Pasėsi vėją, pjausi audrą: kaip daugiaaukščiai ir dangoraižiai veikia vėją mieste

Per aukšti

2006 m. D.Britanijos Lidso mieste buvo pastatytas 112 m aukščio dangoraižis „Bridgewater Place". Į prestižinį statinį persikėlė solidžių firmų biurai, tačiau pastatas iškart įgijo nekokią šlovę. Aplink „Bridgewater Place" buvo pavojinga vaikščioti: siaubingas vėjas vertė žmones iš kojų, į orą kėlė šiukšlių konteinerius ir vartė automobilius. „Greitoji pagalba" reguliariai vykdavo prie dangoraižio padėti nukentėjusiems nuo susidūrimo su stichija. 2011 m. kovą vėjo gūsio apverstas sunkvežimis užmušė 35 metų vyrą Edvardą Slenį (Edward Slaney). Miesto valdžia nutarė mašinoms ir dviračiams uždaryti kelius prie pastato, kai vėjo greitis viršija 20 m/sek. Bet šaligatviai nebuvo užtveriami, ir vėjuotomis dienomis žmonės vis dar patirdavo traumų.

„Bridgewater Place" - ne vienintelis pavyzdys, kai aukštas pastatas tarsi traukia vėją. 2015 m. tokia ypatybė buvo pastebėta prie 160 m aukščio dangoraižio „Walkie-Talkie" Londono Sityje - britų žiniasklaida reguliariai publikuoja nuotraukas žmonių, kurie laikosi už gatvės žibintų stulpų arba rieda asfaltu šalia jo.

Kaip daugiaaukščiai pastatai aplink save „sukuria" vėją? Didėjant aukščiui vėjo greitis labai sparčiai auga. Kai oro masė atsitrenkia į pastatą, ji tarsi išplinta į visas puses, taip pat siena aukštyn ir žemyn. Nuo pastato besileidžiantis oro srautas patenka į gatvę, o jo greitis net gali viršyti „pradinio" vėjo greitį. Tokios oro srovės sukuriamos ne tik aplink namus: pavojingi bet kokie statiniai, gerokai aukštesni už aplinkinius pastatus. Pavyzdžiui, nuo didelių stadionų sienų gali atšokti galingi oro srautai, todėl šalia neverta tiesti pėsčiųjų takų ir kelių.

Per daug kampų

Paprašius žmogų nupiešti miesto namą, jis greičiausiai pavaizduos stačiakampį pastatą su daugybe langų. Piešiniui suteikus tūrį, gausime gretasienį. o tokios formos pastatai - potencialiai pavojingų oro srovių kūrimo lyderiai. Aerodinamikos požiūriu gretasieniai yra neaptakūs objektai. Kai oro masės apsupa pastatą, gali atsirasti „negerų" zonų, kuriose kyla sūkurinis judėjimas - oro srautas susisuka. Būtų logiška manyti, kad vietoj namų - gretasienių reikia statyti maksimaliai aptakios formos pastatus, tarkime, lašo formos, kaip tie, kuriuos piešia dailininkai, bandydami pavaizduoti ateities miestą. Bet ne viskas yra taip paprasta, ir futuristiniai pastatai taip pat gali „sukurti" vėją, ir net labai stiprų. Būtent dėl aerodinamikos sudėtingumo, o ne dėl architektų nevaržomos vaizduotės (nors iš dalies ir dėl jos) labai aukšti pastatai dažnai projektuojami „sulaužyti". Pavyzdžiui, Dubajaus dangoraižis „Burj Khalifa" per visą savo neįtikėtiną 828 m aukštį 10 kartų siaurėja ir keičia formą. Sudėtinga konstrukcija „pagauna" vėją ir, susidūręs su fasadu, jis pasidalina į daugybę oro srautų. Sekcijinė struktūra apsaugo ne tik pėsčiuosius, bet ir patį pastatą, neleisdama vėjui vienu ypu jo nuversti.

Per arti

Vienas daugiaaukštis puikiai gali užsukti oro srautą, o kelių dangoraižių ar net vidutinio aukščio pastatų sistema gali dar daugiau. Aerodinamikos požiūriu labai netinkamos yra vieno tipo namų eilės, kai pastatai išdėstomi vienas už kito arba šachmatų tvarka - būtent taip dažnai statoma „miegamuosiuose" rajonuose arba priemiesčiuose. Stovintys arti vienas kito aukšti namai sukuria „miesto kanjonus", kuriuose oro srauto greitis gali padvigubėti! Jeigu vėjo greitis yra, tarkime 10-15 m/s, tokiuose tuneliuose kyla lokaliniai uraganai. Žinoma, mūsų platumose nuolatinio 15m/s vėjo nebūna, bet keletą dienų per metus toks greitis yra visiškai galimas net santykinai ramiuose regionuose.

