【研 究 論 文
1
UDC ：624，
042．
41 ：624．
042．
42 ：551，
578．
4 臼本建 築 学会 構造 系 論 文 報 告 集 第 357 号・
昭 和 60 年11月活 性 白
土 を
用
い
た
風
洞 実
験
に
よ
る
水平
屋 根
，の
屋
上
積 雪形
状
山形 屋 根
正 会 員 正 会 員遠 藤
苫 米 地
明
久
＊ 司＊＊ 1．
は じめに 本 研 究は，
屋 上の雪の積も り方が 風の強 弱の影 響で ど う変 化する か，
屋 根 形状別に 固有の積 もり方の性 状 を，
実験 的に究 明し たもの であ る。 屋上 積 雪 形 状の調 査は，
これまで，
野 外の 自然雪の条件で行っ てい る。
しか し， この方 法で一
般 的な方 則を求め るこ と は，
多くの期 間 と 経費が必要で あ る。 こ の た め，
D．
A．
Taylor
’・
’ は，
屋 上 積 雪 形 状の検 討には，
野 外 調 査の ほ か に，
模 型 雪 を用い る風 洞 実 験 も有 効な方法である，
と提 案して いる。 だ が，
こ の 方 式の 実 験は，N ．
Isyumor2），
室 田・
佐藤31が，
以 前 実 施し た以 外には， 行われて いない。 他方，
道路の防 雪 対 策の実 験に は，
か な り広く採 用さ れ てい る。1934
年に，E ．
A ．
Fi
皿 ey4；が，
模 型 雪に ノコク ズ や雲母の粉 末を 用い風洞 実 験 を行っ たの を最 初と し て， 炭酸マ グネ シ ウムS），
酸 化アル ミナ3 ），
ガ ラス ビー
ズ5）お よび 活性 白 土T） を 模 型 雪に用い た風 洞実験が実施さ れ，
その手 法 も 確立さ れ てい る。
こ うし た現 状か ら，
この実験 法を建築 の 屋上積雪 形 状や吹き だ まり の研 究に応用 す ること は， 十分 可能であ る。
ただ，
模 型 雷を用い る 風洞 実 験は，一
定条件下での 現象 を再 現 する ため，
わ が国のよ うに， 雪「
質が乾雪か ら湿 雪 と 幅が あ り，
降雷 期の気 象 条件が多様 に わ た る場合，
実 験 結 果を直ちに 自然 条 件 下の結 果に対 応する ことができ ない。 つ ま り，
い くつ か の条 件 下で の 実 験 結 果と降 雪時の気 象 条 件その他とを組み合わ せて， 屋上積雪形状を評 価する必 要がある。
こ の研 究の 実験 仮 説 を述べ ると，
次の諸点であ る。
い ずれ も北日本 （北 海 道および本 州の最北部お よ び高地 を い う。
以下同じ。
）の多 雪 地の建 築の 屋上の雪の積 も り 方の観 察か ら， 推 定ま た は判 断し て い る もので あ る。
1） 同
一
の屋上 形 状であっ て も，
降 雪 時 （降雪直後を含む。）の風の強 さで
，
屋 上の雪の積も り方に差が 生ずる。一
般に は， 風 力が弱い と積 雪深 が多く，
風 力が強いと積 雪深 が少ない。
寧 北 海道 工業大 学 教授・
工博 艸 北 海 道工業 大学 助 手 〔昭 相58年5月6日原 稿 受 理 日，
昭和60年6月〕3日改訂原稿受 理 日，
討論 期 限 昭 和 61 年 2 月宋日） 2） 乾 雪で風 が強い地 域では，
地一
ヒ （平 坦な）の積 雪 深と，
水 平 屋 根 上 （同一
の場 所に建つ ）の積 雪深 と は同一
でない。
通常， 後 者 がか な り少ない。 3） 乾 雪で風が強い地 域で は，
山形屋根では，
こ う配 値 が水平に近 くな る ほ ど積 雪 深が少ない。 しか し， 急こ う配の屋 根で は，
積 雪 深が ま た少な く な る。 つ ま り，
あ る角 度を分岐点とし て，
積雪 深 が 増 減す る 現 象 を示 す。 本 報 告の内 容は，
次の もので あ る1）。
活 性 白土 を模 型 雪に用いる風 洞実 験と その相 似 性の検 討2 ｝。
風 洞 実 験と 野 外に設置し た実大屋根モ デル の積 雪 実 験との方法 と実 験結 果の対比31。
山 形 屋 根の屋 根こ う配 値と積 雪 形 状と の関 係の検 討。
2．
実 験方 法2、
1 風 洞 実 験 装 置風洞 実験は， 北 海 道工業 大 学の小 型 回流式粉体専用 風 洞 （写真
一
1）で行っ たB ］e 図一
1に示す よ うに，
送 風機 で発生し た 風は， 2つ の 曲が り部 を経て，
ノズルの 位置 に到 達す る。
他 方，
活 性 白 土は，
約2cc
／s ずつ オー
ト フ ィー
ダー
か らコ ン プレ ッサー
の圧 縮 空 気で引き出さ れ， 空 気と混 合し な が ら吹 き 出さ れ，
降雪 （吹 雪）状 態 を現 出するe 吹 出し時 間は，
毎 回4時 間30
分 と し た。
こ れ は後 記の た い積 深の 計 測 が可 能の深 さ と なる条 件か ら決め たものである。
2，2
実 験の相似 性 模型 雪 を 用い る 風 洞実 験は，
前 述のE ．
A．
