เครื่องคำนวณน้ำหนักหิมะ - คำนวณน้ำหนักหิมะบนหลังคาและความปลอดภัย

เครื่องคำนวณน้ำหนักหิมะใช้คำนวณว่าน้ำหนักของชั้นหิมะบนหลังคา ดาดฟ้า หรือพื้นผิวราบอื่น ๆ มีเท่าใด โดยคำนวณน้ำหนักรวมจากตัวเลขสามค่า ได้แก่ ความลึกของหิมะ ขนาดของพื้นผิว และความหนาแน่นของหิมะ

ความหมายของน้ำหนักหิมะ

“น้ำหนักหิมะ” คือ น้ำหนักของหิมะสะสมที่กดทับโครงสร้าง ค่านี้มีความสำคัญเนื่องจากหลังคาและชานบ้านได้รับการออกแบบให้รับน้ำหนักได้เพียงระดับหนึ่งก่อนที่จะโก่งตัวหรือเสียหาย หิมะใหม่มีน้ำหนักเบาและฟู ส่วนหิมะเก่า หิมะเปียก หรือหิมะที่ถูกลมอัดแน่นจะหนักกว่ามากเมื่อมีความลึกเท่ากัน เครื่องคำนวณที่สอบถามเฉพาะความลึกโดยไม่คำนึงถึงความหนาแน่น อาจประเมินน้ำหนักจริงต่ำกว่าความเป็นจริงอย่างมาก

เครื่องคำนวณนี้รายงานน้ำหนักรวมของหิมะที่อยู่บนพื้นผิวเป็นปอนด์หรือกิโลกรัม เครื่องคำนวณไม่ได้รายงานความดันต่อหนึ่งตารางฟุตโดยตรง แต่สามารถหาค่านั้นได้ด้วยการหารอย่างง่าย (ดูด้านล่าง)

วิธีคำนวณน้ำหนักหิมะ

เครื่องคำนวณใช้สูตรนี้:

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

โดยที่ W คือน้ำหนักรวม d คือความลึกของหิมะ l คือความยาวของพื้นผิว w คือความกว้าง และ ρ คือความหนาแน่นของหิมะ

ก่อนการคูณ เครื่องคำนวณจะแปลงความลึกให้เป็นหน่วยเดียวกับความยาวและความกว้าง เพื่อให้หน่วยตัดกันได้อย่างถูกต้อง:

• หน่วยอิมพีเรียล: ป้อนความลึกเป็นนิ้วและแปลงเป็นฟุตโดยหารด้วย 12 ความยาวและความกว้างเป็นฟุต ความหนาแน่นเป็นปอนด์ต่อลูกบาศก์ฟุต (lb/ft³) และผลลัพธ์เป็นปอนด์
• หน่วยเมตริก: ป้อนความลึกเป็นเซนติเมตรและแปลงเป็นเมตรโดยหารด้วย 100 ความยาวและความกว้างเป็นเมตร ความหนาแน่นเป็นกิโลกรัมต่อลูกบาศก์เมตร (kg/m³) และผลลัพธ์เป็นกิโลกรัม

พื้นที่ของพื้นผิวคำนวณได้โดยนำความยาวคูณความกว้าง

ค่าความหนาแน่นของหิมะ

ความหนาแน่นของหิมะขึ้นอยู่กับว่าหิมะสด เปียก หรือถูกอัดแน่นเพียงใด เครื่องคำนวณมีค่าที่ตั้งไว้สามค่า และมีตัวเลือกกำหนดเองอีกหนึ่งตัวเลือก:

หิมะเปียกที่มีน้ำหนักมากมีความหนาแน่นมากกว่าหิมะผงเนื้อเบาประมาณหกเท่า ดังนั้นเมื่อมีความลึกเท่ากัน หิมะหนักจะมีน้ำหนักประมาณหกเท่า

ตัวอย่างพร้อมวิธีทำ

กำหนดให้ส่วนหนึ่งของหลังคาแบนมีความยาว 10 ฟุต (3 ม.) และกว้าง 10 ฟุต (3 ม.) โดยมีหิมะปานกลาง (ที่อัดแน่นแล้ว) หนา 6 นิ้ว (15 ซม.) ปกคลุมอยู่

1. แปลงความลึกเป็นฟุต: 6 ÷ 12 = 0.5 ฟุต (0.15 ม.)
2. หาพื้นที่: 10 × 10 = 100 ตารางฟุต (9.3 m²)
3. คูณด้วยความหนาแน่น: 0.5 × 100 × 12.5 ปอนด์/ลูกบาศก์ฟุต (200 kg/m³) = 625 ปอนด์ (283 กก.)

ในหน่วยเมตริก ให้พิจารณาพื้นผิวยาว 4 เมตร และกว้าง 3 เมตร โดยมีหิมะปานกลางหนา 15 เซนติเมตรปกคลุมอยู่

1. แปลงความลึกเป็นเมตร: 15 ÷ 100 = 0.15 ม.
2. หาพื้นที่: 4 × 3 = 12 m²
3. คูณด้วยความหนาแน่น: 0.15 × 12 × 200 kg/m³ = 360 กก.

