Υπολογιστής Φορτίου Χιονιού - Υπολογισμός Βάρους & Ασφάλειας Στέγης

Ένας υπολογιστής φορτίου χιονιού εκτιμά πόσο ζυγίζει ένα στρώμα χιονιού πάνω σε στέγη, εξέδρα ή άλλη επίπεδη επιφάνεια. Υπολογίζει το συνολικό βάρος από τρεις αριθμούς: το πάχος του χιονιού, το μέγεθος της επιφάνειας και την πυκνότητα του χιονιού.

Τι σημαίνει φορτίο χιονιού

«Φορτίο χιονιού» είναι το βάρος που ασκεί το συσσωρευμένο χιόνι σε μια κατασκευή. Αυτό έχει σημασία επειδή οι στέγες και οι εξέδρες είναι κατασκευασμένες να αντέχουν μόνο ένα συγκεκριμένο βάρος προτού παραμορφωθούν ή αστοχήσουν. Το φρέσκο χιόνι είναι ελαφρύ και αφράτο. Το παλιό, υγρό ή συμπιεσμένο από τον άνεμο χιόνι είναι πολύ βαρύτερο για το ίδιο πάχος. Ένας υπολογιστής που ζητά μόνο το πάχος, χωρίς να λαμβάνει υπόψη την πυκνότητα, μπορεί να υποεκτιμήσει σημαντικά το πραγματικό βάρος.

Αυτός ο υπολογιστής δίνει το συνολικό βάρος του χιονιού που βρίσκεται πάνω στην επιφάνεια, σε λίβρες ή χιλιόγραμμα. Δεν δίνει από μόνος του την πίεση ανά τετραγωνικό πόδι, αν και αυτή η τιμή μπορεί να βρεθεί με μια απλή διαίρεση (βλ. παρακάτω).

Πώς υπολογίζεται το φορτίο χιονιού

Ο υπολογιστής χρησιμοποιεί τον εξής τύπο:

$W = d \times l \times w \times \rho$

όπου W είναι το συνολικό βάρος, d το πάχος του χιονιού, l το μήκος της επιφάνειας, w το πλάτος της και ρ η πυκνότητα του χιονιού.

Πριν από τον πολλαπλασιασμό, μετατρέπει το πάχος στην ίδια μονάδα με το μήκος και το πλάτος, ώστε οι μονάδες να απαλείφονται σωστά:

• Αγγλοσαξονικές μονάδες: το πάχος εισάγεται σε ίντσες και μετατρέπεται σε πόδια με διαίρεση διά 12. Το μήκος και το πλάτος είναι σε πόδια, η πυκνότητα σε λίβρες ανά κυβικό πόδι (lb/ft³), και το αποτέλεσμα σε λίβρες.
• Μετρικές μονάδες: το πάχος εισάγεται σε εκατοστά και μετατρέπεται σε μέτρα με διαίρεση διά 100. Το μήκος και το πλάτος είναι σε μέτρα, η πυκνότητα σε χιλιόγραμμα ανά κυβικό μέτρο (kg/m³), και το αποτέλεσμα σε χιλιόγραμμα.

Το εμβαδόν της επιφάνειας είναι απλώς το μήκος πολλαπλασιασμένο επί το πλάτος.

Τιμές πυκνότητας χιονιού

Η πυκνότητα του χιονιού εξαρτάται από το πόσο φρέσκο, υγρό ή συμπιεσμένο είναι. Ο υπολογιστής προσφέρει τρεις προκαθορισμένες τιμές και μια προσαρμοσμένη επιλογή:

Το βαρύ υγρό χιόνι είναι περίπου έξι φορές πυκνότερο από την ελαφριά χιονόσκονη, επομένως το ίδιο πάχος βαριού χιονιού ζυγίζει περίπου έξι φορές περισσότερο.

Λυμένο παράδειγμα

Ας θεωρήσουμε ένα επίπεδο τμήμα στέγης μήκους 10 ποδιών (3 m) και πλάτους 10 ποδιών (3 m), καλυμμένο με 6 ίντσες (15 cm) μέτριου (καθιζημένου) χιονιού.

1. Μετατροπή του πάχους σε πόδια: 6 ÷ 12 = 0,5 πόδια (0,15 m)
2. Εύρεση του εμβαδού: 10 × 10 = 100 τετραγωνικά πόδια (9,3 m²)
3. Πολλαπλασιασμός επί την πυκνότητα: 0,5 × 100 × 12,5 λίβρες/ft³ (200 kg/m³) = 625 λίβρες (283 kg)

Σε μετρικές μονάδες, θεωρήστε μια επιφάνεια μήκους 4 μέτρων και πλάτους 3 μέτρων, καλυμμένη με 15 εκατοστά μέτριου χιονιού.

