Strukturel design handler om at beregne belastninger. Ingeniørfirmaet Nishkian tilbyder en kortfattet beskrivelse: “Belastninger forstås almindeligvis som kræfter, der forårsager spændinger, deformationer eller accelerationer. Disse belastninger påføres en struktur eller dens komponenter, der forårsager spændinger eller forskydninger.” Fra det generelle begreb “belastning” udledes to hovedkategorier: døde belastninger og levende belastninger. Hvordan adskiller de sig?
DØDTE BELASTNINGER
Kort sagt omfatter den døde belastning af en konstruktion dens færdige vægt, normalt målt i pund pr. kvadratfod, før den tages i brug. Gulve, vægge, tag, søjler, trapper, permanent udstyr og enhver fast indretning udgør en statisk belastning, som normalt ikke ændrer sig i løbet af bygningens levetid. For at citere Nishkian igen: “
Derfor skal beregningerne af den døde belastning, før en bygning påtager sig de yderligere belastninger fra beboelse eller brug, vægten af dens komponenter og det tryk, der påføres jorden i nedadgående retning, omfatte betonen til fundamentsystemet, planlagte byggematerialer plus eventuelt serviceudstyr som elevatorer, HVAC-enheder og -kanaler, VVS-installationer, fast produktionsudstyr osv.
LIVE LOADS
Live loads henviser til de dynamiske kræfter fra beboelse og den påtænkte anvendelse. De repræsenterer de transiente kræfter, der kan bevæge sig gennem bygningen eller virke på et bestemt konstruktionselement. Disse belastninger, der også måles i psf, omfatter den forventede vægt af personer, møbler, apparater, biler, biler, bevægeligt udstyr og lignende.
Det amerikanske samfund af civilingeniører (ASCE) kræver, at de minimale levende belastninger i konstruktionen altid bør overstige de maksimale forventede levende belastninger i løbet af bygningens levetid, hvis belastningerne faktisk overskrides. ASCE-retningslinjerne foreskriver levende belastninger i henhold til kategorier af påtænkt beboelse og anvendelse pr. bygningstype.
Da levende belastninger afhænger af strukturel styrke, er viden om den nøjagtige planlagte anvendelse af bygningen afgørende. Den døde lasts styrke, eller mangel på samme, definerer ofte, hvor meget levende last den kan klare. Armeret beton skaber de tungeste dødlaster, men understøtter også den største vægt med sin enorme trykstyrke. Konstruktionsstål giver en langt mindre dødlast og giver en overlegen støtte til levende laster i bygninger med flere etager. Naturtræ og konstrueret træ hviler relativt let på fundamentet, men understøtter færre levende belastninger end stål og beton.
Den samlede dødlast plus levende belastninger er lig med strukturens “tyngdekraftbelastning”. Men der er endnu flere belastninger, der også virker på bygninger.
ENVIRONMENTAL LOADS
Hvor en bygning kan opfylde kravene i lovgivningen, skal den strukturelle konstruktion også omfatte andre dynamiske belastninger, der virker på den sideværts. Disse miljøbelastninger kan komme fra sne, vind, jordbevægelser og seismisk aktivitet. Naturligvis er Colorado Front Range-lovgivningen let på seismiske kontroller, men tager bestemt højde for ekstreme sne-, vind- og jordbundsforhold.
Sikkerhed vs. økonomi
Når designeren designer en- og flerfamilieboliger, kommercielle, butiks-, kontor-, parkerings-, landbrugs- eller industribygninger, står han over for den udfordring at opfylde og overskride lovgivningen uden at bygge for meget. Selv om sikkerhed altid bør være vigtigst, er det unødvendigt at bygge for meget strukturel styrke (dødlast), hvilket øger de endelige projektomkostninger unødigt. Derfor bliver valget af at støtte og indramme med træ, stål, beton eller kombinationer heraf et afgørende element i designet. Levende belastninger, der vil medføre et betydeligt tryk og/eller aktivitet i konstruktionen, som f.eks. i en parkeringskælder, kan kræve beton. Men belastninger med mindre vægt eller indre bevægelser, som f.eks. i toetagers kontorbygninger, kan være tilstrækkeligt med stål eller træ. Før du kan få godkendelse til at bygge, skal du have taget højde for alle belastninger i dit design.
Du behøver heldigvis ikke starte helt forfra med at forsøge at bestemme bygningsmaterialevægte, gennemsnitlige belægningsbelastninger og almindelige miljøkræfter, når du begynder et strukturelt design. Den akkumulerede rigdom af teknisk og arkitektonisk viden samles i lettilgængelige computerprogrammer som dem, der anvendes af Barton Supply. Sørg for at rådføre dig med os om dit projekt. Vi kan hjælpe dig med estimering, butikstegninger og projektstyring!