Haben Schneeflocken auch „tödliche Kraft“? Welche Gebäude sind am anfälligsten für Schnee? Sie werden es wissen, nachdem Sie es gelesen haben!

Unter dem kombinierten Einfluss kalter und warmer Luft wird es vom 25. bis 29. Januar in Mittel- und Ostchina zu einer neuen Regen- und Schneewelle kommen. Obwohl Schneeflocken sehr leicht sind, können ihnen nicht alle Gebäude standhalten. Welche Gebäude sind also am anfälligsten für Schnee? Möchten Sie die Antwort wissen? Sie werden es wissen, nachdem Sie es gelesen haben.

Geschrieben von Reporter Zhao Tianyu. Herausgegeben von Ding Lin.

Interview-Experten:

Li Yan (Leitender Ingenieur, Öffentliches Wetterdienstzentrum, China Meteorological Administration)

Di Xiaotan (Chefingenieur des Nationalen Zentrums für Qualitätsprüfung im Bauwesen)

10 mm „Schneefall“ entsprechen 10 cm Schneehöhe

Wie wir alle wissen, sind Schneeflocken sehr leicht. Das Gesamtgewicht von 5.000 bis 10.000 Schneeflocken beträgt lediglich 1 Gramm. Doch selbst Schneeflocken, die „leichter als eine Feder“ sind, können ein enormes Gewicht erzeugen, das ausreicht, um ein Gebäude zu zerstören, wenn sie sich weiter ansammeln.

Um zu wissen, wie schwer der Schnee ist, müssen wir zunächst die Konzepte „Schneefall“ und „Schneetiefe“ verstehen.

Li Yan, leitender Ingenieur im Zentrum für öffentliche Dienstleistungen der chinesischen Wetterbehörde, erklärte, dass sich „Schneefall“ in der Meteorologie auf einen Wert beziehe, der von Wetterbeobachtern gemessen werde, nachdem der innerhalb von 24 Stunden gesammelte Schnee in einem Standardbehälter zu Wasser geschmolzen sei.

Die Schneefallmenge wird in Millimetern angegeben. Im Allgemeinen spricht man bei mehr als 10 mm von einem Schneesturm und bei mehr als 20 mm von einem schweren Schneesturm.

▲Die Schneefallmenge misst in der Meteorologie tatsächlich die Menge an „Schneewasser“. Bei einer Schneefallmenge von 10 mm kann die Schneesturmstärke erreicht werden.

Die „Schneehöhe“ variiert zwischen Norden und Süden. Der Schnee im Norden ist relativ locker und 1 mm Schneefall entspricht einer Schneehöhe von etwa 8 bis 10 mm. „Einfach ausgedrückt bedeutet das 1 mm Schneefall und 1 cm Schneeanhäufung“, sagte Li Yan.

Im Gegensatz dazu weist der Schneefall in den südlichen Schneegebieten südlich des Qinling-Gebirges und des Huaihe-Flusses sowie nördlich des Nanling-Gebirges, insbesondere im Mittel- und Unterlauf des Jangtse-Flusses, aufgrund des feuchten Klimas einen höheren Feuchtigkeitsgehalt auf. Daher ist die Schneedecke bei gleicher Schneefallmenge vergleichsweise nicht so dick wie im Norden: „Bei 1 mm Schneefall können sich etwa 6 bis 8 mm Schnee ansammeln.“

▲ Rangliste der Schneehöhe in den Provinzhauptstädten meines Landes (Quelle: China Weather)

Im Norden meines Landes, im Osten Nordostchinas, im Nordosten der Inneren Mongolei, im Norden Xinjiangs und in Teilen Tibets kann die jährliche Schneehöhe über 30 cm betragen, in manchen Gegenden sogar bis zu 50 cm. Gleichzeitig ist die jährliche Schneeakkumulation in den südlichen Regionen, insbesondere im Jangtse-Becken, wo die Effizienz der Schneeakkumulation nicht so hoch ist wie im Norden, überhaupt nicht eindeutig. Insbesondere in den Regionen Jiangsu, Anhui und Zhejiang kann die jährliche maximale Schneehöhe 30 cm erreichen und ist damit höher als in vielen Gebieten Nord- und Nordostchinas. Dies hängt eng mit den klimatischen Eigenschaften dieser Regionen zusammen.

