Structureel ontwerp heeft alles te maken met het berekenen van belastingen. Het ingenieursbureau Nishkian geeft een beknopte beschrijving: “Belastingen worden algemeen opgevat als krachten die spanningen, vervormingen of versnellingen veroorzaken. Deze belastingen worden uitgeoefend op een structuur of zijn componenten die spanning of verplaatsing veroorzaken.” Uit het algemene begrip “belasting” komen twee hoofdcategorieën voort: dode belastingen en levende belastingen. Hoe verschillen zij?
DODE LADEN
In het kort, de dode belasting van een constructie omvat het voltooide gewicht, gewoonlijk gemeten in ponden per vierkante voet, voordat de constructie in gebruik wordt genomen. De vloeren, muren, dak, kolommen, trappen, permanente uitrusting en elk vast decor vormen een statische belasting die gewoonlijk niet verandert tijdens de levensduur van het gebouw. Om Nishkian nogmaals te citeren: “ead loads account for the non-dynamic forces that place continuous and permanent force on a structure.”
Daarom moeten berekeningen voor de dode belasting voordat een gebouw de extra belastingen van bewoning of gebruik, het gewicht van de componenten en de druk die in neerwaartse richting op de grond wordt uitgeoefend, het beton voor het funderingssysteem, de geplande bouwmaterialen plus alle service-apparatuur zoals liften, HVAC-units en kanalen, sanitair, vaste productie-apparatuur, enz. omvatten.
LIVE LOADS
Live loads refer to the dynamic forces from occupancy and intended use. Zij vertegenwoordigen de voorbijgaande krachten die door het gebouw kunnen worden verplaatst of op een bepaald constructie-element kunnen inwerken. Deze belastingen, ook gemeten in psf, omvatten het te verwachten gewicht van mensen, meubels, apparaten, auto’s, verplaatsbare apparatuur en dergelijke.
De American Society of Civil Engineers (ASCE) schrijft voor dat de minimale levende belastingen in het ontwerp altijd hoger moeten zijn dan de maximale te verwachten levende belastingen gedurende de levensduur van het gebouw, voor het geval de belastingen in feite worden overschreden. De ASCE-richtlijnen schrijven levende ladingen voor volgens categorieën van voorgenomen bewoning en gebruik per gebouwtype.
Omdat levende ladingen afhankelijk zijn van de sterkte van de constructie, is kennis van het exacte geplande gebruik van het gebouw van cruciaal belang. De kracht van de dode belasting, of het ontbreken daarvan, bepaalt vaak hoeveel levende belasting het gebouw aankan. Gewapend beton veroorzaakt de zwaarste dode belastingen, maar ondersteunt ook het meeste gewicht met zijn enorme druksterkte. Constructiestaal heeft veel minder last van de dode last en biedt superieure ondersteuning voor levende lasten in gebouwen met meerdere verdiepingen. Natuurlijk en gefabriceerd hout rusten relatief licht op de fundering maar dragen minder levende lasten dan staal en beton.
De totale dode plus levende lasten zijn gelijk aan de “zwaartekrachtsbelasting” van de constructie. Maar er zijn nog meer belastingen die op gebouwen inwerken.
ENVIRONMENTELE BELASTINGEN
Voordat een bouwwerk aan de eisen van de norm voldoet, moet het constructieve ontwerp ook andere dynamische belastingen opnemen die er zijdelings op inwerken. Deze omgevingsbelastingen kunnen afkomstig zijn van sneeuw, wind, bodembewegingen en seismische activiteit. Natuurlijk zijn de Colorado Front Range codes licht op seismische controles, maar ze houden zeker rekening met extreme sneeuw, wind en bodemomstandigheden.
Veiligheid vs. Economie
Bij het ontwerpen van eengezins- en meergezinswoningen, commerciële, winkel-, kantoor-, parkeer-, landbouw- of industriële gebouwen, staat de ontwerper voor de uitdaging om aan de codes te voldoen en deze te overtreffen zonder te overbouwen. Hoewel veiligheid altijd voorrang moet hebben, verhoogt het bouwen van overmatige structurele sterkte (dode belasting) nodeloos de uiteindelijke projectkosten. De keuze voor draagconstructie met hout, staal, beton, of combinaties daarvan, wordt dus een kritisch element in het ontwerp. Bij belastingen onder spanning die een aanzienlijke druk en/of activiteit op de constructie uitoefenen, zoals u zou verwachten van een parkeergarage, is beton vereist. Voor belastingen met minder gewicht of beweging binnenin, zoals bij kantoorgebouwen van twee verdiepingen, kan staal of hout volstaan. Voordat u goedkeuring kunt krijgen voor de bouw, moet u rekening hebben gehouden met alle belastingen in uw ontwerp.
Gelukkig hoeft u niet vanaf nul te beginnen met het bepalen van bouwmateriaalgewichten, gemiddelde bezettingslasten en veel voorkomende omgevingskrachten wanneer u begint met een constructief ontwerp. De verzamelde rijkdom aan bouwkundige en architectonische kennis komt samen in gemakkelijk toegankelijke computerprogramma’s zoals die gebruikt worden door Barton Supply. Raadpleeg ons voor uw project. Wij kunnen u helpen met schatting, winkel tekeningen en project management!