Bei der Tragwerksplanung geht es um die Berechnung von Lasten. Das Ingenieurbüro Nishkian bietet eine prägnante Beschreibung: „Unter Lasten versteht man im Allgemeinen Kräfte, die Spannungen, Verformungen oder Beschleunigungen verursachen. Diese Lasten werden auf ein Bauwerk oder seine Bauteile aufgebracht und verursachen Spannungen oder Verschiebungen.“ Aus dem allgemeinen Konzept der „Last“ ergeben sich zwei Hauptkategorien: Eigenlasten und Nutzlasten. Wie unterscheiden sie sich?
Eigenlasten
Kurz gesagt, umfasst die Eigenlast eines Bauwerks sein Gesamtgewicht, das normalerweise in Pfund pro Quadratfuß gemessen wird, bevor es in Betrieb genommen wird. Die Böden, Wände, das Dach, die Säulen, die Treppen, die permanente Ausrüstung und jede feste Einrichtung bilden eine statische Last, die sich normalerweise während der Lebensdauer des Gebäudes nicht ändert. Um noch einmal Nishkian zu zitieren: „
Daher müssen die Berechnungen für die Eigenlast, bevor ein Gebäude die zusätzlichen Lasten aus der Belegung oder Nutzung, das Gewicht seiner Komponenten und den nach unten gerichteten Druck auf den Boden aufnimmt, den Beton für das Fundamentsystem, die geplanten Baumaterialien sowie alle Serviceeinrichtungen wie Aufzüge, HLK-Einheiten und -Leitungen, Sanitäranlagen, feste Produktionseinrichtungen usw. umfassen.
LEBENDE LASTEN
Lebende Lasten beziehen sich auf die dynamischen Kräfte aus der Belegung und der beabsichtigten Nutzung. Sie stellen die vorübergehenden Kräfte dar, die sich durch das Gebäude bewegen oder auf ein bestimmtes Strukturelement einwirken können. Diese Lasten, die ebenfalls in psf gemessen werden, umfassen das zu erwartende Gewicht von Personen, Möbeln, Geräten, Fahrzeugen, beweglichen Ausrüstungen und ähnlichem.
Die American Society of Civil Engineers (ASCE) schreibt vor, dass die minimalen Nutzlasten in der Planung immer die maximal zu erwartenden Nutzlasten während der Lebensdauer des Gebäudes übersteigen sollten, falls die Lasten tatsächlich überschritten werden. In den ASCE-Richtlinien werden die Nutzlasten nach den Kategorien der beabsichtigten Belegung und Nutzung je Gebäudetyp festgelegt.
Da die Nutzlasten von der strukturellen Festigkeit abhängen, ist die Kenntnis der genauen geplanten Nutzung des Gebäudes von entscheidender Bedeutung. Die Stärke des Eigengewichts bzw. das Fehlen desselben bestimmt oft, wie viel Verkehrslast das Gebäude tragen kann. Stahlbeton erzeugt die schwersten Eigenlasten, trägt aber auch das meiste Gewicht mit seiner enormen Druckfestigkeit. Baustahl hat eine weitaus geringere Eigenlast und trägt die Verkehrslasten in mehrstöckigen Gebäuden besser. Natur- und Holzwerkstoffe ruhen relativ leicht auf dem Fundament, tragen aber weniger Verkehrslasten als Stahl und Beton.
Die Summe der Eigenlasten und Verkehrslasten entspricht der „Schwerkraftlast“ des Bauwerks. Aber es gibt noch weitere Lasten, die auf Gebäude einwirken.
UMWELTLASTEN
Damit ein Gebäude den Vorschriften entspricht, muss die Konstruktion auch andere dynamische Lasten berücksichtigen, die seitlich auf das Gebäude wirken. Diese Umweltlasten können von Schnee, Wind, Bodenbewegungen und seismischen Aktivitäten herrühren. Natürlich sind die Vorschriften für die Colorado Front Range in Bezug auf seismische Einwirkungen nicht sehr streng, aber sie berücksichtigen extreme Schnee-, Wind- und Bodenverhältnisse.
Sicherheit vs. Wirtschaftlichkeit
Bei der Planung von Ein- und Mehrfamilienhäusern, Gewerbe-, Einzelhandels-, Büro-, Park-, Landwirtschafts- oder Industriegebäuden steht der Planer vor der Herausforderung, die Vorschriften zu erfüllen und zu übertreffen, ohne zu viel zu bauen. Zwar sollte die Sicherheit immer Vorrang haben, aber ein Übermaß an struktureller Stärke (Eigenlast) erhöht unnötigerweise die endgültigen Projektkosten. Daher ist die Entscheidung für eine Tragkonstruktion aus Holz, Stahl, Beton oder einer Kombination davon ein entscheidender Faktor bei der Planung. Für Nutzlasten, die einen erheblichen Druck und/oder eine hohe Aktivität innerhalb der Struktur ausüben, wie z. B. bei einem Parkhaus, kann Beton erforderlich sein. Bei geringeren Lasten oder Bewegungen im Inneren, wie bei zweistöckigen Bürogebäuden, kann dagegen Stahl oder Holz ausreichen. Bevor Sie eine Baugenehmigung erhalten, müssen Sie alle Lasten in Ihrem Entwurf berücksichtigt haben.
Glücklicherweise müssen Sie nicht bei Null anfangen, wenn Sie versuchen, die Gewichte der Baumaterialien, die durchschnittlichen Belegungslasten und die üblichen Umgebungskräfte zu bestimmen, wenn Sie mit einem Tragwerksentwurf beginnen. Das geballte Wissen von Ingenieuren und Architekten ist in leicht zugänglichen Computerprogrammen wie denen von Barton Supply zusammengefasst. Wenden Sie sich bei Ihrem Projekt unbedingt an uns. Wir können Ihnen bei der Kostenschätzung, den Werkstattzeichnungen und dem Projektmanagement behilflich sein!