杭高附近,一棵树被雪从中间劈开。 摄影 江武
雪一直下。昨天早上,报社一位同事上班,走到中河路杭高附近,发现一棵胸径十多厘米树被大雪从中垂直劈开,当即用手机拍下。到单位后,同事在网上发帖:雪的压力真有这么大吗?一棵树上雪的重量到底是多少?雪的密度有人测过吗?
这一问,真把人问住了。一位男同事说,2008年采访过一位大棚蔬菜种植户,造大棚时该花的钱都花了,就是没有考虑大棚载雪负荷量,辛辛苦苦一年就等着收成,结果一场大雪把大棚压塌了。
雪的重量如何测算?昨天,杭州长江实验小学科学老师郑建华、陈丽带领一拨五六年级的学生,在校园里做了一组测算雪的科学小实验。郑建华是杭州市教改之星金奖获得者,也是杭州市科学骨干教师,他说,下雪天做这样的实验,可能会让孩子们记住一辈子。
实验一:
一片树叶上的雪有多重?
学校里的各种树木,因为这几天连续下雪的缘故,很多被压弯。学生在校园里玩雪,有的轻拍着树木,树上的积雪随之滑落。为了让测试结果更加接近自然状态,师生们选择了一棵广玉兰,郑老师找了一架人字梯,摘了一片均匀覆盖雪花的叶子。
郑老师用镊子把树叶上的雪刮下来放在量杯里,用天平称重量,结果是21克。郑老师说,树上的雪都在融化,积雪吸收了水分,树叶承受的重量更大,到了晚上结成冰,可能树叶的重量会更厉害。
接着,老师给同学们拿来一张透明的塑料纸,让同学们算叶子的面积。陈老师说,这张塑料纸正式名字叫“透明方格片”,塑料纸上每个正方形格子面积是1平方厘米,一个大方格又用虚线分割成了四个小格子。一般小学生想算不规则形状的东西,比如树叶的面积时都会用到这个方格纸。13位同学分成小组,把树叶覆盖上面,先数树叶上完整的方格块,再算不完整区块,很快得出结果约为60平方厘米,等于0.006平方米。
也就是说,昨天这一片面积为0.006平方米的广玉兰树叶上,积雪重量为21克。一棵树上的叶子成千上万,所以一棵树承受的积雪数量非常可观。
实验二:
球形灌木上的积雪有多重?
第二个实验,测算落在树木上雪的重量。师生们选了一棵球形的灌木,树上全部覆盖了厚厚的一层雪,这棵树好像半个圆球扣在地上一样。同学们用皮带尺量了下圆球的直径,约1.03米。
郑老师和同学们把灌木上的雪都取了下来,装在塑料盒子里。没想到灌木上的雪真不少,全部装在小脸盆大小的塑料盒中,一共装了满满六盒。
把六盒雪拿到实验室称重量。先称盒子,每个重量是165克(0.165千克),6个盒子一共重0.99千克。再称每盒雪的重量时,遇到了麻烦,天平的左端放一盒雪,右端连续加砝码,把两盒砝码(总共一千克)全部放上,也无法把雪压下来。小朋友们有点乱阵脚,七嘴八舌出点子。
郑老师立刻决定,“去食堂,那里有称菜的电子秤。”六盒雪叠起来,放在了秤台上。总重量是8.82千克,减掉6个盒子的重量0.99千克,雪的重量是7.83千克。
也就是说,这棵直径为一米的球形灌木上,雪的重量约为8千克。
实验三:
一平方米地面上的雪有多重?
第三个实验,测算落在车棚、雨棚上雪的重量是多少。为了让结果尽可能的精确,同学们选取了篮球场上篮球架底座上的一块雪。这地方雪没有被动过,这几天下的基本都在。
同学们用钢尺量过后,划定了一块10厘米×10厘米大小的区域,面积是0.01平方米。一位男同学用长尺子把这块区域边上的雪全部隔开。剩下一个雪立方在篮球架底座上。同学们量了一下雪的高度,是12.7厘米。
陈老师拿来了量杯,事先还用天平称了一下重量,量杯重122克。几位同学小心地把雪放到量杯里去,大家都有些紧张,害怕被冻僵的手抖一下,让雪掉出了,影响实验的准确性。
同学们用天平秤称过一杯雪,重量是386克,除去量杯自重122克,雪的重量是264克,也就是0.264千克。
郑老师和同学们一起计算,0.264千克落在0.01平方米的地面上,那么一平方米的地面上,雪的重量就是26.4千克。当然,这指的是昨天、长江实验小学、篮球架下的数据,不能代表其他地方雪的重量。
实验四:
一立方米的雪有多重?
