屋面积雪荷载如何计算？

基本公式为 S_r = C_b·C_e·C_t·I_s·μ(α)·S_g。S_g 为地面积雪荷载（kN/m²，分地区数据），C_b 为基本系数（因规范而异，0.7〜1.0），C_e 为暴露系数（暴露 0.8、通常 1.0、遮蔽 1.2），C_t 为热系数（有采暖 1.0、无采暖 1.1、温室 0.85），I_s 为重要度系数，μ(α) 为按屋面坡度 α 计的滑落折减系数。本工具按建筑基准法·Eurocode 1·ASCE 7·NBCC 4种规范同时计算该公式。

屋面坡度变陡，雪荷载会减小吗？

15° 以内雪不滑落，无折减（μ=1.0）。15〜30° 线性减小，30° 时约为 0.5。30〜60° 进一步线性折减，60° 以上雪完全滑落，荷载为 0（假定无粘着的屋面材料）。但金属屋面与沥青瓦的 μ 评估不同，后者摩擦较大，开始折减的角度更大。此外即使是陡坡，屋檐处也会形成雪檐（drift），因此除屋面整体的平均荷载外还需检查局部荷载。

什么是 drift（偏荷载）？

drift 是雪被风吹向一侧堆积形成的「偏斜积雪」。集中出现在错层屋面的低侧、与低层屋面相邻的高层建筑背风侧、L形平面的阴角等处。本工具将均匀积雪 S_r 的 2倍显示为简易 drift 值，但实际设计中应按 ASCE 7 或 Eurocode 1 的详细公式（错层高度·建筑长度·风向）计算 2〜3倍的集中荷载。许多倒塌案例的原因正是忽视了这一 drift。

新雪·压实雪·粒雪在相同雪深下荷载也不同吗？

完全不同。雪的单位重量（密度）为新雪 50〜100 kg/m³、压实雪 250〜350 kg/m³、粒雪 400〜500 kg/m³，有 5〜10倍的幅度。例如雪深 1m 时，新雪为 100 kg/m²，粒雪为 500 kg/m²。设计中需假定积雪期内的最大值，在北陆·东北地区「3月的粒雪 + 春雨」是最重荷载工况。本工具按中间密度 300 kg/m³ 反算等效雪深。

屋面积雪荷载模拟器 — 日本建筑基准法·Eurocode 1·ASCE 7

参数设置

规范

自动设定设计公式的基本系数 C_b

地区

自动设定地面积雪荷载 S_g

屋面坡度 α

屋面面积 A

m²

屋面形状

热条件

热系数 C_t（有采暖 1.0／无采暖 1.1／温室 0.85）

暴露条件

暴露系数 C_e（遮蔽 1.2／正常 1.0／暴露 0.8）

计算结果

—

地面积雪荷载 S_g (kN/m²)

—

屋面积雪荷载 S_r (kN/m²)

—

等效积雪深度 (cm)

—

屋面总荷载 (ton)

—

偏荷载 drift (kN/m²)

—

设计用 100 年重现值 (kN/m²)

—

屋面剖面与积雪·drift 示意图

在屋面剖面上显示均匀积雪、背风侧的 drift（偏荷载），以及坡度较大时的滑落箭头。颜色深浅对应积雪荷载 S_r 的大小。

屋面荷载 S_r vs 屋面坡度 α

各城市屋面积雪荷载 S_r 比较

理论·主要公式

$$S_r = C_b \cdot C_e \cdot C_t \cdot I_s \cdot \mu(\alpha) \cdot S_g$$

C_b＝基本系数，C_e＝暴露系数，C_t＝热系数，I_s＝重要性系数，μ(α)＝随屋面坡度 α 变化的滑落折减系数，S_g＝地面积雪荷载 (kN/m²)。

$$\mu(\alpha)=\begin{cases}1.0 & (\alpha\le 15^\circ)\\ 1-\dfrac{\alpha-15}{30} & (15^\circ\lt \alpha\le 30^\circ)\\ 0.5\cdot\dfrac{60-\alpha}{30} & (30^\circ\lt \alpha\le 60^\circ)\\ 0 & (\alpha\gt 60^\circ)\end{cases}$$

