看似轻柔的雪真的会压垮建筑物?积雪到底有多重?

发布日期:2024-08-21 01:53:10 浏览次数:

  雪是北方地区冬季的主角,它会把一切银装素裹,把万物都点缀成冰雪童话般洁白美丽。这美景一度是南方人爱而不得的“梦中情景”。

  在大部分人的印象里,雪花是轻飘飘软绵绵的,但它也可能是裹着羊皮的狼,其危害不止是“冻”,还有“重”。

  雪花本身并不重,5000到10000片雪花的总重量仅为1克。但遇到持续降雪天气,雪花会不断聚集,1立方米的新雪,是由高达60亿到80亿片雪组成的,其具体的重量已经很难用克计算了,所产生巨大重量,足以压垮树木,甚至建筑物。

  雪荷载是建筑上的专业术语,指作用在建筑物或构筑物顶面上的雪压,即积雪作用于建筑物上的重力,它取决于雪的深度和积雪的单位体积重量。雪荷载的数值直接关系着我们的房子能承受多少积雪。

  国家建筑工程质量检测中心总工程师邸小坛解释说,我们国家的建筑物的抗雪压能力,通常按照近50年出现过的最大雪压来设计。但在实际统计过程中,由于积雪的密度数据不齐全,只能以平均密度来估算雪压值,这就导致了基本雪压值比实际雪压值偏小的情况,这个基本雪压值仅为0.2千牛每平方米,但实际中,不少地方的雪压可以达0.4至0.5千牛每平方米,甚至更高。

  雪荷载实际上是一个概率分析,地域不同,雪荷载也不一样。东北地区就要考虑得多一些。另外,建筑物平面屋顶、斜面屋顶、角落等外形和位置不同,需要考虑的雪荷载也不一样,角落,容易积雪的地方,荷载量需要考虑得相对高些。

  在严寒地域普通雪荷载较大,如东北和新疆的一些地域雪荷载在0.7千牛每平方米以上。新疆阿尔泰山区的雪荷载在1千牛每平方米以上。而南方地区雪荷载一般较低,一般在0.5千牛每平方米以下,有些地方甚至不需要考虑雪荷载。(0.1千牛就相当于10公斤的重量。)

  降水量 是指气象观测人员用标准容器将12小时或24小时内采集到的雪化成水后,测量得到的数值,以毫米为单位。

  积雪深度 就是通常我们看到的雪的厚度,是积雪表面到地面的垂直距离,以毫米为单位。

  通常情况下,一毫米降雪能积多少雪,与地面温度和雪中的含水量等因素有关。如果地面温度较高,雪落到地面就立马会融化,也就不能形成积雪;如果雪中含水量大,积雪就相对薄一些,而含水量少,积雪深度就相对深一些。

  数据显示,在通常情况下,1毫米的降水量,在北方相当于下了8至10毫米厚的雪,在南方则相当于下了6至8毫米厚的雪,主要是因为北方雪的含水量比南方低。

  如果你房子的雪荷载为0.7千牛每平方米,那么,就相当于你的房顶能承受每平方米70公斤的雪。如果按水的体积算,每平方米能承受约0.7米高的水,而水的质量一定比雪大的多所以,屋可以承受每平方米大于0.7米的积雪,至于大多少还要看雪的密度。

  干雪:雪花在降落的途中,各气层的温度始终在0℃以下,这就使得它们能够以雪花的姿态,降落到地面这就形成了“干雪“。干雪的水分含量少,雪中的空隙被空气充满,同体积下质量相对较轻,但干雪不易融化,很容易形成积雪,在我国北方的一些地区,积雪甚至能达到60至70厘米。在连续降雪的天气下,下层的积雪受重力的不断挤压,密度越来越高,重量也不断增高。

  湿雪:冻结的雪片,在降落过程中,通过一段温暖层后,雪片趋于潮湿、融化这样就形成了湿雪。顾名思义湿雪的水分含量相对较高,用手一攥就能结团。所以在同等体积下,湿雪的重量相对较重。湿雪的附着力较小,不易形成积雪,但如果雪下得够大,湿雪就会冻结在物体上,冰体呈白色堆积状,融化而成的水将雪中的空隙添满,迅速积累重量。

  在监测降水量时,考虑到了降落到地面上的雪花的大小、形状、以及积雪的疏密程度不同,所以雪是以融化后的水来度量来的。即用直径为20里米的雨量桶收集雪花,待雪融化后读数。

  气象学中的降雪量所衡量的实为“雪水”量,10毫米降雪即可达暴雪级别。来源:北京科技报社

  如果新雪的密度约为每立方厘米0.05至0.1克,那么100平方米的平面屋顶,如果积雪厚度为20厘米,房顶就会承受1至2吨的重压。房子确实“压力山大”呀!

  邸小坛认为,大雪后建筑倒塌,其实是由三个因素共同作用造成的,“首先是房屋设计时对于最大降雪量的设计参考有失偏颇,‘基本雪压’偏小;其次是房屋的‘荷载系数’偏小,与欧美标准还有一些差距;另外,一些建筑物本身也比较轻,‘自重系数’偏低。”

  在房屋荷载系数方面,我国建筑与欧美国家相比也明显处于较低水平。邸小坛强调,“我国建筑荷载规范系数一直是1.4,这个系数在欧洲是1.5,美国是1.6。人家的建筑比我们结实得多。”正因如此,新修订的《建筑结构可靠性设计统一标准》已经把房屋荷载系数调整到1.5。

  但三种建筑因素中最重要的,还是建筑本身材料属性的问题。轻型钢结构本身重量较轻,因此受降雪影响而垮塌或者倾覆的建筑,大多是轻钢材质、金属材质的建筑(例如站台、简易屋棚、厂房等)。此外,一些大跨度结构的建筑,同样容易出现垮塌的情况。“相比较之下,钢筋混凝土结构的建筑就结实了很多。” 邸小坛说道。

  不少降雪较多地区的建筑物,会有意识地进行一些设计来提升房屋的抗雪压的性能。北欧、东欧等一些冬天经常下雪的地方,建筑物大多为尖顶,并且具有一定的坡度,积雪容易从屋顶滑落,减少了屋顶结构承受的压力,保护屋顶不被积雪损坏,也保护了建筑物的安全。

  此外,当降雪超过一定程度以后,人们也会也及时通过多种方法来铲除屋顶的积雪(在除雪这方面,我国北方地区也普遍成熟于南方)。

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