Finney に 写 真一1
北 海 道 工 業 大 学 粉 体 専 用 小 型 風 洞葭置 図
一
1 北 海 道 工 業 大 学 粉 体 専 用小 型風 洞概要 よっ て実施さ れ て 以来， い くつ か実 施さ れ た。 これ らの 実 験では， 幾 何 学 的相 似 性お よ び雪と模 型 雪の落 下 運 動 の相 似 性の検 討を行っ てい る。
筆 者ら は，
これら の先 学 の方 法 をふまえ， 粉体 専用の小型 風 洞で，
活 性 白 土 を模 型 雪 とし た場 合の相 似 性 を，
次の3
項 目か ら検 討し た。 （1） 雪と模 型 雪の形状お よ び 粘着 性の相 似 性 幾 何 学 的 相 似 を満た す に は，
建物 模 型の縮 尺と，
模 型 雪 との縮 尺 と が，
同 程度でな け ればな ら ない。
また，
雪 粒子 は，
落下後，
斜面に無 制 限に積も るこ と ができ る も の で はな く， 雪 粒子間の粘 着 性に相似し た形と な る。 つ まり，
たい積 形 状の相 似 性 を 得るには，
模型雪材料の粘 着 性が，
雪の それ と同 程 度でな けれ ば な らぬ。
幾 何 学 的 お よ び粘 着 性の相 似につ い て検 討す る と， 次の よ う に な る。
1
） 幾何 学的相似性 雪お よ び模型雪の粒 子の形 状を検 討 する。 粒 子は，
大 き さに分布の あ る粒子群か ら構成す る ので，
粒 度 分 布 曲 線の形で表すこと とす る。
実 験に使用の模型雪材料の活 性 白土 （写真一
2＞を 「土の粒度試 験 方 法 」 （JIS
A 1204） に よ る粒度分布曲線で示す と，
・
図一
2のと おり である。 同 図に は，
先学によるこれ まで の模 型 雪 材 料お よび雪の 粒度分布曲線も合わ せて示し た。 これ らの粒 度は，
調 査 方 法が ま ち まちで あ る た め， 単純に 比較す ること は問題 がある。
が，
同 図によると， 活 性 白土の粒 度分布 曲線は，
写 真一
2 活性 白土 （走 査型電子 顕 微鏡 写 真X3000 ） 注5， 炭 馘マ
グ ネ シユ
ウ ムの粒 径 範 囲 累100 柵羇
80璽
60 4020 0α゜
翻
σ・） °5 【論
・｝牲
1躑
σう
。謹
窪
．．、注1） W
．
F．
Budd ： The Drifting of NonunifQm SnowParticles
，
ANTARCTIC RESEARCH SERIES Vol．
9，
pp．
59−
69，
19662） 小 島 賢 治 ：顕 微 鏡によ る 飛 雪粒子の観 測
，
低 温 科 学，
物理篇
，
Vol．
27 （1969年）3）Yoshio Sasyo and Takayo Matsuo：On the Statistical
Investigation of Fall Velecity of Snowflakes
，
Meteor−
010gy and Geophysics VoL 31
， No
，
2，
pp．
61−
79，
September
1980「
4）JISAl204
に従っ た筆 者の測定。
5） 「粉体 物性 図 説」 （産 業 技 術セ ンター
刊）によ る。
図一2
雪お よび模 型 雪 材料の粒 度 分 布1
〕
覆
．
雪の それ に比 較 的近似して いること が わ か る。
さ らに，
縮 尺 を1／100とする場合， 活性 白土の粒 径お よ び粒 分 布 曲線は，
札 幌の雪と長 岡の雪の中間 に位置し，
北日本の 平 均 的な雪の形 状と近 似 性を示す。
なお， これ まで模 型 雪と して多く用い られて きた炭 酸マ グネシ ウム の粒径 は，0．
5〜3．
0
μm で ある が，
凝 集 性が大 きい た め， 谷 藤，
小川5｝ の 報 告に よ れば，
実 験に使 用 中に 300μm 程 度ま で粗 大化 す る，
とい う。2
） 粘着性の相似性 雪お よび模型雪の粘 着性は，
粉 体の摩 擦 特 性を示す安 息 角で検討 す る。
黒 岩 大 助によ る と雪の安息角は，
温 度 に よ り異な る が一35°
C
で 42°
，−
3．
5℃ で 50°
とな り，
温度の上 昇に伴い安 息 角は大き くな る9）。
こ の結 果か ら，
北 日本の 降雪 時 気 温で は，
雪の安 息 角は 50°
前 後と考え る。 活 性 白 土の 安 息 角を注入法に より測定す る と，
次の よ うに な る。
活 性 白 土の一
定量 （200g ）を ホッパー
か ら 落 下さ せ，
円 すい形に た い積し た活 性 白 土の 直 径D
お よび 高さH
を測 定し，
安息 角 θ を求め た （写 真一
3）。 活 性 白土は， 含 水 率に応じて粘 着性が変わり，
安息角 も 変 化する。
含 水 率を変え， 前 述の方法で測 定す る と，
安 息 角と含 水 率の関 係は， 図一
3と な る。
風 洞実験に用い る活 性 白土は，
開 缶 直後 （含 水 率8，
5