简化模型假定：坡度 15° 以内几乎不发生滑落，60° 以上积雪完全滑落。

$$S_g [\text{kN/m}^2] = \frac{S_{g}[\text{kg/m}^2] \cdot 9.81}{1000}, \quad d_{eq}[\text{cm}]=\frac{S_r[\text{kg/m}^2]}{\rho_{snow}}\cdot 100$$

kg/m² → kN/m² 换算（g=9.81），以及按密度 ρ=300 kg/m³（中等程度的压实雪）折算的等效积雪深度。

屋面积雪荷载 — 日本建筑基准法·Eurocode 1·ASCE 7

🙋

经常听说“雪国的屋顶除雪很辛苦”，那么在结构设计领域，雪的重量真的会用具体数字来处理吗？感觉东京和新潟应该完全不一样吧。

🎓

没错，雪被完全当作“设计用的外部荷载”来处理。在日本，建筑基准法施行令第 86 条按地区规定了“地面积雪荷载”和“多雪区域指定”。例如东京约为 30 kg/m² 左右，札幌为 200，新潟县上越市甚至达到 350～400 kg/m²。在此基础上乘以屋面形状·热条件·暴露条件的系数，就得到作用在屋面上的单位荷载 S_r。公式与 ASCE 7、Eurocode 1 的形式几乎相同，只是系数取值略有差异。

🙋

啊，把左侧的规范选择器从“日本”切换到“Eurocode 1”“ASCE 7”“NBCC”，S_r 的值就会变化。同样是东京的 S_g，不同规范之间会出现 0.7～1.0 倍的差异……这是什么差异呢？

🎓

你注意到了关键点。这正是“基本系数 C_b”的差异。日本的建筑基准法以地面积雪荷载基本原样作用于屋面为前提，取 C_b=1.0。而 ASCE 7 认为“地面积雪有一部分会被风吹走，不会全部落在屋面上”，因此以 C_b=0.7 为标准。Eurocode 1 和 NBCC 介于两者之间，取 0.8。所以即使是同一地区·同一屋面，按美国规范设计时荷载可以轻约 30%。反过来，用日本规范重新设计美国的建筑，结果就会偏保守。

🙋

提高屋面坡度后 S_r 逐渐减小这一点也很有意思。看“屋面荷载 vs 坡度”图，60° 时就变成 0 了。那么把人字屋顶做成陡坡，是不是就不用担心雪荷载了？

🎓

理论上是这样，但实际工程没那么简单。的确，60° 以上的屋面积雪会滑落，屋面荷载几乎降为 0。但是，滑落的雪会“集中到檐口或下方的屋面上”。这就是 drift（偏荷载），本工具将其按均匀荷载的 2 倍显示。实际的坍塌案例，比如 1981 年日本新潟县十日町的拱廊坍塌、2004 年俄罗斯大型商场的坍塌，大多都属于“平均荷载没问题，却因 drift 局部集中导致局部构件失效”的情况。

🙋

原来如此……那么在多雪地区设计仓库这类大跨度建筑时，首先应该关注什么呢？

🎓

优先顺序有 4 点：(1) 不要弄错当地的 S_g（务必确认地方政府的多雪区域指定）；(2) 选定屋面形状，确定 μ(α)；(3) 排查会产生 drift 的高差和相邻建筑；(4) 让 C_t（有无采暖）符合实际情况。特别是仓库和厂房必须按无采暖（C_t=1.1）计算，如果像住宅那样取 C_t=1.0，会低估约 10%。另外，再按 S_r 的 1.5 倍单独校核“100 年重现值”，就能为超预期的暴雪年留出余量。本工具最右侧的“设计用 100 年重现值”就是它。

🙋

我还看到雪的密度是按 300 kg/m³ 换算的。听说新雪和春天的粒雪完全不同，设计上是怎么处理的？

🎓

基本上“设计用 S_g 是以重量形式给出的”，密度只是换算成积雪深度时的参考值。本工具只是用中间值 300 kg/m³ 来显示等效积雪深度 cm。实际上，北陆·东北地区的 3 月，积雪主要是反复融化再冻结形成的粒雪，密度可达 400～500 kg/m³。如果春雨再渗进去，会一下子变成相当于 600 kg/m³ 的“吸饱水的雪”，过去的坍塌案例大多属于这种模式。因此在雪国，铁律是不仅要校核“降雪期的重量”，还要校核“融雪期＋降雨”的组合。

常见问题

基本公式为 S_r = C_b·C_e·C_t·I_s·μ(α)·S_g。其中 S_g 为地面积雪荷载（kN/m²，按地区取值），C_b 为基本系数（因规范而异，0.7～1.0），C_e 为暴露系数（暴露 0.8、正常 1.0、遮蔽 1.2），C_t 为热系数（有采暖 1.0、无采暖 1.1、温室 0.85），I_s 为重要性系数，μ(α) 为随屋面坡度 α 变化的滑落折减系数。本工具按日本建筑基准法·Eurocode 1·ASCE 7·NBCC 四种规范同时计算该公式。

