文/史永彬

中国建筑东北设计研究院有限公司第六设计院

2021年初冬，沈阳的雪来得早了一点，而且猛烈了一些，是一场百年不遇的暴雪，媒体给出的描述是“自1905年有气象记录以来冬季最强降雪”，雪后辽宁省气象台发布的11月7日早8时~11月9日8时共计2天的权威降雪量如下图。

沈阳地区降雪（雨）量总计达到37.4mm,鞍山79.7mm、辽阳72.3mm,气象台给出的是降雪（雨）量，老百姓关注的是积雪深度，工程人员关注的是雪荷载，三者有何关系呢？

降雪（雨）量：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：通过测量气象观测场上未融化的积雪得到的，取的是从积雪面到地面的垂直深度，以厘米为单位；根据降雨量可以简单的推算此次沈阳地区平均雪荷载约为0.4kN/m²。

笔者做了一个有关雪密度的小实验，取了三个雪样本，首先准确测出体积,然后待雪化成水测量水的重量，最后得出雪的密度为80~90kg/m³，这次雪的密度小于规范给出值，这里主要存在如下原因：规范可能给出的是积雪密度，雪在初期空隙大，但反复几次降雪及融冻后雪的密度会增加，本次降雪时间短、雪量大，短期内雪的密度一般都会小于规范取值。

通过这个密度我们可以推算得到这次沈阳积雪深度约为40cm上下，与我们实际感受到的积雪深度基本一致。

雪后的景象是这样的：

有人欣赏雪后的美景，有人要承受出行不便的烦恼，有人在雪灾中损失惨重，暴雪还导致了人员的伤亡。

此次沈阳降雪平均值未超50年一遇规范限值0.5kN/m²，鞍山、辽阳地区雪荷载达到甚至超越了百年一遇雪压。本文结合沈阳地区本次降雪倒塌的工程案例做一个粗浅的分析，希望对相关行业起到警示作用。

△ 坍塌状态

△ 恢复后状态

△ 拱形屋面积雪不均匀分布系数

勒思气膜为气肋体系的充气膜结构，服务周边群众的体育活动，雪后坍塌的视频迅速通过网络传播。初看体型不容易积雪，但《荷载》规范积雪分布系数图显示拱形结构也会积雪，且膜结构并不是光滑的表面，资料显示东北地区的膜面滑雪临界角为28°，气膜结构因为体型较平缓，坡度不大，造成了膜面上积雪严重；气温骤降，膜内空气遇冷收缩，膜结构刚度变小，变形增大，积雪与变形交互影响，最终导致坍塌。

马三家子加油站为独立柱支撑网架结构，加油站采用此种结构体系较多。一般屋面平坦，无女儿墙，不易造成局部积雪，沈阳地区的降雪量似乎并未超过荷载限值，倒塌的原因暂不知晓。但是，天灾也是对工程各个方面质量的一个检验。

这是一个平板式网架屋面，下部是报告厅和体育馆，平面尺寸21 m x36m，中间无柱，属于跨度偏小的网架结构，唯一的不利因素是有女儿墙。质检单位已经介入，希望早日看到事故分析报告。遗憾是网架图纸已丢失，增加了调查的难度。万幸的是当天教育局领导英明决策，提前放假，避免了可能的师生人员伤亡。

这次雪灾门式刚架结构也有倒塌，有的是屋面板连同檩条塌落，主体结构无问题；有的是屋面板连同檩条塌落，进而导致了主体钢梁发生失稳破坏，这是一个结构的合理破坏顺序。

下面案例显示梁构件没有问题，在节点处首先发生了破坏，细部照片显示节点连接处涂刷了油漆，不满足摩擦面要求，导致节点首先发生破坏。此次雪灾门式刚架结构倒塌较少，部分倒塌案例存在质量不合乎要求现象。局部屋面板坍塌事故，存在檩条与屋面板连接措施不好问题。

本次降雪对农业的影响特别大，这里截取一些媒体报道的损失数据。农村建筑物建设在法规依据、建设监管方面存在很多盲区，怎么让这些小微建筑物、构筑物尽量提高安全度，而造价尽量不提高，也许是新农村建设方面可以着力的一个重点。