％）の ものに限っ たが， そ のとき の安息角は 48°
〜
51°
の範囲に あ る。 雪 の安 息 角 （気 温一
3．
5
℃ 前後以 下）と同程 度の値を示す。 風 洞 実 験は 4時 間30分で実 施し た が，
実験 開始前と終 了後の含 水率を 測定す る と，
ほ ぼ同程 度の値と なり，
実 験中に は粘着性に変化は ない。 比 較のた めに，
これ まで 模 型 雪 材 料に用い ら れ た粉体の安 息角その他の物 性の値写真
一
3 活 性 白土の安 息 角測定 例 （含水 率8．
5％の場 合） 表一
1 模 型 雪 材料と そ の 性 状 段 型 雪 材 料 濫1 比 重 瀋 1 かさ 比唾 注 ↓ 付 癒 凝 集 性 注L 要 息 角 注1 平 均粒 径 範 囲 注2 形 状の相似性 を 満 ナ 縮 尺 率 使用した研 究 者 炭 齦マ
グ ネシ ウム
2．
1−
2．
30．
1−
0，
3 中 α0 7げ 0，
5〜
3 μm1 〆r
霸／，。。。 10｝ 木 下 是 雄 木 村 宰一
郎｝の 百 阪 隆 正 1 今 井一
郎 1鋤 谷藤正三禰’
卜 川哲 夫 醸 化アル ミ ナ 3，
95〜
3、
98o．
5 矧．
2 小 35曳45°
5−
100 μm1 ／20−
1！400蓬瞿
逮簟
尹｝ ガ ラス ビー
ズ 2、
48 2虞 25°
100卵
300 μm11 合司ノ20」
．
0．
1りer5en 6 治 性白土 ＊ 2．
51 ＊ 0，
65・
小 ＊o
卩
48〜
51 ＊ 3〜
30 μ m1 ／66−
1／666ll二
翻
聖 訟 量7〕璧
霧
・聰引 庄 1 ）器 礎 性 状 口、
「粉 体 物 性 図 覗」 頓 匡朶菽術セ
ン
タ
ー
刊Dによ
る
り
：）形 状 匡〉相 似 性 を瀦駕す紹 尺 寧は、
目然 習の平 均 直Eを 2皿．
と し、
喚 型 雪材 科O平 物N径uaか ら 求りた。
＊ 毎 者の 醐定 並 を，
表一1
に 示 し た。
（2 ） 地表風 と地 表 風モデル の相 似 性 雪 面 上の地表風と， 風洞内の模型 雪上の地 表 風モデル の相 似 性は， 根本茂の提 案に よる乱 子レイノ ルズ数と乱 れ強さの一
致 との 2点か ら検 討す る15，。
1＞ 乱子レイノ ルズ数 風 洞 底 面に活 性 白土 が深さ 1cm に一
様に た い積し た 場 合の風 速 分布を，
図一4
に示す。
風速0．
5m ／s で は少 し バ ラツキが見られ る が，
風速lm
／s ま たは 2m ／sで は 片対数グラフ上で， ほ ぼ直 線と なり，
対 数法則で表 すこ と ができ る。
こ の場 合，
乱 子レイノ ル ズ数の条件は， 式 （1）で具体 化で き る。
o55安
息角
50
° e45 ● ● ！ ！ ●き
●／
’
／’
尽 の．
oつ 褂 煢 釦 Q 潜 煙 ノ ●薯
ー ● 10 曾 璽響
● ● ● ● レ 〆−
i
−
」、
● ● ● ● ．＼ 丶 、 ● 、．eb
● ● 含 水 率 紛5
10
152025
図一3
活 性 白 土の含水率と安息角の関係 （Z
／z
。）M
＝ （ZIZ
。｝N …………・
…・
……・
……
（11 こ こ で，2
は地表面か らの高さ，Z
。は粗 度 長，M ，
N は それ ぞ れ摸型 と 実 物 を 示 す。
塩 谷 正 雄に よる と，
雪 面の粗 度長 は， 1．
0〜
10mm 程 度で あるls ）。
活 性 白土 の粗度 長 を 図一
4のU ＝
0の点で求め る と，0．
07− O．
22
mm と な る。
したがっ て，
筆 者ら の風洞で活 性 白 土を模 型雪に用い る場 合，
模型の 縮 尺 が 1／150 以 上であれ ば，
乱 子レイノ ル ズ数は ほ ぼ一
致す る範囲 に あ る， とみる こ と がで き る。 2） 乱 れ 強 さ 雪 面の乱れ強さ は， 谷 藤 正三， 小 川 哲 夫の秋 田 県での2000
0
0
5
0
眞 」1
1
風 洞 底 面 か ら の 高 さ1
0
．
5
O
．
1
地10
上 瓮 の △ 』5
高 さ 色 ●「
● ● ● ●1風 洞内 風速 ρ．
5n聡 o ウtO
％ ▲ 92，
0 ％
△ 谷藤 小 川 観 測 値，
5
50
自 然 風 速 ％05
1
．
0
1
．
5
2
．
0
風洞 内 風 速 「「Ys
図司 風 洞の風 速 分 布0
0
0
0
5
0
う 6 11 1 卩 風 洞 底 面 か ら の 高 さ50
00
5
10
15
20
乱れ強さ 図一
5 風洞 内の乱 れ強さ 観 測に よ る と，
平 均風速5．
4m ／s の地 上 5m の位置で は ユ5％程 度s），
小 林 俊一
の札 幌 市 内で の観 測によ る と，
平 均 風 速 5−
10m ／s の地 上 lm の位 置で は 10〜25
％ 程 度であ る17） 。 筆 者の風洞 内の乱れ強さ は，
図一
5の と お り で，
模型の高さの範囲では 10〜
15％ の乱 れ 強 さ と な り，
雪 面 上の乱れ強 さと ほ ぼ一
致 する。 な お，
谷 藤，
