又現(xiàn)體育館坍塌,疑似與暴雪有關,哪些建筑最“弱不禁雪”?
11月7日0時35分,黑龍江省佳木斯市樺南縣悅城健身體育館部分坍塌事故現(xiàn)場完成救援。事故發(fā)生時,現(xiàn)場共有7人,其中3人自行脫險,1人輕傷,3人遇難。事故原因正在進一步調(diào)查。
據(jù)黑龍江省佳木斯市相關部門消息,2023年11月6日19時40分左右,佳木斯市樺南縣悅城體育館發(fā)生部分坍塌,樓體為2層框架結(jié)構(gòu),建筑面積約2000平方米,坍塌位置為西側(cè)2樓籃球區(qū)域,坍塌面積約為500平方米。
視頻顯示,發(fā)生坍塌的體育館頂部有厚厚的白雪。坍塌的原因尚不清楚,但當?shù)氐臍庀筮@幾天確實頗為惡劣。佳木斯市氣象臺6日17時30分發(fā)布暴雪紅色預警信號;6日17時43分,佳木斯樺南縣也發(fā)布暴雪紅色預警信號。
樺南縣委宣傳部一工作人員則直言,房頂坍塌與降雪有關。
雖然雪花的重量雖然非常輕,但并不是所有的建筑物都能承受。那么,有哪些建筑最“弱不禁雪”?
10毫米“降雪”等于10厘米積雪深度
眾所周知,雪花的重量是非常輕的。5000~10000片雪花的總重量也僅為1克。不過,即使是“輕于鴻毛”的雪花,不斷聚集后也能產(chǎn)生能足以壓垮建筑物的巨大重量。
想知道雪到底有多重,首先要了解“降雪量”和“積雪深度”這兩個概念。
中國氣象局公共服務中心高級工程師李艷表示,氣象學上的“降雪量”指的是氣象觀測人員用標準容器,將24小時內(nèi)采集到的雪化成水以后,測量得到的一個數(shù)值。
降雪量是以毫米為單位的。一般來說,超過10毫米就達到暴雪的量級了,超過20毫米就是大暴雪級別。
▲氣象學中的降雪量所衡量的實為“雪水”量,10毫米降雪即可達暴雪級別
“積雪深度”則有南北之分。北方的雪比較蓬松,1毫米降雪量對應的積雪深度在8~10毫米左右?!昂唵蝸碚f,就是1毫米降雪、1厘米積雪?!?李艷說。
相比之下,我國秦嶺-淮河以南、南嶺以北的南方降雪區(qū)域,特別是長江中下游一帶,因為氣候濕潤,降雪中水份含量更高,所以同樣的降雪量下,積雪相對不如北方厚:“1毫米的降雪大概能積雪6~8毫米?!?/p>
我國北方的東北地區(qū)東部、內(nèi)蒙古東北部、新疆北部和西藏部分地區(qū),年積雪量最大可達30厘米以上,局部地區(qū)可以達到50厘米。同時,積雪效率不如北方高的南方地區(qū)特別是長江流域的年積雪量卻也一點都不含糊,特別是蘇皖浙地區(qū),年最大積雪深度也可以達到30厘米,比華北、東北不少地區(qū)還要高,這與這些地區(qū)的氣候特點有很密切的關系。
雪花很輕,但不可輕視
盡管一萬片雪花重量只有1克,但降雪是持續(xù)的天氣過程,再小的量聚集以后也能成為很大的數(shù)字。1立方米的新雪,是由高達60億~80億片雪組成的,其具體的重量已經(jīng)很難用克計算了。
我們都知道,室溫下純水的密度是1克/立方厘米。所以1立方米的水相當于1噸重。
但受氣溫等因素影響,雪的具體密度很難準確界定,其大致范圍在0.05~0.3克/立方厘米之間。我們因此無法用“密度×體積”準確計算出積雪重量。
不過,由于“降雪量”能夠直接對應“雪水”重量,我們可以借助該概念對積雪的重量做一個估算?!?平方米面積上1厘米積雪(1毫米降雪)的重量就是1公斤,10平方米上就是10公斤?!崩钇G解釋道。
以2018年1月4日合肥市遭遇暴雪為例。那天合肥的雪究竟下了多大?準確的數(shù)字是30毫米——超過了2008年冰雪災害期間的單日同期降雪量,幾乎達到了特大暴雪的水平。
