Nauka

Ciężar śniegu

Zygmunt Jazukiewicz

Ile może ważyć śnieg? To jedno z pytań, jakie zadaje sobie cała Polska po 28 stycznia. Techniczna odpowiedź na to pytanie jest prosta: śnieg waży średnio (a więc jest to doświadczalne wypośrodkowanie między śniegiem świeżym, zleżałym i zlodzonym) 2,45 kN/m3, czyli ok. 249,7 kg/m3. Tyle przewiduje norma PN-80/B-02010, znana wszystkim projektantom (tzw. stara norma, która obowiązywała w trakcie projektowania hali katowickiej).

Jeżeli więc mamy pokrywę śniegu o grubości np. 35 cm, to na każdym metrze kwadratowym leży ok. 87 kg. Projektant obiektu w takim mieście, jak np. Katowice, położonym według tej normy w strefie śniegowej I, oblicza tzw. obciążenie charakterystyczne dachu Sk = Qk x C, gdzie Qk to obciążenie charakterystyczne gruntu, zaś C jest współczynnikiem kształtu dachu. Qk dla tej strefy wynosi 0,7 kN/m2. Współczynnik kształtu dla dachu płaskiego wynosi 0,8. Jest więc zmniejszający, bo doświadczenie wskazuje, iż nawet na płaskim dachu zostaje jednostkowo znacznie mniej śniegu niż na gruncie (czy przy bardzo obszernych dachach jest to słuszne?). Dla części tego dachu znajdującej się w odległości od attyki mniejszej niż podwójna jej wysokość współczynnik C = 2, jeżeli iloraz tej podwójnej wysokości i Qk jest większy niż 2, tzn. jeżeli w tym wypadku wysokość attyki wynosi co najmniej 0,7 m. Obciążenie charakterystyczne mnoży się (według normy) przez tzw. współczynnik obciążenia 1,4, otrzymując obciążenie obliczeniowe. Przy współczynniku kształtu 0,8 obciążenie obliczeniowe wyniesie więc 0,784 kN/m2 (tzn. 79,9 kg/m2). Ale przy współczynniku 2 to obciążenie wyniesie 1,96 kN/m2 (tzn. 199,7 kg/m2).

Łatwo zauważyć, że jeżeli do projektowania dachu hali Międzynarodowych Targów Katowickich przyjęto takie wielkości, to strefa sąsiedztwa środkowej attyki mogła swobodnie przenosić ponaddwukrotnie grubszą warstwę zlodziałego śniegu niż 35 cm! Albo przyjmiemy, że nagromadziło się tam ponad 70 cm zlodzonego śniegu, albo katastrofa nie zaczęła się od środka (to by było sprzeczne z relacjami świadków), albo co innego ją spowodowało.

W jaki sposób wokół attyki mogła zebrać się zaspa ponad 70 cm? Przez odśnieżanie! Ale wtedy trzeba założyć, że pracownicy beztrosko i permanentnie zrzucali śnieg z dachu nadbudówki na niższą połać i tam go zostawiali. W strefie C = 0,8 (na większości niższej części hali) obciążenie obliczeniowe mogło zostać nieznacznie przekroczone (o ok. 7 kg/m2). Czy to była główna przyczyna? Wcześniejsze sądowe przeprawy właściciela hali ujawniły, że kilka lat temu, w wyniku zamieci na attyce pojawił się stożek śniegowy o wysokości 3 m. Mimo to hala wytrzymała, choć nastąpiło ugięcie dźwigara! Usuwając ten śnieg, z całą pewnością przekroczono obciążenie obliczeniowe sąsiedztwa attyki. I wtedy jednak obiekt wytrzymał.

Strefa śniegowa IV pechowo zaczyna się o kilkanaście kilometrów na południe od Katowic (w okolicach Czechowic-Dziedzic). Tam Qk jest zależne od wysokości terenu i wynosi co najmniej 0,9. Tyle także należałoby przyjąć wg nowej normy PN-EN/1991-1-3:2003 (tu Katowice są w strefie II). Wówczas obciążenie obliczeniowe dachu płaskiego wyniesie ponad 1 kN/m2 (a więc znacznie więcej od tego, które prawdopodobnie tam wystąpiło), a dla części dachu wokół attyki - ponad 2,5 kN/m2, czyli 3-krotnie więcej! Gdyby w tej części przyjęto współczynnik 0,9, mogłaby ona przenieść warstwę ponad 1 m śniegu!

To tylko rachunki na podstawie norm i zwyczajna logika. Nie wiem, co zawierają obliczenia projektanta. Stara norma narzuca też np. warunek, że dla budynków nieogrzewanych i nieocieplanych obciążenie charakterystyczne należy zwiększyć o 20%. Jeżeli tego nie uwzględniono, a hala stała przez większą część zimy nieogrzewana... Mimo to jestem pewien, że wybór był przemyślany, bo na papierze zostaje ślad. Nieprzemyślane i nieodpowiedzialne bywa najczęściej to, co na papierze nie zostaje.

Jedno nie ulega wątpliwości: nie było tej zimy żadnych katastrofalnych opadów śniegu. W setkach podobnych hal w Polsce nie było też katastrof, prócz tej jednej. Dlatego niech znowu nikt, jak po sławetnej powodzi we Wrocławiu, nie twierdzi, że tak być musiało, że na naturę nie ma rady, że zmiany klimatu itd. Śnieg tej zimy okazał się wyjątkowo ciężki. Ale tylko w jednym miejscu.