第四个实验,是测算一立方米的雪有多重,也就是雪的密度。由陈丽老师带队,六年级男生范稳俨在雪上像切蛋糕一样,取出一块长宽高分别为10cm、10cm、10cm的雪块,在天平上称出分量为225克,也就是0.225千克。
这是一立方分米雪的重量。陈丽老师带着同学们演算,一立方分米雪的重量为0.225千克,那么一立方米雪的重量就是225千克(0.225×1000),相当于450斤。相比水的密度(每立方米1000千克),雪要“轻”多了。
当然,这也只是昨天长江实验小学的数据,不能代表其他地方雪的密度。
除了长江实验小学的科学实验,还有没有其他科学测算方法。昨天我们在网上查如何称雪的重量,资料很少。委托一个加拿大温哥华的网友找资料(因为温哥华常年下雪),他说当地有很多资料。他提供了当地一个综合性的资讯网站,上面有个帖子,告诉人们如何测出暴风雪后屋顶上的雪的重量,决定是否要在一场暴风雪后铲走屋檐上的雪。计算方法和我们上面写的差不多,也是先计算单位体积的重量,然后再推算总重量。
1.把尺子放到雪中,这个位置最好能代表普遍的积雪高度,记录下刻度。
2.在地上收集1立方英尺(1英尺约等于0.30米)的积雪,称出重量。1立方英尺雪的重量可能会达到7磅到20磅不等,这取决于雪的密度。
3.把前面测出的高度乘以每立方英尺雪的重量,就可以算出房子上每平方英尺雪的重量。
4.用屋顶的总面积乘以每平方英尺雪的重量,就能算出屋顶上雪的总重量。
雪下大了屋顶有危险吗?
测量雪的重量,不得不提到一个建筑学上的专业术语——“雪荷载”,指作用在建筑物或构筑物顶面上的雪压。积雪作用于建筑物上的重力,取决于雪的深度和积雪的单位体积重量。
雪下大了,对屋顶会有什么危险?昨天,我们拿这个问题请教了浙大城市学院土木系的王老师,王老师是教授级高工,主要从事地基与基础工程方面的教学和科研工作。
王老师说,在建筑设计上,我国对房顶的雪荷载是有规定的,民用建筑的设计通常以50年为一个周期,以当地50年中,根据气象站的检测,遇到的最大降雪量为基准。
雪荷载实际上是一个概率分析。地域不同,雪荷载也不一样。东北地区就要考虑得多一些。另外,建筑物平面屋顶、斜面屋顶、角落等外形和位置不同,需要考虑的雪荷载也不一样,角落,容易积雪的地方,荷载量需要考虑得相对高些。
杭州建筑屋顶的雪荷载是0.45千牛/平方米,相当于45公斤/平方米。
人有时也要上房顶,所以在建筑设计上,还要考虑除了雪之外的其他承载量,但其他承载量和雪荷载不会同时考虑,因为这个力相对更大,标准是2千牛/平方米,相当于200公斤/平方米(通常情况下地球上1公斤的物体的重力是9.8牛,重力是1000牛的物体质量是1000/9.8≈102.04公斤),如果按这个标准来建的话,就算屋顶上全部站满了人,实际上都可以承受。所以,雪下大了,不会对屋顶有影响,不用担心雪荷载。
当然,在造大棚时,雪是要考虑的主要安全因素。雪要是不结冰,不重的。
王老师说,造建筑不光要考虑屋顶受重,还要考虑防风、抗震。防风也是按50年内最大基本风压来算,杭州一般是0.45千牛/平方米。杭州建筑的抗震设计是6度。
据都市快报 记者 邹滢君 胡信昌 徐斌 摄影 时鹏