Chrestomatinis pavyzdys, kas nutinka pernelyg arti „prismaigsčius" vieno tipo pastatų - 1965 m. katastrofa Feribridžo šiluminėje elektrinėje (D.Britanija). Lapkričio 1-ąją kilo uraganas, vėjo greitis siekė 38 m/s. Tos vietos yra vėjuotos ir jėgainės aušinimo bokštai buvo pritaikyti atlaikyti kur kas stipresnius gūsius. Tačiau netikėtai trys bokštai iš aštuonių griuvo, likusieji penki buvo apgriauti. Nuo priekyje stovėjusių bokštų pasklidę sūkuriai užgriuvo toliau esančius, ir tie sugriuvo dėl atsiradusių savaiminių svyravimų.

Bet net ir, atrodytų, saugiai išdėstyti pastatai tampa „vėjo generatoriais", jeigu statytojai neatsižvelgia į vyraujančių vėjų kryptį. Kiekvieno didelio miesto „vėjų rožė" yra seniai žinoma, bet ne visi šiuolaikiniai daugiaaukščiai yra statomi atsižvelgiant į šias žinias.

Per sudėtingi

Pagrindinė daugiaaukščių statinių problema yra ta, kad žiūrint į pastato maketą yra labai sunku numatyti, kaip elgsis į statinį nukreipti oro srautai. Net palyginti paprastos formos konstrukcijos gali pateikti siurprizų, nekalbant apie įmantrius statinius su perteklinėmis architektūrinėmis puošmenomis. Tiksliai paskaičiuoti visus aerodinaminius „kabliukus" yra neįmanoma: ne veltui fizikos sritis, tirianti oro masių ir skysčių judėjimą, yra laikoma viena sudėtingiausių.

Norint suprasti, kas vyks aplink pastatą vėjuotą dieną (ir ar jis atlaikys), geometriškai tikslus maketas yra išbandomas aerodinaminiame vamzdyje, kuriame galima tiksliai modeliuoti oro judėjimą netoli žemės, kaip tik ten, kur vaikšto žmonės ir važinėja mašinos. Bet tai yra brangu, todėl statytojai dažnai apsiriboja kompiuteriniu modeliavimu, o jis ne visada tiksliai atspindi realią padėtį. Be to, neretai neatsižvelgiama į aplinkui jau stovinčius namus. Aplinkiniai pastatai gali iš esmės pakeisti į daugiaaukštį pučiančius vėjus, o būna, kad pats daugiaaukštis nukreipia oro srautus taip, kad, tarkime, vaikų žaidimų aikštelėje arba pėsčiųjų take sukuriamas nuolatinis skersvėjis, o mašinų stovėjimo aikštelė, priešingai, tampa nebevėdinama. Todėl net „geras" pastatas, aplink save nesukuriantis pavojingų sūkurių, gali pastebimai pabloginti bendrą vėjų padėtį aplinkinėse gatvėse.

Ką daryti

Uraganai kyla retai, o štai kasdieninis diskomfortas dėl nuolatinio skersvėjo „miesto kanjone" arba šalia į mikrorajoną nevykusiai „įbrukto" daugiaaukščio gali gerokai pabloginti gyvenimą jame. Jeigu „neteisingas" daugiaaukštis ar net visas kvartalas jau pastatyti, atskirais atvejais situaciją galima gelbėti naudojant apsauginius elementus. Pavyzdžiui, Lidso valdžia 2016 m. įpareigojo nelaimingojo dangoraižio „Bridgewater Place" savininkus aplink pastatą įrengti specialius stogelius ir ekranus, kurie skaidytų oro srautus. Neblogai padeda teisingai išdėstytos neaukštų karpomų krūmų gyvatvorės, jos sulaiko oro srautus ir dar gražiai atrodo. Ir apskritai, medžiai yra labai gera apsauga. Bet sodinti reikia ne po vieną medelį, o masiškai. Idealu, kai medžiai yra aukštesni už pastatus: jie veikia kaip apsauginis ekranas - „negera" vėjų situacija nustumiama į želdinių aukštį. Medžiai aukštesni už namus būna kvartaluose, kuriuose vyrauja penkių aukštų namai, bet čia kyla kita problema: neretai tie medžiai yra seni ir gali neatlaikyti stipraus vėjo.

Nors aukštų pastatų dabar yra kiekviename didesniame mieste, ši miestų statybos sritis dar tik vystoma, o mokslininkai toliau tyrinėja, kaip pastatai veikia oro srautus, ir kuria naujus modeliavimo būdus. Nors kai kada „kliurkos" dėl daugiaaukščių nutinka kaip tyrinėtojų ir inžinierių neapsižiūrėjimo pasekmė, gerokai dažniau jų pasitaiko dėl to, kad statytojai užmerkia akis į teisingas, tačiau brangiai kainuojančias aerodinamines rekomendacijas. Bet tai jau - ne mokslo problema.