雪の結晶にも「致死力」がある？雪の影響を最も受けやすい建物はどれですか?読めばわかりますよ！

寒気と暖気の複合的な影響により、1月25日から29日にかけて、我が国の中央部と東部で新たな雨と雪が降るでしょう。雪片は非常に軽いですが、すべての建物がそれに耐えられるわけではありません。では、雪の影響を最も受けやすい建物はどれでしょうか?答えを知りたいですか?読めば分かるよ。

記者：趙天宇 編集：丁林

インタビュー専門家:

李 燕（中国気象局 公共気象サービスセンター 上級エンジニア）

ディ・シャオタン（国家建設工事品質検査センター主任エンジニア）

10 mmの「降雪量」は10 cmの積雪量に相当する

ご存知のとおり、雪の結晶は非常に軽いです。 5,000～10,000個の雪片の総重量はわずか1グラムです。しかし、「羽よりも軽い」雪片であっても、それが積み重なっていけば、建物を押しつぶすほどの巨大な重量を生み出す可能性があります。

雪の重さを知るには、まず「降雪量」と「積雪深」の概念を理解する必要があります。

中国気象庁公共サービスセンターの上級エンジニア、李燕氏は、気象学における「降雪量」とは、気象観測者が24時間以内に集めた雪を標準容器で溶かして水に溶かし、測定した値を指すと述べた。

降雪量はミリメートル単位で表されます。一般的に、10 mm 以上は猛吹雪、20 mm 以上は猛吹雪とみなされます。

▲気象学における降雪量は、実は「雪水」の量を測っています。 10 mm の降雪で猛吹雪レベルに達することがあります。

「積雪の深さ」は北と南で異なります。北部の雪は比較的ふわふわしており、降雪量1mmは積雪深8～10mm程度に相当します。 「簡単に言えば、1mmの降雪と1cmの積雪を意味します」とLi Yan氏は述べた。

対照的に、秦嶺山脈と淮河の南と南嶺山脈の北の南部降雪地域、特に長江の中下流域では、湿度の高い気候のため、降雪の水分含有量が多くなります。そのため、同じ降雪量でも、積雪は北部ほど厚くなく、「1mmの降雪で6～8mm程度の雪が積もる」ことになります。

▲わが国の省都の積雪量ランキング（出典：中国天気）

我が国の北部、中国東北部東部、内モンゴル北東部、新疆北部、チベットの一部では、年間の積雪量は30センチ以上に達し、一部の地域では50センチに達することもあります。一方、南部地域、特に長江流域では積雪効率が北部ほど高くないにもかかわらず、年間積雪量は決して曖昧ではありません。特に、江蘇省、安徽省、浙江省の各地域では、年間最大積雪深が30cmに達し、これは中国北部や中国東北部の多くの地域よりも高い値です。これはこれらの地域の気候特性と密接に関係しています。

雪の結晶は軽いものですが、侮ってはいけません。

10,000 個の雪片の重さはわずか 1 グラムですが、降雪は継続的な気象現象であり、たとえ少量でも積もれば大量の雪になることがあります。 1立方メートルの新雪は60億から80億個の雪片で構成されており、その比重をグラム単位で計算するのは困難です。

純水の室温での密度は 1 グラム/立方センチメートルであることは誰もが知っています。つまり、1立方メートルの水の重さは1トンです。

しかし、温度などの要因により、雪の比重を正確に定義することは難しく、おおよそ 1 立方センチメートルあたり 0.05 ～ 0.3 グラムの範囲となります。そのため、「密度×体積」では雪の重さを正確に計算することはできません。

しかし、「降雪量」は「雪水」の重さに直接対応できるため、この概念を使用して積雪の重さを推定することができます。 「1平方メートルの面積に積もった雪1センチ（積雪1ミリ）の重さは1キログラム、10平方メートルに積もった雪の重さは10キログラムだ」と李燕氏は説明した。

2018年1月4日に合肥を襲った暴風雪を例に挙げてみましょう。その日、合肥では雪はどれくらい降りましたか？正確な数字は30ミリメートルで、2008年の氷雪災害の1日の降雪量を上回り、大吹雪のレベルにほぼ達する。

