ścian budynków systemów ocieplania (BSO). Na wystąpienie tych uszko-
dzeń 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 przy-

czepności zaprawy klejącej,

- stosowanie nieodpowiednich zapraw klejących w przypadku mocowania systemu do po-

szycia z płyt OSB,

- niewłaściwe nakładanie zaprawy klejącej na płyty termoizolacyjne i zbyt mała po-

wierzchnia klejenia płyt do podłoża,

254

- nieprzestrzeganie zalecanych przerw technologicznych pomiędzy zakończeniem kleje-

nia płyt a kolejnymi czynnościami (szlifowaniem powierzchni, osadzaniem łączników me-
chanicznych),

- 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 przy-
narożnikowych,

- 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 ja-

kość płyt izolacyjnych (możliwość przeciągnięcia płyt przez kołki), zła jakość kołków (ze-
rwanie główek) czy też zła jakość zapraw klejących.

Analizy prowadzone w Stanach Zjednoczonych doprowadziły do wyodrębnienia charak-

terystycznych 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

• 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

uszkodzenia

Opis uszkodzenia

najczęst-

sza

dolna

granica

górna

granica

Próg widocznego uszkodzenia

Ubytek drewnianych albo metalowych płyt
pokrycia

33 27 41

3 Zawalenie

się lub rozpadnięcie wrót

4 Poważniejszy ubytek płyt pokrycia da-

chowego

40 35 49

Poderwanie albo zawalenie się konstrukcji
nośnej

42 34 51

6 Zawalenie

się ścian 43

Przewrócenie albo przesunięcie całej kon-
strukcji

44 37 53

8 Całkowite zniszczenie budowli

2) Domy mieszkalne jedno- i dwurodzinne (90–450 m

) – 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

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

Tablica 6. Uszkodzenia małych domów mieszkalnych.

Prędkość wiatru, m/s

Stopień

uszkodzenia

Opis uszkodzenia

najczęst-

sza

dolna

granica

górna

granica

Próg widocznego uszkodzenia

Ubytek pokrycia dachowego (<20%), ry-
nien lub obróbek blacharskich; ubytek
plastikowego albo metalowego poszycia
ścian

35 28 43

Zbite szyby w oknach i drzwiach

Poderwanie poszycia dachowego i znaczny
ubytek pokrycia dachowego (>20%); za-
walenie się komina; brama garażowa za-
padnięta do wewnątrz; zniszczenie ganku
albo zadaszenia podjazdu

43 36 52

5 Cały budynek zsunięty z fundamentów

6 Brak

dużych fragmentów konstrukcji da-

chowej; większość ścian nadal stojących

55 46 63

Ściany zewnętrzne zawalone

8 Większość ścian zawalonych, poza mały-

mi pomieszczeniami w głębi obiektu

68 57 80

9 Wszystkie

ściany zawalone

Zniszczenie dobrze zaprojektowanego i
wykonanego budynku; płyta podłogowa
„zmieciona do czysta”

89 74 98

3) 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

256

Tablica 7. Uszkodzenia domów mieszkalnych i moteli.

Prędkość wiatru, m/s

Stopień

uszkodzenia

Opis uszkodzenia

najczęst-

sza

dolna

granica

górna

granica

Próg widocznego uszkodzenia

Ubytek pokrycia dachowego (<20%)

Poderwanie lekkiego metalowego poszycia
dachu

42 36 52

Poderwanie betonowych elementów dachu

5 Zawalenie

się ścian najwyższej kondygnacji

6 Zawalenie

się dwóch najwyższych stropów

budynku trój- albo czterokondygnacyjnego

70 59 80

7 Całkowite zniszczenie dużej części budynku

4) 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, czterospa-

dowe 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 bu-

dynki banków.

Tablica 8. Uszkodzenia niskich budynków użyteczności publicznej.