△ 雪灾前结构图

△ 坍塌现场图

物流园内这类建筑很多，体型简单，柱网跨度稍大（9m以上），由平面桁架搭建，此次倒塌较多。屋面只有一层压型钢板，下部靠纵横平面桁架支撑，柱子通常采用小于280的圆管。且不说此类建筑的承载能力多大，但从构造方面就存在很多问题：屋面桁架受压上弦杆靠面外桁架和檩条支撑，屋面板板肋铺设方向同桁架长度方向，起不到蒙皮的作用；檩条本应起到刚性系杆的作用，但檩条截面小、壁薄，不能同时承受压弯作用，对桁架的支撑很有限，导致桁架在面外很容易发生失稳；对于柱子，建造者也许简单的认为就是一个纯受压构件，实际上柱子还会承受水平推力，是一个压弯构件，柱子很小，变形大，在暴雪荷载下二阶效应影响显著，最终发生了坍塌。

说了这么多倒塌案例，跟我们设计行业相关的是什么呢？对雪荷载一定要重视！尤其是轻钢结构，雪荷载的影响可能会比地震作用更明显，更应该引起重视。《荷载规范》中有个名词“对雪荷载敏感的结构”，但是规范没有给出准确的定义。《屋面结构雪荷载设计标准》定义为均匀分布时的雪荷载标准值超过单位面积自重荷载标准值40%以上的屋面结构。轻钢结构屋面基本都属于“对雪荷载敏感的结构”。我们从《荷载规范》、《屋面结构雪荷载设计标准》、《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》中得到以下注意事项：

（1）“对雪荷载敏感的结构”要按百年一遇的雪压取值；

（2）要充分认识体型不好带来的积雪不均匀分布

体型好不好积雪说了算，笔者家旁边商场的采光屋顶积雪形象地说明了上面的问题。

△ 弧形采光屋顶

△ 平板采光屋顶

一个是弧形的采光屋顶，一个是平板的采光屋顶，弧形屋顶积雪很少，平板屋顶上堆满了积雪。截取荷载规范两种体型的积雪不均匀分布系数图，可以看到影响是很大的。

△ 双跨双坡屋面积雪分布系数图

△ 有女儿墙屋面积雪分布系数图

（3）在冬季积雪不化的地区，对雪荷载敏感结构宜采取融雪或除雪措施；

（4）不采暖的轻钢结构设计雪荷载应乘以调整系数。

（5）计算各构件的荷载取值原则一定要注意：

△ 4.3.5取之《荷载规范》

1、极端自然灾害越来越频繁，我们是否应增大设计荷载？《荷载规范》也认识到“‘对雪荷载敏感结构’在雪荷载作用下结构的安全度有可能不够，建议将基本雪压适当提高，但这应由有关规范或标准做具体规定”，目前笔者没有找到对雪荷载研究更细致的规范，建议规范编制者给出更多的可行性措施，而不是模棱两可的指导意见。现实情况下设计人的话语权越来越弱，当甲方重视投资限额时，没有足够的规范依据，想提高荷载值简直是不可能完成的任务。目前的通用规范已提高了分项系数，我们呼唤更专业、更细致的规范，也适当提高雪荷载值。

2、规范中明确提出对雪荷载敏感结构应采用除雪、融雪措施，但怎么个采用法？这次雪灾，笔者见证了勒思气膜的除雪过程，可以说很原始、很不经济：雇佣了2台吊车（16000元/天/台），60名工人（350元/人），从吊车靠人工装满铲斗至回到地面倒掉雪用时6分钟，总计用了5天除雪，再加上修补气膜费用及善后处理的一个月非营业期损失，超百万，代价很高！是否在项目设计初期就适当增大雪荷载从而避免此次事故更经济合理呢？

△ 吊车除雪1

△ 吊车除雪2

说了这么多，就想让越来越多的人认识到雪灾的危害。极端天气越来越常见，工程人真应该重视了，希望我们的家园在天灾面前安然无恙！

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