実際の積雪の深さはなんと27センチに達しました。李燕さんは簡単な計算をした。「これだけの積雪が100平方メートルの平らな屋根に積もると、重さは約2.7トンになる」

▲2018年1月4日、安徽省合肥市は大雪に見舞われた。合肥の望江路で多くのBRTバス停が倒壊

写真から判断すると、合肥市の崩壊したプラットホームの屋根の面積は少なくとも10平方メートルあり、そこに積もった雪の重さは270キログラムにもなる。つまり、プラットホームが崩壊したとき、プラットホームの上には成人男性3～4人相当が立っていたことになる。

普通の家であれば、上には成人男性3～4人が乗っても当然問題ありません。しかし、事故で倒壊した鉄骨アルミ構造のプラットホーム上屋は圧縮強度が弱かった。

鉄骨構造は安全ではない

建築要因も積雪崩の重要な原因ですか?この目的のために、記者は国家建設工程品質検査センターのチーフエンジニアであるディ・シャオタン氏に連絡を取った。

なぜ降雪によって建物が倒壊するのでしょうか?ディ・シャオタン氏は、3つの理由の複合的な影響がこの状況につながったと考えています。 「第一に、住宅設計時の最大積雪量に関する設計基準が偏っており、『基本積雪圧』が小さすぎます。第二に、住宅の『荷重係数』が小さすぎ、欧米の基準とはまだ若干のギャップがあります。さらに、一部の建物自体が比較的軽量で、『自重係数』が低すぎます。」

ディ・シャオタン氏は、我が国の建物の耐積雪圧は通常、過去50年間に発生した最大積雪圧に基づいて設計されていると説明した。しかし、実際の統計処理では、積雪密度に関するデータが不完全なため、積雪圧力の値は平均密度に基づいて推定することしかできません。これにより、基本積雪圧値が実際の積雪圧値よりも小さくなるという状況が発生します。この基本的な積雪圧の値はわずか0.2kN/m2ですが、実際には多くの場所で積雪圧は0.4～0.5kN/m2、あるいはそれ以上に達することがあります。

▲体育館のような大スパンの建物では軽量金属屋根だと圧縮強度が弱く、多量の積雪時に倒壊する可能性が高くなります。

第二に、住宅負荷係数に関して言えば、我が国の建物は欧米の建物に比べて明らかに低いレベルにあります。ディ・シャオタン氏は「わが国の建築物の標準荷重係数は常に1.4だが、欧州では1.5、米国では1.6だ。これらの国の建築物はわが国のものよりはるかに頑丈だ」と強調した。このため、新たに改訂された「建築構造物の信頼性設計に関する統一基準」では、住宅荷重係数を1.5に調整しました。

しかし、3 つの建築要素の中で最も重要なのは、建物自体の材料特性です。軽量鉄骨構造は構造自体が軽量であるため、降雪により倒壊・転倒した建物のほとんどは軽量鉄骨または金属で造られたもの（プラットホーム、簡易小屋、工場など）です。さらに、大スパン構造の建物（軽金属屋根を使用しているスタジアムなど）も倒壊しやすい傾向があります。 「比較すると、鉄筋コンクリート構造の建物ははるかに頑丈だ」と翟暁丹氏は記者団に語った。

▲北欧の街並み。屋根は尖っていて、雪圧に耐えられるようになっている。

記者は、豪雪地帯の多くの建物が、雪圧に対する家の耐性を高めるために意識的に何らかの設計を行っていることを知った。冬に雪が降ることが多い北欧や東欧などの地域では、ほとんどの建物の屋根は尖っていて、ある程度の傾斜があります。雪が屋根から滑り落ちるのを防ぎ、屋根構造にかかる圧力を軽減し、雪による屋根の損傷を防ぎ、建物の安全も守ります。さらに、降雪量が一定レベルを超えると、人々はすぐにさまざまな方法で屋根から雪を取り除きます（除雪に関しては、私の国の北部地域は一般的に南部地域よりも成熟しています）。

建物の耐雪圧には多くの要素が関係するため、家の耐雪圧を本当に向上させることは一夜にして達成できるものではありません。

制作：サイエンス・セントラル・キッチン

制作：北京科学技術ニュース |北京科学技術メディア

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