實際的積雪深度也毫不客氣地達到了27厘米。李艷進行了一個簡單的計算:“這么多降雪,如果平鋪在一個100平方米的平面屋頂上,大概就是2.7噸左右。”
▲2018年1月4日,安徽合肥遭遇大雪。合肥市望江路上多處BRT公交站臺坍塌
從圖片上來看,合肥垮塌的站臺頂棚面積至少有10平方米,因此其承受的積雪重量不低于270公斤。也就是說,垮塌之時站臺棚上相當于站立了3~4個成年男子。
如果是一般房屋,頂部承載3~4個成年男子顯然不成問題。但事故中倒塌的鋼鋁結(jié)構(gòu)站臺棚,本身抗壓能力偏弱。
鋼架結(jié)構(gòu)不安全
建筑因素是否也是降雪垮塌的重要原因?為此,記者聯(lián)系了國家建筑工程質(zhì)量檢測中心總工程師邸小壇。
為何降雪可以壓垮建筑物?邸小壇認為,三個原因的共同作用,造成了這種情況?!笆紫仁欠课菰O計時對于最大降雪量的設計參考有失偏頗,‘基本雪壓’偏??;其次是房屋的‘荷載系數(shù)’偏小,與歐美標準還有一些差距;另外,一些建筑物本身也比較輕,‘自重系數(shù)’偏低。”
邸小壇解釋說,我們國家的建筑物的抗雪壓能力,通常按照近50年出現(xiàn)過的最大雪壓來設計。但在實際統(tǒng)計過程中,由于積雪的密度數(shù)據(jù)不齊全,只能以平均密度來估算雪壓值,這就導致了基本雪壓值比實際雪壓值偏小的情況,這個基本雪壓值僅為0.2kN/m2,但實際中,不少地方的雪壓可以達0.4~0.5kN/m2,甚至更高。
▲體育館這種大跨度結(jié)構(gòu)的建筑,如果用輕型金屬做屋頂,則抗壓能力較弱,遇到大量積雪時更容易垮塌
其次,在房屋荷載系數(shù)方面,我國建筑與歐美國家相比也明顯處于較低水平。邸小壇強調(diào),“我國建筑荷載規(guī)范系數(shù)一直是1.4,這個系數(shù)在歐洲是1.5,美國是1.6。人家的建筑比我們結(jié)實得多?!闭蛉绱?,新修訂的《建筑結(jié)構(gòu)可靠性設計統(tǒng)一標準》已經(jīng)把房屋荷載系數(shù)調(diào)整到1.5。
但三種建筑因素中最重要的,還是建筑本身材料屬性的問題。輕型鋼結(jié)構(gòu)本身重量較輕,因此受降雪影響而垮塌或者傾覆的建筑,大多是輕鋼材質(zhì)、金屬材質(zhì)的建筑(例如站臺、簡易屋棚、廠房等)。此外,一些大跨度結(jié)構(gòu)的建筑(例如體育館也用輕型金屬做屋頂),同樣容易出現(xiàn)垮塌的情況。“相比較之下,鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的建筑就結(jié)實了很多?!?邸小壇告訴記者。
▲一座北歐小鎮(zhèn),屋頂?shù)脑O計都是尖頂,可以更好地抗擊雪壓
記者了解到:不少降雪較多地區(qū)的建筑物,會有意識地進行一些設計來提升房屋的抗雪壓性能。北歐、東歐等一些冬天經(jīng)常下雪的地方,建筑物大多為尖頂,并且具有一定的坡度,積雪容易從屋頂滑落,減少了屋頂結(jié)構(gòu)承受的壓力,保護屋頂不被積雪損壞,也保護了建筑物的安全。此外,當降雪超過一定程度以后,人們也會也及時通過多種方法來鏟除屋頂?shù)姆e雪(在除雪這方面,我國北方地區(qū)也普遍成熟于南方)。
正因建筑物抗壓涉及如此多的因素,想要真正提升房屋的抗雪壓能力,也并非一蹴而就的事情。
編輯:戴冬虞
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