15° 以内不发生滑落，因此没有折减（μ=1.0）。15～30° 之间线性减小，30° 时约为 0.5。30～60° 之间进一步线性折减，60° 以上积雪完全滑落，荷载降为 0。不过金属屋面与沥青瓦对 μ 的取值不同，后者摩擦较大，开始折减的角度也更大。此外，即使是陡坡，檐口也会形成雪檐（drift），因此除了整个屋面的平均荷载外，还要校核局部荷载。

drift 是指雪被风吹向一侧堆积形成的“不均匀积雪”。它集中出现在高低跨屋面的低跨一侧、与低层屋面相邻的高层建筑的背风侧、L 形平面的阴角等位置。本工具将均匀积雪 S_r 的 2 倍作为简化 drift 值显示，但在实际设计中需按 ASCE 7 或 Eurocode 1 的详细公式计算 2～3 倍的集中荷载。许多坍塌案例的原因正是忽视了 drift。

完全不同。雪的单位重量（密度）：新雪 50～100 kg/m³，压实雪 250～350 kg/m³，粒雪 400～500 kg/m³，相差 5～10 倍。例如雪深 1 m 时，新雪为 100 kg/m²，粒雪则达 500 kg/m²。设计时必须按积雪期内的最大值考虑，在北陆·东北地区，“3 月的粒雪 + 春雨”是最不利的荷载工况。本工具按中间密度 300 kg/m³ 反算等效积雪深度。

实际应用

住宅·小型建筑的结构设计：在木结构住宅和预制车库的设计中，根据当地的地面积雪荷载 S_g 确定屋面桁架·梁的截面。东京 30 kg/m² 与札幌 200 kg/m² 即使平面相同，梁高也会差别很大；在新潟的豪雪地带，还可以以定期除雪为前提对 S_r 进行折减。用本工具切换地区·坡度，可以直观地看到即使是住宅级别也会出现 5～10 倍的荷载差。

大跨度仓库·厂房·物流中心：无采暖仓库取热系数 C_t=1.1，内部设有冷库的设施还需进一步增大。屋面跨度超过 30 m 时，必须校核 drift 与高差处积雪，仅相邻建筑的布置就可能使设计荷载翻倍。2014 年日本关东甲信暴雪中大量大跨度设施发生屋面坍塌，报告显示不少案例源于设计时对 drift 的评估不足。

光伏支架·农业大棚：农业大棚按温室处理，可取 C_t=0.85（以融雪为前提），但需另行考虑停电·采暖中断时的风险。光伏支架通常以雪不易滑落的角度（10～20°）安装，坡度折减不起作用，S_r 几乎等于 S_g，在东北·北海道地区往往成为支架设计的控制荷载。

国际项目中的规范比较：面向北美的项目采用 ASCE 7-22，面向欧洲的采用 Eurocode 1（附各国国家附录），加拿大采用 NBCC 2020，采用的规范因设计地区而异。即使气候条件相同，基本系数 C_b 的差异也会使设计荷载相差 0.7～1.0 倍，因此通常用多种规范交叉校核并取安全侧。本工具可通过规范选择器瞬间切换，适合在初步设计阶段做敏感性确认。

常见误解与注意事项

最大的陷阱是误以为“只要平均荷载 S_r 满足要求，屋面就是安全的”。实际坍塌案例的大多数源于 drift（偏荷载）造成的局部集中，起控制作用的不是平均值，而是“最大集中部位的局部荷载”。本工具的 drift 值是按均匀荷载 2 倍取的简化值，但当存在高低跨屋面或相邻建筑时，按 ASCE 7 或 Eurocode 1 的详细公式可达 2～3 倍，个别位置甚至达到 5 倍。请在平面规划阶段确认高差·阴角·相邻建筑高度，务必排查会产生 drift 的位置。

其次是“把屋面坡度做陡就安全”这一误解。屋面上的 S_r 确实会折减，但滑落的雪会以下列形式制造新的问题：(1) 集中到下方屋面；(2) 在檐口形成雪檐并坠落；(3) 堆积在光伏板等障碍物的上游侧。此外，在金属屋面这类雪容易滑动的屋面材料上，滑落时的动能会引发人身事故·堵塞人行通道。30° 以上的陡坡屋面必须配合使用挡雪构件，并在规划上避免在滑落轨迹内设置通行带。

最后要注意，“直接按 1.0 倍采用设计用 S_g 并不等于安全”。建筑基准法的 S_g 大致为 50 年重现值，远不足以应对 100 年一遇的暴雪年。本工具显示的“设计用 100 年重现值”是 S_r × 1.5 的简化修正，但对重要设施（避难所·医院·数据中心），按 200 年重现期需取 1.8～2.0 倍；雪国的公共设施还要另行核对“气象台站的历史最大积雪深度”。2014 年日本关东甲信暴雪中，“超出预期的积雪量”成为许多坍塌的原因。安全系数 1.5 只是最低限度的保险，“为超预期情况做打算”才是豪雪地区设计的铁律。

屋面积雪荷载模拟器 — 日本建筑基准法·Eurocode 1·ASCE 7

屋面积雪荷载 — 日本建筑基准法·Eurocode 1·ASCE 7

常见问题

实际应用

常见误解与注意事项

使用指南

具体计算示例

实务注意事项