Prędkość wiatru, m/s

Stopień

uszkodzenia

Opis uszkodzenia

najczęst-

sza

dolna

granica

górna

granica

Próg widocznego uszkodzenia

Ubytek pokrycia dachowego (<20%)

Poderwanie metalowego poszycia dachowe-
go przy okapach i narożach dachu; znaczny
ubytek pokrycia dachowego (>20%)

45 37 54

4 Stłuczone oszklenie w oknach, przedsion-

kach albo atriach

45 37 55

5 Poderwanie

lekkiej

konstrukcji dachowej

6 Znaczne

uszkodzenie

ścian zewnętrznych i

niektórych ścian wewnętrznych

64 55 75

7 Całkowite zniszczenie całości albo dużej

części budynku

84 72 99

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 han-
dlowo-usługową

• Konstrukcja wiaty wykonana ze stalowego rusztu belkowego wspartego na co naj-

mniej 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

Stopień

uszkodzenia

Opis uszkodzenia

najczęst-

sza

dolna

granica

górna

granica

Próg widocznego uszkodzenia

Elementy okapowe oderwane od wiaty

Metalowe panele dachowe zerwane z wiaty

4 Słupy zgięte albo wyboczone pod naporem

wiatru

49 39 60

Wiata przewrócona wskutek awarii posado-
wienia

51 40 64

6 Całkowite zniszczenie wiaty

6) 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 przeciwwil-

gociową dociśniętą balastem, mocowaną mechanicznie albo przyklejaną całą po-
wierzchnią

• 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

Stopień

uszkodzenia

Opis uszkodzenia

najczęst-

sza

dolna

granica

górna

granica

Próg widocznego uszkodzenia

Ubytek pokrycia dachowego (<20%)

Drzwi podnoszone załamane do wewnątrz
albo na zewnątrz

39 34 48

4 Poderwanie

poszycia

dachu; znaczny ubytek

pokrycia dachowego (>20%); zerwanie in-

46 39 55

258

stalacji dachowych

5 Zawalenie

się zewnętrznych ścian osłono-

wych

51 42 56

6 Zawalenie

się prefabrykowanych żelbeto-

wych płyt ściennych

55 46 64

7 Całkowite zniszczenie dużej części albo

całości budynku

71 59 83

7) 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

Stopień

uszkodzenia

Opis uszkodzenia

najczęst-

sza

dolna

granica

górna

granica

Próg widocznego uszkodzenia

2 Złamany drewniany poprzecznik

Pochylone drewniane słupy 48

4 Złamane drewniane słupy 53

5 Złamane albo zgięte słupy stalowe albo

żelbetowe

62 51 67

Przewrócone metalowe słupy kratowe

7. Środki ograniczające skutki wiatrów katastrofalnych

Do zabiegów ograniczających skutki oddziaływania wyjątkowo silnych wiatrów można

zaliczyć:

- właściwe kształtowanie elementów i ustrojów konstrukcyjnych pod względem statycz-

nym,

- zapewnienie współpracy elementów konstrukcyjnych w przenoszeniu obciążeń,
- zapewnienie właściwej sztywności przestrzennej,
- właściwe usztywnienie smukłych elementów budowli,
- wznoszenie elementów budowli z właściwych materiałów; materiały rozbiórkowe po-

winny 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, ta-

kich 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 oto-

czeniu budynków,

- przycinanie drzew rosnących w pobliżu budynku, aby konary i gałęzie nie znajdowały

się na dachem budynku.

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 rysun-

kach 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 wy-

konać 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 stę-

żający ściankę i stanowiący oparcie murłaty, 4 – murłata.

260

Rys. 8. Przykłady klamer (spinek) burzowych.

Spinka burzowa

jednoczęściowa

Spinka burzowa

dwuczęściowa

Rys. 9. Przykłady mocowania dachówek klamrami burzowymi.

Rys. 10. Mocowanie systemu ocieplania zewnętrznych ścian budynków (BSO) przy uży-

ciu 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.