小 川の測 定した雪 面上の風速 分 布 （図一
4＞ともほ ぼ一
致 し てい る。
（
「
3
） 雪の落下運 動 と模型雪の落下運動の相似性 雪の落下 運 動と模型 雪の落下 運 動が相似で あ る た めに は，
両 者の抵抗 係 数およ びフルー
ド数 が一
致し な ければ な ら ない3L13）。
こ れらにつ い て検 討すると， 次の よ うに な る。
雪の落 下 運 動は，一
般に，
式 （2）で表 され る。．
・（・一
・）一
壱
・DV ・s −
・・
…・
…・
…・
・
…・
…・
一
（・） こ こ に，
v ：雪 粒 子の体 積，
Cn ：抵 抗 係 数，
v ：雪 の 落 下 速 度，
σ ：雪の か さ密 度，
ρ ：空 気の密 度，
8 ：雪 粒 子の表 面 積。
ゆえ に， 、。
y
（5
−
・）……・
・
……・
……一
（3） vs 次に雪の フルー
ド数は， 式 （4）で与え られ る。
F ；
v／Vigi
：’
1
＝ ＝50／VI
｝（i5
（1
−
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
…
（4 ） こ こ で，
v ：雪の落下速 度 （雪質に より異な るが，
平 均 的な値で ある 50cm ／s と し たls）・
19 り，
t
：流れ を代 表す る長さ，g
：重 力加 速 度。
式 （2）か ら得られる雪および模 型 雪の抵 抗 係 数の比，
お よ び雪と模 型 雪の フ ルー
ド数が一
致する ための模 型 雪 の落 下 速 度 （模 型 縮 尺 1／100の場 合 ）を，
表一
2に示 す。 同 表は，
既 往の模 型 雪 材 料の酸 化ア ル ミナ や 炭 酸マ グネ シ ウ ム よ りも，
活 性 白 土が雪の落 下 運 動へ 近 似する こと を示す。
以 上3項 目に わた る検 討 を ま とめ る と，
模型 雪に活 性 白 土 を用い，
模 型 縮尺を1／100で実 験す る と，
完 全では 表一
2 雪および模型 雪の落 下 速 度，
抵 抗 係 数の比 お よ びフ ルー
ド数の一
致の ための落 下 度 四 話性 自 土 毆 化7〃
ξ ナ 炭醗▼
グ ネ シ ウ ム 屠下齦 Ψ550 覃0 25 コ｝ 115 コ〕 冒惣
。 。。 。一
0，
881．
250．
36、
7々
・
ト数の一
敷から求 り た 落 下還 度 o％一
5 注 ｝冒のか さ腎 星 O，
ユ，
甼均 直麁 2．
Om と した。
隈 齪皿Kつ いてttt表 1 の平 均 的 な 値 を用 いた。
麿h、
貝駅▼
グネシ
ウム
は、
鹹 集ttbt大 准いた め剛
甼均 直径をO・
2s mm と しk日
な い が北日本に お いて は相似条件をほぼ満た し，
これ ま で の模 型 雪 材 料よ り も実 験の適 合 性が高い， とい え る。
2．
3 家 屋 模 型家 屋 模 型は， 表
一
2に示す実験シリー
ズの屋根形状に つ い て バ ルサ 材で作 製した。 屋 根 面に は， 活 性 白土が積 もりや すい ようにサン ドペー
パー
400番 を張っ た。
模 型 は，
14×20cm で厚 lcm の合 板 上に同 系 屋 根で こう 配 の違 う もの 3個 と水 平 屋 根 1個の計4個 を並べ ， 試 験 体．
と し た。 た だ，
別 項の野 外 実 大 屋 根の摸 型は，
水 平 屋 根 と山 形 屋 根の 2個を並べ た。
こ れ ら の試 験 体は， 風 洞内 の吹 出 しノズル か ら，
1．
8m ，
2．
4m，3m
の距 離の位 置 に置い た。 2．
4 活 性 白 土の 積もり深 さの測 定 法 と積もり係 数 活性白 土の積も り深さ（以 下「積 雪 深 」という。）は，
ハ ッ ト ピンに ミ シン油 を塗 り，
たい 積し た活性白 土に垂直に さ し，
白 土の付 着 高を 1mm 目盛の ス ケー
ル で， 0．
5 皿m 単 位に目 測し た。
測 定 点は， 試 験 体の屋根 面の奥行， 幅の 2方 向に，
原 則 として，
4mm 間 隔に設け た。
また，
屋 根上の積 雪 深と風 洞 底 面の地上相 当 面の積 雪 深と の比 較の た め，
試 験 体 模 型の前 後に地 上 想定 板 （厚さ 1cm ） を 置いた。 また，
各 試 験 体とも3回 以 上 実 験し，
積 雪 深 の計 測は，
専 任 者が毎回行い， 計 測 値の ば らつ きを 極 力 少な くするよ う配 慮し た。
本風洞の特 性と して
，
一
定 量の活 性 白 土 を一
定 時間供
給する と，
地 上 想 定 板 上の積 雪深は，
風速によ り 異 なるe こ の た め，
風 速と屋上積 雪 深の関 係を検 討 をしよ うとす る場 合，
積 雪 深で比 較 すること ができ ない。 よっ て，
下 式に よ り 「積 もり係 数 R」を求め て比較 検 討 し た。 地 上 想 定板上の測定点の設定 は，
試験体と同様で あ る。 図一6
に各風速別の試 験体上の前後の地 上 想定 板上の 積 雪 深 を示す。
