1、事件背景
昨天晚上(11月6日),黑龙江佳木斯桦南县悦城健身体育馆发生部分坍塌。截止目前,根据媒体最新的报道,事故现场共有7人,其中3人自行脱险,1人轻伤,3人遇难 。
媒体报道
由于事发当天东北正是大雪,部分地区更是暴雪。当地桦南县也发布了暴雪红色预警,6小时内已经降雪15mm以上,持续降雪后预计降雪量达25-35mm。另有媒体报道(上游新闻)24小时内降雪量已经44毫米(这个数据来源存疑),打破了11月降雪量纪录。
暴雪红色预警
很多媒体的报道,都会提到事发当地的暴雪的气象条件,尽管都明确指出两者不一定存在关联性,但是确实存在这样的疑问: 体育馆的屋顶是否是暴雪压塌的呢?根据济南时报的报道,华南县委宣传部回应称:房顶的坍塌与降雪有关。这种说法是否真的站得住脚?
官方回应
2、雪载估算
众所周知,建筑在设计之初,就会考虑到当地的气象、地理条件,包括雨雪、台风、地震等等。下图为黑龙江佳木斯市50年一遇的雪压和风压值,实际的建筑根据不同的安全系数要求,承受的载荷肯定是超过这个给定值的。
佳木斯市风压、雪压
以上表为例,50年一遇的雪压设计值最小是0.45KN/m2,这个值偏小,代表着以此为计算依据的建筑承受雪载的能力也较小。一平米450N,相当于一个45kg的瘦子平摊在一平米的地面上。对于雪载来说,如果是新雪其密度较低,大概是50-100kg/m3,那么需要积雪的厚度约0.45-0.9m。实际雪的密度由于沉积变得略大,取其平均值150kg/m3,那么积雪厚度约0.3m。如果积雪长时间不化,那么雪慢慢的变成类似于冰的存在,其密度将会更大。极端情况下,以冰的密度来计算,冰层厚度约5cm。这些高度数据是临界条件下的高度值,实际的建筑由于安全系数的存在,真正能够承受的雪载厚度大概是这个值的1.5-2倍。
所谓的降雪量是雪落到地面上后,未经蒸发、渗透、流失,在水平面上积聚的水的高度。降雪量与积雪厚度之间存在着1:15的关系。24小时降雪量超过10mm就是暴雪,而此时的积雪深度大概是150mm。
历史天气
根据佳木斯的天气,2号开始小雪,停了2天后开始中雪,直至6号开始暴雪。从气温上看,温度都低于零度,假设前面的雪都未化。之前上游新闻报道的24小时累计降雪量44mm的数据,可能存在问题。暴雪是从6号开始的,而之前仅仅是小到中雪,没有达到暴雪的条件(24降雪量超10mm)。所以这个44mm可能是积雪深度,而非降雪量。
前面可能累积的44mm的积雪深度,再加上预计的25-35mm,换算成积雪深度大概是0.82-0.96m,不到1m。这数据也已经非常接近实际承载能力了。所以真的是积雪压塌了屋顶吗?
实际的积雪并没有这么厚,从现场目测来看,地面积雪厚度大概是30-40cm,车顶积雪深度大概5-10cm。那么体育馆屋顶的积雪厚度大概率不会超过30-40cm。新雪状态下,虽然比较接近屋顶的承载能力,但未超过。即便是老雪,恰好是承载的临界值,由于安全系数的存在,仍然不会压塌屋顶。
积雪深度参考
由于积雪深度误差太大,上述计算仅做参考。如有现场数据,那么将更加准确。
3、体育馆结构
体育馆的屋顶结构多为网架结构,这种网架结构可以实现较大的跨度。而事发体育馆的屋顶结构是变截面钢梁结构,从现场视频可以看到,有明显的梁结构痕迹。
网架结构
坍塌的钢梁结构
猜测是在体育馆宽度方向上,架起了3-4个主结构梁,屋顶所有的力,都通过这3-4个主结构梁传递到墙体上。现场图中明显看到了主梁中部的断裂,这种情况太罕见了。主梁模型可以简化为一个简支梁,收到分布载荷作用,那么其危险部位确实是梁的中部,该位置弯矩最大。但是,所谓的变截面梁,就已经考虑到了这种情况,在梁的中部截面会变大。更何况一根完整的梁,本身是一个整体,选材一般也是较为韧性的材料。从中间完全断开,发生的概率太小。更多的可能是,两侧的约束位置发生破坏,梁与墙体连接不牢固,导致一侧滑下。
简支梁中部弯矩最大
4、总结
通过粗略的估算,雪载想要引起屋面结构坍塌较为困难。现场图中,发现主梁从中部完全断裂,比较罕见。事故具体原因需等待官方的调查结论。