1. Μετατροπή του πάχους σε μέτρα: 15 ÷ 100 = 0,15 m
2. Εύρεση του εμβαδού: 4 × 3 = 12 m²
3. Πολλαπλασιασμός επί την πυκνότητα: 0,15 × 12 × 200 kg/m³ = 360 kg

Μετατροπή του αποτελέσματος σε λίβρες ανά τετραγωνικό πόδι

Οι οικοδομικοί κανονισμοί και οι τιμές φέρουσας ικανότητας των στεγών συνήθως διατυπώνονται ως πίεση, όπως λίβρες ανά τετραγωνικό πόδι (psf) ή κιλοπασκάλ, και όχι ως συνολικό βάρος. Για να μετατραπεί το αποτέλεσμα του υπολογιστή σε αυτή τη μορφή, διαιρέστε το συνολικό βάρος με το εμβαδόν της επιφάνειας.

Χρησιμοποιώντας το πρώτο παράδειγμα παραπάνω: 625 λίβρες (283 kg) ÷ 100 τετραγωνικά πόδια (9,3 m²) = 6,25 psf. Αυτή η τιμή, όχι το συνολικό βάρος των 625 λιβρών (283 kg), είναι αυτή που πρέπει να συγκριθεί με την ονομαστική φέρουσα ικανότητα της στέγης.

Συχνές ερωτήσεις

Δίνει ο υπολογιστής τιμή πίεσης, όπως psf, ή συνολικό βάρος;

Δίνει συνολικό βάρος, σε λίβρες ή χιλιόγραμμα. Διαιρέστε αυτόν τον αριθμό με το εμβαδόν της επιφάνειας (μήκος × πλάτος) για να βρείτε μια τιμή πίεσης, όπως λίβρες ανά τετραγωνικό πόδι.

Γιατί έχει τόση σημασία η πυκνότητα του χιονιού;

Επειδή το ίδιο πάχος χιονιού μπορεί να έχει πολύ διαφορετικό βάρος, ανάλογα με το πόσο υγρό ή συμπιεσμένο είναι. Ένα πόδι φρέσκιας χιονόσκονης είναι ελαφρύ. Ένα πόδι υγρού, μουσκεμένου από τη βροχή χιονιού μπορεί να ζυγίζει αρκετές φορές περισσότερο. Η χρήση λανθασμένης προκαθορισμένης πυκνότητας μπορεί να δώσει πολύ εσφαλμένο αποτέλεσμα.

Πώς μπορεί να μετρηθεί με ακρίβεια το πάχος του χιονιού;

Μετρήστε κατακόρυφα μέχρι την επιφάνεια με χάρακα ή ράβδο σε διάφορα σημεία, μακριά από σωρούς που έχουν σχηματιστεί από τον άνεμο, και υπολογίστε τον μέσο όρο των μετρήσεων. Το χιόνι που έχει συσσωρευτεί από τον άνεμο μπορεί να είναι πολύ βαθύτερο σε μια γωνία απ’ ό,τι στο υπόλοιπο της επιφάνειας.

Χρειάζεται ποτέ προσαρμοσμένη τιμή πυκνότητας;

Ναι. Οι τρεις προκαθορισμένες τιμές είναι γενικές εκτιμήσεις. Μια ακριβέστερη πυκνότητα, εφόσον είναι γνωστή από τοπικό δελτίο καιρού ή από άμεση μέτρηση, δίνει ακριβέστερο συνολικό αποτέλεσμα.

Αποτελεί αυτός ο υπολογιστής υποκατάστατο πολιτικού μηχανικού;

Όχι. Πολλαπλασιάζει μόνο το πάχος, το εμβαδόν και την πυκνότητα. Δεν λαμβάνει υπόψη τη φέρουσα ικανότητα σχεδιασμού της στέγης, την κλίση της, τα πρότυπα μετατόπισης και συσσώρευσης του χιονιού από τον άνεμο ή την κατάσταση του φέροντος σκελετού της. Ο πολιτικός μηχανικός ή ο τοπικός οικοδομικός κανονισμός είναι η κατάλληλη πηγή για να διαπιστωθεί αν μια συγκεκριμένη στέγη είναι ασφαλής υπό δεδομένο φορτίο χιονιού.

Ποια είναι η διαφορά μεταξύ φορτίου χιονιού στο έδαφος και φορτίου χιονιού στη στέγη;

Το φορτίο χιονιού στο έδαφος είναι το πάχος και το βάρος του χιονιού που βρίσκεται σε ανοιχτό, επίπεδο έδαφος. Το φορτίο χιονιού στη στέγη είναι συνήθως μικρότερο, επειδή ο άνεμος και η κλίση της στέγης απομακρύνουν μέρος του χιονιού και η θερμότητα από το κτίριο μπορεί να λιώσει ένα μέρος του. Οι μηχανικοί εφαρμόζουν συντελεστές προσαρμογής για να μετατρέψουν μια τιμή φορτίου χιονιού στο έδαφος σε τιμή σχεδιασμού για μια στέγη.