Schneeflocken sind leicht, aber man darf sie nicht unterschätzen.

Obwohl 10.000 Schneeflocken nur 1 Gramm wiegen, ist Schneefall ein kontinuierlicher Wetterprozess und selbst kleinste Mengen können sich zu großen Zahlen ansammeln. Ein Kubikmeter Neuschnee besteht aus 6 bis 8 Milliarden Schneeflocken und sein spezifisches Gewicht lässt sich nur schwer in Gramm berechnen.

Wir alle wissen, dass die Dichte von reinem Wasser bei Raumtemperatur 1 Gramm/Kubikzentimeter beträgt. 1 Kubikmeter Wasser wiegt also 1 Tonne.

Aufgrund von Faktoren wie der Temperatur lässt sich die spezifische Dichte von Schnee jedoch nur schwer genau bestimmen. Ihr ungefährer Bereich liegt zwischen 0,05 und 0,3 Gramm pro Kubikzentimeter. Daher können wir das Gewicht des Schnees nicht genau mit „Dichte × Volumen“ berechnen.

Da jedoch „Schneefall“ direkt dem Gewicht von „Schneewasser“ entsprechen kann, können wir dieses Konzept verwenden, um das Gewicht des angesammelten Schnees abzuschätzen. „Das Gewicht von 1 Zentimeter Schnee (1 Millimeter Schneefall) auf einer Fläche von 1 Quadratmeter beträgt 1 Kilogramm, und das auf 10 Quadratmetern beträgt 10 Kilogramm“, erklärte Li Yan.

Nehmen Sie als Beispiel den Schneesturm, der Hefei am 4. Januar 2018 traf. Wie stark hat es an diesem Tag in Hefei geschneit? Die genaue Zahl beträgt 30 Millimeter – mehr als der Schneefall an einem einzigen Tag während der Eis- und Schneekatastrophe im Jahr 2008 und erreicht fast das Ausmaß eines schweren Schneesturms.

Die tatsächliche Schneehöhe erreichte bescheidene 27 Zentimeter. Li Yan stellte eine einfache Berechnung an: „Wenn diese Schneemenge auf einem 100 Quadratmeter großen Flachdach verteilt würde, würde sie etwa 2,7 Tonnen wiegen.“

▲ Am 4. Januar 2018 kam es in Hefei in der Provinz Anhui zu heftigen Schneefällen. Viele BRT-Bushaltestellen auf der Wangjiang Road in Hefei sind eingestürzt

Den Bildern zufolge beträgt die Fläche des eingestürzten Bahnsteigdachs in Hefei mindestens 10 Quadratmeter, die Schneelast, die es tragen muss, beträgt also nicht weniger als 270 Kilogramm. Mit anderen Worten: Als der Bahnsteigschuppen einstürzte, standen etwa drei bis vier erwachsene Männer auf ihm.

Wenn es sich um ein normales Haus handelt, ist es offensichtlich kein Problem, wenn drei bis vier erwachsene Männer auf dem Dach Platz finden. Allerdings hatte der bei dem Unfall eingestürzte Plattformschuppen aus Stahl-Aluminium-Konstruktion eine geringe Druckfestigkeit.

Stahlrahmenkonstruktion ist unsicher

Sind auch bauliche Faktoren eine wichtige Ursache für Schneefalleinstürze? Zu diesem Zweck kontaktierte der Reporter Di Xiaotan, Chefingenieur des National Construction Engineering Quality Inspection Center.

