О том, сколько метров снега в одном килопаскале (кПа) снеговой нагрузки

Снежный покров состоит из твёрдых осадков, ледяной корки и воды, образующихся во время оттепелей. Поэтому он может иметь различную толщину и плотность в зависимости от климатических условий.

(Вес снега равен весу слоя талой воды соответствующей эквивалентной толщины. В метеорологии эту толщину называют запасом воды в снежном покрове: накопленный к концу зимы запас воды определяет влажность и плодородность почвы, величину весенних паводков рек. Такие данные получают на основе многолетних наблюдений - снегомерных съёмок. Просто единоразово растопить один кубометр снега, взвесить и сказать, что снеговая нагрузка имеет такое соответствие с его объемом - не вариант, ввиду его изменчивости во времени и зависимости от различных факторов)

Для того, чтобы оценить корректность получаемой в расчётах нагрузки и иметь представление о количестве выпадающего снега, можно Sg (нормативное значение веса снегового покрова на 1м² горизонтальной поверхности земли, определяемое по СП 20.13330.2016) поделить на плотность снега.

Однако:

Снег имеет разную плотность в зависимости от различных условий, поэтому, зная вес снега Sg (кПа) нельзя однозначно определить высоту снегового покрова - она может быть различной.

Плотность снега зависит от:

• Времени: свежий снег легче, слежавшийся - тяжелее (высота при той же нагрузке меньше).
• Региональных особенностей: в разных районах плотность снега отличается из-за климата, ветра, температуры.
• Особенностей местности: так, например, исследования показали, что в прибрежных зонах снеговая нагрузка зависит не только от высоты, но и от расстояния до береговой черты.

Пример определения высоты снега от нагрузки в зависимости от его плотности:

В соответствии с ГОСТ Р ИСО 4355-2016 "Основы проектирования строительных конструкций. Определение снеговых нагрузок на покрытия" при отсутствии сведений следует использовать плотность ρ = 300 кг/м³. (На самом деле, в зависимости от условий - плотность может варьироваться в районе от 100 до 600 кг/м³ - и об этом ниже).

• Эквивалентная высота снега h при Sg = 1,0 кПа и плотности ρ = 300 кг/м³:

h = Sg / (ρ × g) ≈ 1,0 × 10³/ (300 × 9,81) ≈ 0,34 м снега.

• Эквивалентная высота снега h при Sg = 1,0 кПа и плотности ρ = 100 кг/м³:

h = Sg / (ρ × g) ≈ 1,0 × 10³/ (100 × 9,81) ≈ 1,02 м снега.

• Эквивалентная высота снега h при Sg = 1,0 кПа и плотности ρ = 600 кг/м³:

h = Sg / (ρ × g) ≈ 1,0 × 10³/ (300 × 9,81) ≈ 0,17 м снега.

*где Sg - это нормативное значение веса снегового покрова на 1м² горизонтальной поверхности земли, определяемый по СП 20.13330.2016. (Характеристическое (нормативное) значение веса снегового покрова с ежегодной вероятностью превышения 0,02). Это статистически обоснованные максимальные значения веса снега за зимний сезон, а не просто ρ × h.

Sg может определяться на основе базовых регистрационных записей о запасах воды в снеговом покрове, о высоте снегового покрова, количестве осадков и т.п. Sg выражается в килопаскалях (кПа), что можно перевести в килограммы на квадратный метр (кгс/м²). 1 Па ≈ (1 кгс/м²) / 9,81 м/с² (с учётом ускорения свободного падения). Расчётную же снеговую нагрузку определяют по СП 20.13330.2016 "Нагрузки и воздействия".

Учёт соотношения между весом снегового покрова и его высотой разных странах

Для различных климатических условий разных стран было предложено множество формул.

• В России и бывшем СССР была предложена формула:

• В Японии используют формулу для эквивалентной плотности снегового покрова земли с периодом повторяемости 100 лет (А3):

• В США используют следующую функциональную зависимость между весом снегового покрова и его высотой:

В формуле учтен факт того, что максимальный вес снегового покрова необязательно имеет место в тот же день, что и максимальная высота снегового покрова.

В США для выражения плотности снега используется формула, связывающая плотность снега в определенный момент времени с весом снегового покрова в тот же момент времени:

• В Германии на основе наблюдений Германской службы погоды (Deutscher Wetterdienst DWD) была разработана следующая формула (А6):

Ниже представлены формулы плотности снега для сравнения в графической форме:

Представленные формулы и график приведены в ГОСТ Р ИСО 4355-2016 "Основы проектирования строительных конструкций. Определение снеговых нагрузок на покрытия". Для формулы (A.2) (Россия, СССР) показаны два варианта: a) для средней температуры T = минус 10 °C при средней скорости ветра v = 4 м/с; b) для средней температуры T = минус 20 °C при средней скорости ветра v = 4 м/с. Для формулы (A.6) (Германия): a) сухой климат, поверхностная плотность снега 170 кг/м3 и верхняя граница плотности 400 кг/м3; b) влажный климат, поверхностная плотность снега 190 кг/м3 и верхняя граница плотности 600 кг/м3.

📙 О том как рассчитать нагрузку (давление) от веса снегового покрова - можно проитать здесь:

👷‍♂️ Если есть какие-либо вопросы или предложения - пишите