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暴雪压塌公交车站:压塌建筑,雪有多重?

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谚云“瑞雪兆丰年”。但2018年年初,合肥一场大雪却夺走了无辜的生命。为什么强如钢铁也无法承受轻盈的雪花?暴雪天气时,哪些建筑物最危险?

文/记者 赵天宇 编辑/吉菁菁 供图/视觉中国

采访专家

李 艳(中国气象局公共气象服务中心 高级工程师)

邸小坛(国家建筑工程质量检测中心 总工程师)

对于不少南方的居民来说,冬天的雪是一种讨喜的稀罕景致。然而对于合肥这座算不上很“南方”的城市来说,突如其来的一场暴雪不仅给人们的出行带来了诸多不便,更“离奇”地让同一条道路上的公交站台接连倒下,并夺走了一条无辜的生命。

1月4日,安徽合肥地区遭遇大到暴雪天气过程,当日,合肥望江路卫岗公交站及其以西多个公交站被雪压倒,致使20多名市民受伤、1人身亡。有的车站顶棚整块坍塌在地,有的顶棚“断骨连筋”,与下方广告牌呈现折叠状,也有的被压的棚架与棚板分离......据媒体报道,望江路沿途快速公交(BRT)站点的27个站台中,15个站台完全倒塌、3个站台部分倒塌,仅9个站台未倒塌。

▲2018年1月4日,安徽合肥遭遇大雪。合肥市望江路上多处BRT公交站台坍塌,致1人死亡多人受伤

“暴雪压垮公交站台”的事件迅速成为网络关注的热点——小小雪花竟有如此威力?究竟是雪太重还是站台太轻了?不少网友议论纷纷。为此,北京科技报记者采访了气象与建筑专家,带你深入了解建筑物承重和积雪之间的准确关系。

10毫米“降雪”等于10厘米积雪深度

合肥公交站台垮塌的消息,第一时间便登上了头条。但降雪造成建筑垮塌的事件,每年冬季都有发生,其实也算不上什么新闻:2014年2月,浙江金华遭遇连续多日的大雪,磐安县雅庄村村民举办婚礼的老旧会堂因积雪造成屋顶垮塌,事故造成10余人遇难,80多人受伤;2015年1月29日,安徽无为县一家制梁厂内多处大棚厂房被连绵几日的积雪压塌,所幸未造成人员伤亡。

众所周知,雪花的重量是非常轻的。5000~10000片雪花的总重量也仅为1克。不过,即使是“轻于鸿毛”的雪花,不断聚集后也能产生足以压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“积雪深度”这两个概念。

中国气象局公共服务中心高级工程师李艳表示,气象学上的“降雪量”指的是气象观测人员用标准容器,将24小时内采集到的雪化成水以后,测量得到的一个数值。

降雪量是以毫米为单位的。一般来说,超过10毫米就达到暴雪的量级了,超过20毫米就是大暴雪级别。

“积雪深度”则有南北之分。北方的雪比较蓬松,1毫米降雪量对应的积雪深度在8~10毫米左右。“简单来说,就是1毫米降雪、1厘米积雪。” 李艳说。

相比之下,我国秦岭-淮河以南、南岭以北的南方降雪区域,特别是长江中下游一带,因为气候湿润,降雪中水分含量更高,所以同样的降雪量下,积雪相对不如北方厚:“1毫米的降雪大概能积雪6~8毫米。”

我国北方的东北地区东部、内蒙古东北部、新疆北部和西藏部分地区,年积雪量最大可在30厘米以上,局部地区可以达到50厘米。同时,积雪效率不如北方高的南方地区,特别是长江流域的年积雪量却也一点都不含糊,特别是苏皖浙地区,年最大积雪深度也可以达到30厘米,比华北、东北不少地区还要高,这与这些地区的气候特点有很密切的关系。

▲北方人民还在仰脸盼雪,而冷空气寒潮还在不断南下。近日,江浙一带多地迎来降雪天气。图为2018年1月25日清晨,苏州古城园林里的美丽雪景。

雪花很轻,但不可轻视

尽管一万片雪花重量只有1克,但降雪是持续的天气过程,再小的量聚集以后也能成为很大的数字。1立方米的新雪,是由高达60亿~80亿片雪组成的,其具体的重量已经很难用克计算了。

我们都知道,室温下纯水的密度是1克/立方厘米。所以1立方米的水相当于1吨重。

但受气温等因素影响,雪的具体密度很难准确界定,其大致范围在0.05~0.3克/立方厘米之间。我们因此无法用“密度×体积”准确计算出积雪重量。

不过,由于“降雪量”能够直接对应“雪水”重量,我们可以借助该概念对积雪的重量做一个估算。“1平方米面积上1厘米积雪(1毫米降雪)的重量就是1千克,10平方米上就是10千克。”李艳解释道。

观测数据显示:1月4日合肥市降雪达到了大暴雪级别,气象部门也第一时间发布了暴雪橙色预警信号。那天合肥的雪究竟下了多大?准确的数字是30毫米——超过了2008年冰雪灾害期间的单日同期降雪量,几乎达到了特大暴雪的水平。

实际的积雪深度也毫不客气地达到了27厘米。李艳进行了一个简单的计算:“这么多降雪,如果平铺在一个100平方米的平面屋顶上,大概就是2.7吨。”

从现场的新闻图片上来看,合肥垮塌的站台顶棚面积至少有10平方米,因此其承受的积雪重量不低于270千克。也就是说,垮塌之时站台棚上相当于站立了3~4个成年男子。

如果是一般房屋,顶部承载3~4个成年男子显然不成问题。但事故中倒塌的钢铝结构站台棚,本身抗压能力偏弱。

▲积雪是全球变化 的指示器,对气候系统具有显著的正反馈作用,是全球变化研究的关键变量。2017年6月4日,由科技部支持 的“中国积雪特性及分布调查”项目启动。科研人员将 通过对包括东北、 西北、青藏高原和不同高山地区等在内的中国典型积雪区积雪调查,建立 统一、规范的积雪 特性数据集和时空动态变化数据库。(资料图)

钢架结构不安全

实际上,量级如此之大的降雪在合肥并不会每年都发生。也就是说,事故起因中的气象因素更像是偶然事件。耐人寻味的是,此次合肥因降雪倒塌的公交站台,全都集中在望江西路上,且是由同一家公司设计制造的。

建筑因素是否也是造成降雪坍塌事故的重要原因?为此,记者联系了国家建筑工程质量检测中心总工程师邸小坛。

为何降雪可以压垮建筑物?邸小坛认为,三个原因的共同作用造成了这种情况。“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。”

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0.2kN/m2,但实际中,不少地方的雪压可以在0.4~0.5kN/m2,甚至更高。

其次,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(例如体育馆也用轻型金属做屋顶),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。” 邸小坛告诉记者。

▲降雪较多地区的屋顶设计多为尖顶,可以更好地抗击雪压。图为2018年1月19日,俄罗斯莫斯科红场。大雪袭击过后,相关部门正加紧清理建筑积雪。

记者了解到: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)。

正因建筑物抗压涉及如此多的因素,想要真正提升房屋的抗雪压能力,也并非一蹴而就的事情。■

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