図で明らか の よ うに， 前 後の地 上 想 定 板、
上の積 雪 深は，
風速が変わ っ て もほ ぼ同じ割 合と な る。
… 係 ・
暁
地 上鬆黷 誰
雪 深2，
5
風 洞 内 風 速 と自然 風 速の関 係 風 洞 内 風 速の 自然 風 速へ の 換算は，W ．
R ．
Gerdel，
H．
G ．
Stromzo
）ら に代 表さ れる フー
ル ド数に よっ て関係 づけ る考え方が支 配 的で，
式 （5）で表さ れ る。
−
0
9
RU7
前和
上 想 斜 板 上睾
・…
謦
6
6
78
91011
後 方地 上 想 定 板 上の平 均 積 も り深 さ（皿皿 ｝ 図一
6 前・
後 方地 上想定板上の活性 白土の積 も り深 さの均一
性 〔運転 時 間4時 間30分｝ 表一
3 実験シ リー
ズ 模 型 概 要 縮 尺 1風 洞 内 風 速 匸レ8・
水平 屋 帳 〔m田｝ 野 外 実 大 屋 根 山 形 屋 根恥
《
メ
5乃o％
5 無 風 0．
5 ロレ 3 僕 型 1、
O ％ 2，
0 ％や
4
山 形 屋根 〔mm θ；
5町10°
，
15°
，
20°
，
25°
，
30°
・
359，
40°
山 形 8髫
。o 屋 根蟻
◎ o 注 11 無 風は、コン
プレッサー
迎転のみ をい う e 2冫 下 段の山 形 屋 根k はh 幅50x奥行50×高 さ30 の水 平 屋 根の 1／100 の模型を 並べて、
実 験し たoUm
／Un＝：
（ム隅ノ 厂げ ・
・
・
・
・
… 一
一
・
・
・
・
・
・
・
・
・
…
一
一
・
・
・
・
・
・
・
・
…
（5
）こ こ で，
U
：風 速，1
：流れ を代表す る長さ，
肌 ：模型， n ：自然 状 態 を示す。
根本茂は， 気流特性に着目し て， 式 （6） を 提 案して いる15 ） 。・
Um／Un＝
（lm
／彦謎
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
…
tt…
（6） ま た
，
自 然 雪の落 下軌跡を考え る と， 式 （5），
（6）に 表一
4 風 洞 内 風 速の自然 風 速 換 算 値お よ び 風 速 と落 下速度の比 換 算颶 値 ％ 腿 と骭 齦 。 比y！
ビ 凪 洞 内既 ％ 式 〔5＞．
殉 合 式 （6，の胡 合 式（5x）
場含 式 〔のの場 合 店性白ま 0．
5 5．
02．
3O．
τOO O2170．
200 1．
o 10．
04．
6O．
050 0．
109O．
100 2．
o 20．
o9．
zO．
025 0．
0540．
050寉
uは、
摩擁 邏 度 〔嚀鞠 ） よ り得ら れ た換算風速値Un
と雪の落 下 速 度 Vn の比と，
風洞 内 風 速Um
と 活 性 白 土の落 下 速 度 Vm の 比と が一
致 し な けれ ば な ら ない。
す なわ ち， 乞）n／！ノh
＝
乞♪皿
／しろ鷺・
・
・
・
・
・
・
・
・
…
一・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
…
（7） 本 実 験 では風 洞 内 風 速は，
0．
5m ／s，
1．
Om 〆s，2．
O
m／sとするが， 式 （5），
（6），
（7）で値を求め る と，
表一
4の よ うに なる。 同 表に よれ ば，
筆者らの風 洞に模 型 雪と して活 性 白 土を用い る場 合，
根 本の提 案す る式 （6 ）の適 合 性が よい。 よっ て，
実験結 果は，
根 本 式 を 採 用して整 理 すること と し た。 2．
6 野 外 実 大 屋 根の積 雪 深の調査 法 野外実 大屋根試 験体の設置場 所は， 札 幌 市 西 区手 稲の 北海 道工業 大 学 構 内で ある。 試 験 体の概 要 を表一
4に示 す。
調 査は，
昭 和59年 1月13日 か ら開 始 し，
原 則と し て，
7日 ご とに， 試 験 体 屋上積 雪 深を実測 し，
合わ せて，
比 較の ため 同一
H
に，
大 学 構 内 グラン ドの積 雪 深を測定し， 同 年3
月30
日 ま で続け た。
屋上 積 雪 深は，
試 験 体 屋 根 面 中 央 部を30c皿 間 隔に計測 し た。
3．
実験結果3．
1
野 外 実 大 屋 根の積 雪 形 状 （1 ） 実大 屋 根試験 体の水平 屋根お よび山形屋根上の 積 雪 深が調 査上最 大と なっ たの は，2
月24
日で あ る。
同 日の地 上 積 雪 深 （観 測 位 置は後 記）は，114
cm であ る 。 同 上の屋 根 上の積 雪 形状を図一
7，
8に示す。 両 図に は，
地 上積雪 深およ び後 述の式 （8）， （9）か ら求めた推 定甑
…
「55cm
圏…
一…
…
一
一
一
礁
一一
〇一一．
昭和 59 年2月24 日挺 測 値一
一
一
一
一
一
〔8｝，
〔9〕式か らの推定 値 地 上 腰 留 漂 11cen 図一
7 水平屋根の積 雪 形状 風 向き 一’