Warum können Gebäude durch Schneefall einstürzen? Di Xiaotan glaubt, dass das Zusammenspiel dreier Gründe zu dieser Situation geführt hat. „Erstens ist die Entwurfsreferenz für den maximalen Schneefall während der Hausplanung verzerrt und der ‚Basisschneedruck‘ ist zu gering; zweitens ist der ‚Lastkoeffizient‘ des Hauses zu gering und es besteht immer noch eine gewisse Lücke zu europäischen und amerikanischen Standards; außerdem sind einige Gebäude selbst relativ leicht und der ‚Eigengewichtskoeffizient‘ ist zu niedrig.“

Di Xiaotan erklärte, dass die Schneedruckbeständigkeit von Gebäuden in unserem Land normalerweise auf der Grundlage des maximalen Schneedrucks der letzten 50 Jahre ausgelegt wird. Im tatsächlichen statistischen Verfahren kann der Schneedruckwert jedoch aufgrund unvollständiger Daten zur Schneedichte nur auf Grundlage der Durchschnittsdichte geschätzt werden. Dies führt dazu, dass der Basis-Schneedruckwert kleiner ist als der tatsächliche Schneedruckwert. Dieser grundlegende Schneedruckwert beträgt nur 0,2 kN/m², in Wirklichkeit kann der Schneedruck an vielen Stellen jedoch 0,4 bis 0,5 kN/m² oder sogar mehr erreichen.

▲ Bei einer Struktur mit großer Spannweite, wie etwa einer Turnhalle, ist die Druckfestigkeit eines Leichtmetalldachs gering und es besteht eine höhere Wahrscheinlichkeit, dass das Dach bei großen Schneemengen einstürzt.

Zweitens liegen die Gebäude meines Landes im Hinblick auf den Gebäudelastkoeffizienten im Vergleich zu denen in Europa und den Vereinigten Staaten offensichtlich auf einem niedrigeren Niveau. Di Xiaotan betonte: „Der Standardlastkoeffizient für Gebäude in unserem Land lag schon immer bei 1,4, während er in Europa 1,5 und in den USA 1,6 beträgt. Ihre Gebäude sind viel stabiler als unsere.“ Aus diesem Grund wurde im neu überarbeiteten „Einheitlichen Standard für die Zuverlässigkeitsbemessung von Baukonstruktionen“ der Hauslastkoeffizient auf 1,5 angepasst.

Der wichtigste der drei architektonischen Faktoren sind jedoch die Materialeigenschaften des Gebäudes selbst. Leichtstahlkonstruktionen selbst haben ein geringes Gewicht, daher bestehen die meisten Gebäude, die aufgrund von Schneefall einstürzten oder umkippten, aus Leichtstahl oder Metall (z. B. Plattformen, einfache Schuppen, Fabriken usw.). Darüber hinaus sind auch einige Gebäude mit weitgespannten Strukturen (wie etwa Stadien, die ebenfalls Leichtmetalldächer verwenden) einsturzgefährdet. „Im Vergleich dazu sind Gebäude mit Stahlbetonkonstruktionen viel stabiler“, sagte Di Xiaotan gegenüber Reportern.

▲Eine nordische Stadt, die Dächer sind alle spitz, was dem Schneedruck besser standhalten kann

Der Reporter erfuhr, dass in Gebieten mit starkem Schneefall bei vielen Gebäuden bewusst bestimmte Konstruktionen zum Einsatz kommen, um die Widerstandsfähigkeit der Häuser gegen den Schneedruck zu verbessern. In Gegenden wie Nord- und Osteuropa, wo es im Winter oft schneit, haben die meisten Gebäude spitze Dächer und eine gewisse Neigung. Schnee kann leicht von den Dächern abrutschen, wodurch der Druck auf die Dachkonstruktion verringert wird, das Dach vor Schäden durch Schnee geschützt wird und auch die Sicherheit des Gebäudes gewährleistet wird. Darüber hinaus werden, wenn die Schneemenge eine bestimmte Stärke überschreitet, umgehend verschiedene Methoden eingesetzt, um den Schnee vom Dach zu entfernen (was die Schneeräumung angeht, ist der Norden meines Landes im Allgemeinen weiter entwickelt als der Süden).

Da die Druckfestigkeit eines Gebäudes von so vielen Faktoren abhängt, lässt sich die Widerstandsfähigkeit eines Hauses gegen Schneedruck nicht über Nacht wirklich verbessern.

Produziert von: Science Central Kitchen

Produziert von: Beijing Science and Technology News | Pekinger Wissenschafts- und Technologiemedien

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