屋根雪の衝撃！

質問

総二階の建物で雪止めはしてあるのですが、雪の多い年にはやはり屋根雪が落下します。
しかもカチンカチンに固まったほぼ氷のような物体が落ちてきます。
今年も落下してエコキュートがへっこみました。
そこで、エコキュートの上に小屋根を作って衝撃に耐えようと思うのですが・・・
２ｍ×４０ｃｍ×６０ｃｍほどのほぼ氷が高さ６ｍから４ｍ落ちるとどれくらいの衝撃になりますか？
いろいろと稚拙な文章ですみません。
何トンぐらいの衝撃なのか？それに耐える小屋根を作ろうと思いまして質問しました。
よろしくお願いします。

回答No.5

chiha2525

まともに受け止めるより、横にそらすという発想のほうが良いと思います♪

回答No.4

drmuraberg

感覚的にはＮｏ．の方の言われる数トンが正しいような気がします。

雪の重さは、ざら目雪が0.5g/cm3、圧雪が0.8g/cm3、氷が1.0g/cm3
ですから
200x40x60cmの、多分ツララ混じりの雪なら0.4トン程度の重さでしょうか。
材料力学では、高さゼロでも理論衝撃力は２倍とされています。
設計上は数倍の安全率を見ますので、４，５トン前後。

これに耐える小屋の屋根は、戦車の傾斜装甲の原理を使った屋根しか無いでしょう。
屋根を建物の壁に凭れた片流れとすると、壁と屋根の成す角が３０°の場合、
負荷は１/2に成ります。
屋根を支える垂木の太さと長さと本数を材料力学計算から決めて
設計されればと思います。

小生もＤＩＹで家を２階から平屋にする改築をしています。
総二階の半分を平屋にしたところで昨年の大雪。残った二階部の雪止めが壊れて
一階に落下して、折角作った一階の屋根が無残にも壊れてしまいました。
落下高さは僅か1.5mでした。雪止めが壊れるとは想定外でした。

頑丈に作る代わりに、適度に壊れる造りにしエコキュートを護る方法も考えられます。

回答No.3

noname#175206

#2です。

　うわーい、重量計算間違えました。kgとトンです。

　重量や力は全部、千倍してください。つまり、kgはトンに、トンは1000倍するか、キロトンに（0.48kg→480kg＝0.48トン）。

　いかん、事態が悪化しました。手法は間違いではありませんが、落ちる前に滑らしたほうが良さそうな気がしてきました。落下速度は距離のルート（√、1/2乗）に比例です。

　しかし落下物の破壊力は運動量に比例するため、落下する高さよる位置エネルギー（これが運動エネルギーに等しい）に比例ではなく、速度に比例します。つまり高さのルートに比例します。

　ここが救いです。高さに比例した破壊力ではなく、高さの割には破壊力は増えにくいものです。

　もしエコキュート上に、雪を受け流せる屋根を伸ばせれば言うことはありません。それが不可能、あるいは「もしかしたら、ぽきっと行っちゃう？」であれば、やはり出来るだけ壁側を高くし、そこを丈夫にした急斜面な屋根が役立ちます。

　毎度毎度、こういうポカをやります。まことに申し訳ありません。

回答No.2

noname#175206

空気抵抗を無視すれば（お示しの条件では無視してよい）、4mの落下で時速31.9km（秒速8.85m）に達します。

　衝撃力ですが、これは緩和時間（衝撃を受け止めきる時間）が関係します。

　ゴムなら大丈夫でも、ガラスなら砕けることはご存じでしょう。ガラスは硬いので、ほとんど一瞬で衝撃力を受けます。だから、小さな力で砕けてしまいます。

　1秒で受け止めても、重力加速度の9割ほどあります。これに通常受ける重力加速度がありますので、1.9倍の力です。氷の塊がお示しのものだとすると、0.48kgの重量で、1秒で受け切るとして、その自重を考慮して、0.91kgです。

　しかし、1秒で受け切る距離は、4.8mにもなります。これは時間の2乗に反比例します。0.1秒なら100倍の48kgです（足すべき0.48kgは、もう考慮しなくていいでしょう）。

　0.01秒（百分の一秒）なら、4800kg、4.8トンです。頑丈を心がけるほど、壊れやすくなるというジレンマが生じます。

　しかし、方法はあります。

　一つは衝突時間を長くすること。これは屋根の上を柔らかくすればいいわけです。発泡スチロール、ウレタンなどなど、物品の輸送に使われる緩衝材が使えます。しかし、それらは干渉時間を稼ぐには硬いので、空気をいれたポツポツがある緩衝材を重ねたほうがいいかもしれません。バネ的であるほど良いです。ぶつかっても反射性の無い粘土でもいいような気もしますが、重量を考えると軽いほうがいいでしょう。

　もう一つは斜めに力を受けることです。真っ向から受けたら力が必要ですが、受け流せば、力は小さくて済みます。受け流した分は地面に衝突すますが、それは構わないでしょう。

　そこで、しっかりした支柱（特に壁側）を置いて、できるだけ急斜面の屋根を作り、屋根を緩衝材で覆えばいいです。さらに緩衝材の上に、摩擦の少ない軽いカバー（大きな薄いプラスティック板があればいいですね）で屋根を覆えれば、最高でしょうね。

回答No.1

アウストラロ ピテクス（@ngkdddjkk）

約500kgの雪の塊なんで数トンの衝撃です。