’
64cm
’
’
’
’
E お の t8cms
、
、
、
＿ 昭 和59 年2月24 日 奥 測伍＿
一
＿
一
＿
｛8〕．
〔9）式 か ら の推定 値 地 上 積 可 藻 llCem、
、
1 図一
8 山形 屋 根の積 雪 形 状 § 窃 oa写真
一
4 山形 屋 根の積 雪形 状 の積雪 形状を 合わ せ て示し た。
また，』
参考 までに， 風 洞 実 験の結果の山 形 屋根の積 雪形式を 写真一
4で示し た。
図一
7，8
の両図 で知る よ うに， 水平屋根お よ び山 形 屋根の屋 上 積 雪 深は，
地 上 積 雪 深よ りも少ない。
・
水 平 屋 根の屋上 積 雪深は，
地 上 積 雪深の 1／2以 下で，
そ の分 布 は均一
と な っ て い る。 さ ら に， 山 形 屋 根に比べ，
そ の積 雪 深は少な い。一
方，
山 形 屋 根の屋上積 雪 深は，
風上 屋 根 面の積 雪 深に比べ，
風 下 屋 根 面の それはか な り多い。
明ら かに偏りが あ る。
こ の点 につ い て は，
後に詳記 す る。
次．
に，
前 述の各屋根の積雪形状を 形成す る ま での降 雪 量．
（204cm ）を，
降 雪日の 日平 均風速 を、
用い，
気 象 庁 風 力 階 級表の風力 階 級 別にま と める と， 図一
9とな る。
な お， 図中に は， 各風力階級ご との 日平均
風速の平均 値 を示してあ る。
これ らの 気 象 観 測 資 料は， 札 幌 管 区 気 象 台手 稲山口観 測 所 （野 外実大 屋 根試 験 体の設 置 場所で あ る北 海道工業 大学か ら約1km
離れ ている6 以下 「観測 所」とい う。
）の値を 用い た。
観 測 所の地 上 積 雪 深 と 前 述の大学グ ラン ドの積
雪 深は，
ほぼ 同 程度である。
（2
）風 洞実験結果 前 述の野外 実 大 屋 根の縮尺 1／75の試 験 体 を 用い，
風 洞内風速を無風 0．
5m ／s，
1．
Om ／s お よび 2．
Om／s の 4 降80
雪 深 cm60
40
20
0
1
2
3
4
5
風 力階級 図ng 風 力 階 級ご と の降雷 深P9
ト めお
lll ■ 1 ■ り 1卜一
1トー
o 「 N9
卜oll9
「 蔬 ー 11 」°
1 炉｝ llll 卜一
積 も ウ 係 数1．
0
0．
5
OL
積 も り 係 数0
．
5
0
図一
10 m ／sQS
1．
0
2，
0
風 洞 内 風 速 m・
！
s 水平屋 根の積 も り係 数 と 風 速の関 係O
OL
5
1．
0
2
．
O
風 洞 内 風速 m／s 図一
11 山形屋根の積も り係数と 風速の関係 段 階に変え て，
各 3回，
実 験を行っ た。
図一
10，
11に，
水 平 屋 根お よび 山形 屋根の積 もり係 数の平 均 値 と風 速の 関 係を示 す。 な お，
野 外 実 大 屋 根 模 型の縮 尺の 1／75 は，
実大 試 験体の 積 雪深計 測と 同一
程 度に，
模型上の積も り 深さ を密に計測す る 必要か ら，
特に縮尺率を大き く し た ものである。
こ の場 合， 1／100模 型 との間に風 速の換 算 が問 題 とな るが，
両 者の縮 尺の差で は積 雪 形 状に差が な いた め， 風速 換 算は縮 尺1／100 と同一
に し た 。 図一
10に戻って，
水 平 屋 根の場 合，
図に示 す よ うに，
風 洞 内風 速の増 大に伴い積 もり係 数の値は減 少し，
風 洞 内風速 1m ／s を越え る と， そ の値は o．
5以 下とな る。 水 平屋 根 上の積 雪 深 と風 速の関 係につ い て，
阿 部・
中村2］）・
は，
降雪 時の 日平均 風 速 と屋 上の積 雪 深の関 係 を 詳 細に 調査し， 日平均風速が3．
5m ／s以上に な ると，
屋上の積 雪 深は地 上のそれ め 1／2程 度になる，
と報 告して いる。 図一
10に おい て，
自 然風速3．5rn
／s に対応す る 風 洞内 風速の積もり係数 を補 間して求め る と，
ほぼ 同 程度の値 と な る。 山形 屋根の場合は，
図一
llに示す よ うに，
風 速が加わ る と
，
風上部に比べ 風 下 部の積も り係 数の値は常に大 きい。 （3） 前 掲の 阿 部 らの報告お よ び 図一
10，
11が示す と お り，
屋 上積雪深が， 風力の強 弱に よっ て異な るとす れば，
乾 雪が主な北日本の地 域で風の影 響 を大き く場 合 に は，
任 意の 日の屋 上 積 雪 深 （SR ）は，
次の式 （8 ） の よ うに， 任 意の 日までの各 回の降 雪 深に風 力に相 応し た係 数 を乗 じて求 め値の総 和，
と単 純 化す ること ができ る。
nSR＝
Σ（s
‘×R
∂・
一 …・
…・
・
一 …一 ・
…・
…・
・
（8
） ‘＝
1 こ こ に，S
。 ：任 意の 日の屋上積 雪 深，
S
‘：任 意の 日 まで の各 回の 降 雪 深，R