การแปลงผลลัพธ์เป็นปอนด์ต่อตารางฟุต

โดยทั่วไป รหัสอาคารและพิกัดการรับน้ำหนักของหลังคาจะระบุเป็นความดัน เช่น ปอนด์ต่อตารางฟุต (psf) หรือกิโลปาสกาล ไม่ใช่น้ำหนักรวม หากต้องการแปลงผลลัพธ์จากเครื่องคำนวณให้อยู่ในรูปแบบดังกล่าว ให้นำน้ำหนักรวมมาหารด้วยพื้นที่ผิว

จากตัวอย่างแรกข้างต้น: 625 ปอนด์ (283 กก.) ÷ 100 ตารางฟุต (9.3 m²) = 6.25 psf ตัวเลขนี้ ไม่ใช่น้ำหนักรวม 625 ปอนด์ (283 กก.) คือค่าที่ควรนำไปเปรียบเทียบกับความสามารถในการรับน้ำหนักที่กำหนดไว้ของหลังคา

คำถามที่พบบ่อย

เครื่องคำนวณให้ค่าความดันอย่าง psf หรือน้ำหนักรวม?

เครื่องคำนวณให้น้ำหนักรวมเป็นปอนด์หรือกิโลกรัม ให้นำตัวเลขดังกล่าวหารด้วยพื้นที่ผิว (ความยาว × ความกว้าง) เพื่อหาค่าความดัน เช่น ปอนด์ต่อตารางฟุต

เหตุใดความหนาแน่นของหิมะจึงมีความสำคัญมาก?

เนื่องจากหิมะที่มีความลึกเท่ากันอาจมีน้ำหนักแตกต่างกันมาก ขึ้นอยู่กับความเปียกหรือการอัดแน่น หิมะผงใหม่หนาหนึ่งฟุตมีน้ำหนักเบา ส่วนหิมะเปียกที่อุ้มน้ำฝนหนาหนึ่งฟุตอาจหนักกว่าหลายเท่า การเลือกค่าความหนาแน่นที่ตั้งไว้ไม่ถูกต้องอาจทำให้ผลลัพธ์คลาดเคลื่อนอย่างมาก

จะวัดความลึกของหิมะให้แม่นยำได้อย่างไร?

ใช้ไม้บรรทัดหรือแท่งไม้วัดลงตรง ๆ จนถึงพื้นผิวในหลายจุด โดยหลีกเลี่ยงกองหิมะที่ลมพัดมาสะสม แล้วหาค่าเฉลี่ยของค่าที่วัดได้ หิมะที่ถูกลมพัดมากองอาจมีความลึกที่มุมหนึ่งมากกว่าส่วนอื่นของพื้นผิวอย่างมาก

จำเป็นต้องใช้ค่าความหนาแน่นที่กำหนดเองหรือไม่?

จำเป็นในบางกรณี ค่าที่ตั้งไว้สามค่าเป็นเพียงค่าประมาณทั่วไป หากทราบค่าความหนาแน่นที่แม่นยำกว่าจากรายงานสภาพอากาศในท้องถิ่นหรือการวัดโดยตรง ก็จะได้ค่าน้ำหนักรวมที่แม่นยำยิ่งขึ้น

เครื่องคำนวณนี้ใช้แทนวิศวกรโครงสร้างได้หรือไม่?

ไม่ได้ เครื่องคำนวณนี้ทำเพียงคูณความลึก พื้นที่ และความหนาแน่นเท่านั้น ไม่ได้คำนึงถึงความสามารถในการรับน้ำหนักตามการออกแบบของหลังคา ความลาดเอียง รูปแบบการสะสมของหิมะจากลม หรือสภาพของโครงหลังคา วิศวกรโครงสร้างหรือข้อกำหนดอาคารในท้องถิ่นเป็นแหล่งข้อมูลที่เหมาะสมในการพิจารณาว่าหลังคาใดหลังคาหนึ่งปลอดภัยภายใต้น้ำหนักหิมะที่กำหนดหรือไม่

ความแตกต่างระหว่างน้ำหนักหิมะบนพื้นดินกับน้ำหนักหิมะบนหลังคาคืออะไร?

น้ำหนักบรรทุกหิมะบนพื้นดินคือความลึกและน้ำหนักของหิมะที่อยู่บนพื้นดินเปิดโล่งและราบเรียบ โดยทั่วไปน้ำหนักหิมะบนหลังคาจะต่ำกว่า เนื่องจากลมและความลาดเอียงของหลังคาพัดพาหิมะบางส่วนออกไป และความร้อนจากอาคารอาจทำให้หิมะบางส่วนละลาย วิศวกรจะใช้ปัจจัยปรับแก้เพื่อแปลงค่าน้ำหนักหิมะบนพื้นดินเป็นค่าที่ใช้ในการออกแบบหลังคา