Пятиэтажки против небоскребов: откуда дует ветер
Более 17 тысяч вырванных деревьев, 2 тысячи поврежденных машин и 14 погибших — и все это в столице в мирное время. В мае 2017 года по Москве пронесся ураган. Сразу появилась версия: в разрушениях и смертях виноваты… многоэтажки! Что с ними не так?
Люди строили города, чтобы защититься от безжалостной природы. Но оказалось, что в городских стенах нас поджидают новые опасности: смертельные эпидемии, мусор, выхлопные газы, плохая экология и… ветер. Прочные дома и высокие заборы призваны останавливать его, но ветер все равно пробирается в каменные джунгли. Здесь он мечется, как в ловушке, разрушая строения и грозя людям.
Слишком высокие
В 2006 году в британском Лидсе построили небоскреб Бриджуотер Плейс высотой 112 метров. В престижную высотку переехали офисы солидных компаний, однако за зданием сразу закрепилась дурная слава. Вокруг Бриджуотер Плейс было опасно ходить: чудовищной силы ветер сбивал людей с ног, поднимал в воздух мусорные баки и автомобили. Скорая регулярно выезжала к небоскребу, чтобы забрать пострадавших от столкновения со стихией. В марте 2011 года перевернувшийся от порыва грузовик убил 35-летнего инженера Эдварда Слэни. По итогам расследования городские власти приняли решение закрывать для машин и велосипедов ближайшие к зданию дороги, когда скорость ветра превышает 20 м/с. Но тротуары не перекрывают, и в ветреные дни люди по-прежнему получают травмы.
Бриджуотер Плейс не единственный пример, когда высотное здание словно притягивает ветер. В 2015 году это свойство обнаружилось у 160-метрового небоскреба Уоки-Токи в лондонском Сити. Пока там никого не убило, но британские СМИ регулярно публикуют фотографии людей, держащихся за фонарные столбы или катящихся по асфальту. Кажущуюся магической способность высоток «создавать» вокруг себя ветра объясняет заведующий лабораторией турбулентности минского Института тепло- и массообмена имени А.В. Лыкова Андрей Чорный: «С высотой скорость ветра очень быстро растет. Когда воздушная масса ударяется о здание, она как бы растекается в разные стороны, в том числе уходя вверх и вниз по стене. Спускающийся со здания поток попадает на улицу, а его скорость может даже превышать скорость набегающего потока, то есть „исходного“ ветра».
Скоростные потоки создаются не только вокруг домов: опасны любые сооружения, которые значительно выше прилегающей застройки, уточняет заместитель начальника отделения гидроаэродинамики Крыловского государственного научного центра в Санкт-Петербурге Сергей Соловьев. «Например, со стен крупных стадионов могут срываться 300-метровые вихри и создавать мощные потоки, — отмечает эксперт, — поэтому не стоит прокладывать рядом пешеходные дорожки и шоссе».
Слишком квадратные
Если попросить человека нарисовать городской дом, скорее всего, он изобразит нечто прямоугольное со множеством окошек. Если добавить рисунку объем, получится параллелепипед, и здания такой формы — чемпионы по созданию потенциально опасных воздушных потоков. «С точки зрения аэродинамики параллелепипеды относятся к плохообтекаемым объектам, — рассказывает Андрей Чорный. — Когда воздушные массы опоясывают здание, могут создаваться „нехорошие“ области, в которых возникает вихревое движение — воздушный поток закручивается. У типичного городского прямоугольного дома такая область появляется за зданием, с другой стороны от набегающего потока». Чем больше скорость потоков в подобных вихревых зонах, тем меньше там давление. И если разница между давлением внутри дома и снаружи окажется достаточно велика, в здании вполне может выдавить стекла, предупреждает эксперт.
Логично предположить, что вместо домов-параллелепипедов нужно строить здания максимально обтекаемой формы — скажем, каплевидные, вроде тех, что рисуют художники, пытаясь изобразить город будущего. Но не все так просто, и футуристические здания тоже могут «создавать» ветер, предостерегает Сергей Соловьев. «При обтекании дома-параллелепипеда отрыв потока происходит с острых граней здания. При этом отрывные течения на боковых стенках и за домом имеют относительно небольшие скорости. Если построить эллиптический дом, обтекающий его поток, наоборот, будет ускоряться на боковых стенках. А если соседние строения расположены слишком близко, то вообще получится тот же эффект, что в аэродинамической трубе, где воздух движется с огромной скоростью», — объясняет эксперт.