‘ ：屋 根 形 状による風 力の強 さ 別の係 数。 また，
屋 上 積 雪と地 上 積 雪の変態が，
同一
に推 移する，
と 仮 定 （建 物か らの熱 流の流 出が ない として） すると，
屋 上最 大 積 雪 深 （H
，）と 地 上最大積 雪 深 （H
。）と は，
式 （9
）に示す関 係と な る。
H
丑＝Ha
＞（SRISc ・
・
・
…
−t・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
…
t−・
・
・
・
…
（9 ） こ こ に，H
． ：屋 上 最 大 積 雪 深，Hc
：地 上 最 大 積 雪深，SR
：地上最 大 積 雪 深日 まで の式 （8）によ る屋上積 雪 深，
Sc
：地上最 大積 雪 深日 まで の地上降 雪 深の総 和。
いま，
図一
9の各 風 力 階 級につ い て中 間 値 （例え ば風 力 階 級 3は，
風 力3．
4〜
5．
4m ／s の範 囲であ る か ら中 間 値は 4．
4m ／s）を算 出し，
図一
10，
11か ら，
そ の値に対 応す る積も り係 数を求め， 式 （8
）， （9
）に よっ て実 大 屋根の積雪深 を計算す る と，
前 掲の図一
7，8
中の 点線 の値と な る。
同 図で わ か る よ うに，
水平 屋根の場 合は，
実 測値 と推 定 値は よ く一
致 す る。
し か し， 山 形 屋 根の場 合は，
風 上 部で は推 定 値が実 測 値よ りもや や大き く， 風 下 部で は実 測 値が推 定 値よ りも部 分 的に大き い。
風 洞 実 験の結 果によれ ば，
水 平 屋 根の場 合，
屋 上 積 雪 深は ど の風 速で も ほ ぼ屋 根 全 面に均一
の状 態と な り，
屋 根面部位で の差は，
比較的 小さ．
い。
これに対し，
山 形 屋 根の場 合は，
時 間が経過 し，
模 型 雪のたい積が進 行す る こ と に伴っ て， そ の表面の斜度 （こ う配値 ）が変わっ て い く。 前述の推定 値と実測値の不一
致は，
こ のた めで あ ろ う，
と考え る。 山 形 屋 根の風上部と風 下 部の積 雪 深の 偏り （風 上積 雪 深の平 均 値 ／風下 積 雪 深の平 均 値 ｝を求 め る と，
実 測値では 1．
33，
推定 値で は 1．
29とな り，
近 似し た値と な る。 以上の点か ら，
水 平 屋 根，
山形 屋 根と もに， 前 述の方 法か ら得ら れ る 屋上 積 雪 深の 推定値は， 屋 上 積 雪 形 状 を判 断 する場 合の 目安 資 料と な る ものとい え よ う。
3．
2 山 形 屋 根の屋 根こ う配 と屋 上 積 雪 形 状に関する 風洞 実 験 山 形 屋 根の風洞 実 験は，
屋 根こ う配 S“
〜
40°
を5°
刻 みに8
種 類につ い て実 施し た。 無 風 時では，
屋 根こう配30
° まで は，
ど のこう配 値で も一
様な積 雪 深と な る。 が，
そ れ を 越 え る と，
落 雪が加わる た め もあっ て，
積 雪 深は 屋根こ う配 〔°
15°
15925°
35° 5．
Om 7．
Omrn3．
5 4．
5m 4，
mm 45mm ら5 6．
Omm■
「
’
厂
、
，
L「
、
ノ．
尸
戸
’
層
、
、
匸
ノ〆、
丶
で、
「
1、
r…‘
：
」
・
・
11
尸
r・
．
．
‘
一
一
一
r
r．
一
叫
一
，
，
．
「 厂，
［…茎
嗣 ［2・
5mml l＆5mml 13ρ．
m卩o亅，
1匙i皿躬112
．
Om 耐 L．
．
」
．
．
．
L・
」
「
2
ρ．
廻卩卯； 塑 ！鵬辱
，
亨
，
幽
r
■
」
」
．
嚠
1
注 1一
積も り深 さ。
［コ内の値は各 部位の最 大値。
［：：｝内の値 は 各 部 位の最小値を 示 す。
2 地 上 積雪 深の 平 均値は、
75 皿aで あ る。
図一
12 山形 屋 根 の積雪 形状 （風洞 内 風 速 lm ／sの場 合 ｝Ot
8
ロ
O
積 も り 係 数0．
6OA
無風、
’
O一
風 上 部 ＋ 風下 部 o 風 洞 内 風速 O．
5Mfs 風 洞 内 風速 1．
o％’
o 風 洞 内 風 速 2ρ％ 1．
0
as
0．
6
0．
410
20
30
40
図一
1310
20
3040
10
20
3040
10
203040
屋 根 こ う 配 工゜
） 山形屋根の積も り係数と屋根こう配値の関係減少す る
。
また，
無 風 時の積 雪 深 が 最 も多い。
風 速 が加 わ ると，
その増 大と と もに積 雪深が次 第に減 少する。
図一
12 に ， 風洞 内風速 lm ／sの場 合の実 験 結 果の一
例を 示す。
図で知る よ うに，
屋 根こう配2S°
までは，
こ う配 値の増 加とともに積 雪が増 加する が，
そ れを 越え ると減 少す る。 つ まり，
こ う配 2se程 度を分 岐 点に積 雪 形 状に 差 異が生ず る。 ま た，