261

8. Wnioski i uwagi końcowe

Analiza prędkości silnego wiatrów w Polsce, a także ogólne spojrzenie na szkody powo-

dowane przez wiatr pozwalają na wyciągnięcie ważnych wniosków:

1. W Polsce występują cztery rodzaje silnego wiatru, które można połączyć w dwie gru-

py: 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 let-
nich, 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 zerwa-
nie całego dachu. Rzadko zdarzają się poważne zniszczenia. Bardzo dużo jest połama-
nych drzew, które padając zrywają linie elektryczne niskiego napięcia, trakcje tram-
wajowe, 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 warto-

ści obliczeniowe, wyrządzają poważne szkody, zrywają dachy i niszczą całe budynki.
Występują lokalnie, na niewielkich obszarach. Ocenia się, że w Polsce ich liczba za-
wiera się od 1 do 7, średnio 4 trąby powietrzne rocznie.

4. Istnieje poważny zasób doświadczenia jak budować domy odporne na działanie silne-

go wiatru. Doświadczenie to pochodzi z krajów, które nawiedzają huraganowe wiatry,
przede wszystkim ze Stanów Zjednoczonych Ameryki Północnej. Celowe jest prze-
niesienie tych doświadczeń na grunt polski.

5. W Polsce huraganowe wiatry wyrządzają większość szkód przede wszystkim w bu-

downictwie wiejskim, często stosunkowo starym. Można znacznie zmniejszyć szkody
projektując i wykonując, a także naprawiając i wzmacniając budynki zgodnie z zasa-
dami sztuki budowlanej i postanowieniami aktualnej polskiej normy obciążenia wia-
trem.

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 2002.

[3] Żurański J.A.: Wpływ warunków klimatycznych i terenowych na obciążenie wiatrem

konstrukcji budowlanych. Instytut Techniki Budowlanej, Rozprawy, 2005.

[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 2007.

[5] Słownik meteorologiczny (praca zbiorowa pod redakcją T. Niedźwiedzia). PTG

i IMGW, Warszawa 2003.

[6] Słownik Języka Polskiego (praca zbiorowa pod redakcją M. Szymczaka). PWN, War-

szawa 1978.

262

[7]  Żurański J.A.: Obciążenia wiatrem budowli i konstrukcji. Arkady, Warszawa 1978.
[8]  Meaden G.T.: Tornadoes in Britain. Journal of Meteorology, 1, 1976, 242-251.
[9]  PN-77/B-02011 Obciążenia w obliczeniach statycznych. Obciążenie wiatrem.
[10]  PN-EN 1991-1-4:2008 Eurokod 1 Oddziaływania na konstrukcje. Część 1-4 Oddziały-

wania ogólne – Oddziaływania wiatru.

[11] Żurański J.A., Maciążek W.E.: Oddziaływanie wiatru na konstrukcje w ocenie obiektów

budowlanych.- IX Konferencja Naukowo – Techniczna Problemy Rzeczoznawstwa Bu-
dowlanego. Cedzyna koło Kielc, 24-26 kwietnia 2006 r. Materiały konferencyjne, Wyd.
ITB, Warszawa 2006.

[12] Lorenc H.: Struktura i zasoby energetyczne wiatru w Polsce. Instytut Meteorologii

i Gospodarki Wodnej, Materiały Badawcze, Seria: Meteorologia – 25, Warszawa 1996.

[13] Windstorm mitigation manual for light frame construction. Federal Emergency Mana-

gement Agency, 1997.

[14] Karolak D., Papliński A.T.: Domy, w które uderzyła trąba… Murator nr 10/2007.
[15] Stan techniczny budynków rolniczych w Wielkopolsce. Opracowanie wewnętrzne Za-

kładu Budownictwa Rolniczego Politechniki Poznańskiej, Poznań 1992.

[16] A Recommendation for an Enhanced Fujita Scale. Wind Science and Engineering Cen-

ter, Texas Tech University, Lubbock 2006.

[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 oc-

cur 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 1961 – 1995 maximum re-
corded wind speeds in winter storms were 36 – 39 m/s and they were slightly higher than de-
sign gust wind speeds in present Polish Standard but lower than new provisions in the na-
tional 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.