風上側よりも風 下 側の積 雪が多い こ と は，
さ きに述べた。 次に，
地 上積雪 深 と 山 形 屋根の積 雪 深を，
積も り係数 の平 均 値 （3
回の実験の測定 点168
点の平 均 値 ）で ま と め る と，
図一
13の よ うにな る。
無風時で は，
屋根こう 配 30°
までは積もり係数 は0．
9以 上 と なり，
地 上 と同程 度の積 雪と な る。 し か し，
風 速が加わ る と，
風 上，
風 下 側と も積もり係 数は減少し，
屋 根こう9E
2seで最 大と な る。 す な わ ち，
風洞 内風 速 0．
5m ／s では，
風 上で 0．
55，
風 下で0．68
風 洞内風速1，
0m
／s では，
風 上でO．
55，
風 下で 0．
68，
風洞内風速2．
0 m／s では，
風 上で 0．
46，
風 下で O．
58の値 と なる。
注 目 され る の は，
い ずれ の風速 に おい て も屋 根こう配5
°
で は， 風上， 風 下の積 もり係 数は 0．
5程 度 と なり，
水 平 屋 根の値に近く なる。
特に，
こ の傾 向は，
風 上側が顕 著で あ る。
4．
ま とめ 本 報 告は，
屋 根 形 状，
風 速，
屋 上 積 雪 形 状の 3者の関 係を究 明する た め，
模 型 雪 （活 性 白土）を用い た風 洞実 験の結 果 と，
野 外に設 置し た実 大 屋 根の積 雪 形 状の観 測 結 果と を比 較 し た報 告で あ る。 はじめに，
活 性 白土の模 型 雪の相 似 性を検 討し，
既 往の実 験の模 型 雪と比 較し，
適 性 を もつ こと を確 めた。
次に， 実 験の結 果 を要 約 する と，
1） 活 性白土を 用い た風洞 実 験は，
降 雪 時の気象条件 と組み合わ せ る と，
屋 上 積 雪 形 状を判 断 する有 用な 情報の供給源の一
つ と な る。
2｝ 風 速 が あ る場 合，
水 平屋根の積も り係数の値は，
山 形屋根の そ れ よ り も常に小 さい。
3） 山形屋根は， 屋根こう 配 25°
前後を 分岐点に， 積 雪 形状に差異が生 じ，
こう配 値の増 加 と と もに積もり係数 は漸増 し
，
分岐 点を越えうと漸 減す る。
ま た， 風 上，
風 下で積雪性状は違い， 後者の積も り係数の 値が大きい。
な右
，
本 実験の 結果 は，
冒 頭で ふれ た よ うに，
北日 本 の地 域に適 合 する，
と考え ら れ る もの で，
周 辺条件の影 響を受け るこ と が ない単 体の建 物が，一
定の雪質，
風速，
風向の 下で，
乾 雪 を 主 体 と する新 降 雪の場 合の屋上積 雪 性状を示す もの である。
また， 冒頭の実 験 仮 説は， こ の 前 提 条 件 を具 備す る場 合に成 立 する もの で ある。 今 後，
各 種の屋 根 形 状につ い て，
野 外 実 験と 風 洞実験 と を平 行 し て実施 し，
ま た，
活 性白 土の含 水 率 を変化 し た 場 合の 風洞 実 験を実 施す る 必要が あ る， と考え る。
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148．
SYNOPSIS
UDC:S24.042.41:624.042.42:SSI.578.4
THE
RELATION
BETVVEEN
THE
FORMING
CONDITIONSROOF
INCLINATION
AND
THE
OF
THE
SNOW
DEPTH
byDr. AKIHISA ENDO, Professoref HokkaidoInstitute
Technelogy and TSUKASA TOMABECHI, Assistant Hokkaidelnstituteof Technology,Members of A.I.J.
ofof
This
is
a report on our research on the ratio of the snowground
bywindtunnel testswith activated clay particles.
The
results are :L 2.
3,
depth
on theflat
roof, thegableroof to thaton the
The
ratio of thesnowdepth
on the roofs tothat on the ground usuallydecreases
as the wind growsstron-ger
and increasesas the wind grows weaker.As the wind grows stronger, the ratio of the snow
depth
on theflat
:oof te thaton the ground isusuallyless.than
theratio of the snowdepth
on the gableroof tothat of the snowdepth
on the ground,
