Projektowanie konstrukcji polega na obliczaniu obciążeń. Firma inżynierska Nishkian oferuje zwięzły opis: „Obciążenia są powszechnie rozumiane jako siły, które powodują naprężenia, odkształcenia lub przyspieszenia. Obciążenia te są przykładane do konstrukcji lub jej elementów, które powodują naprężenia lub przemieszczenia.” Z ogólnego pojęcia „obciążenia” wynikają dwie główne kategorie: obciążenia martwe i obciążenia żywe. Czym się one różnią?
OBCIĄŻENIA NIERUCHOME
W skrócie, obciążenie własne konstrukcji obejmuje jej ciężar całkowity, zwykle mierzony w funtach na stopę kwadratową, zanim zostanie ona oddana do użytku. Podłogi, ściany, dach, kolumny, schody, stałe wyposażenie i wszelkie stałe elementy wystroju stanowią obciążenie statyczne, które zwykle nie zmienia się przez cały okres użytkowania budynku. Cytując ponownie Nishkiana: „Obciążenia statyczne uwzględniają siły niedynamiczne, które wywierają ciągły i stały nacisk na konstrukcję.”
W związku z tym, obliczenia obciążenia statycznego, zanim budynek przyjmie dodatkowe obciążenia wynikające z zajmowania lub użytkowania, ciężaru jego komponentów i nacisków wywieranych w kierunku do dołu na podłoże, muszą obejmować beton dla systemu fundamentowego, planowane materiały budowlane plus wszelkie urządzenia serwisowe, takie jak windy, urządzenia HVAC i przewody, instalacje wodno-kanalizacyjne, stałe urządzenia produkcyjne, itp.
Obciążenia użytkowe
Obciążenia użytkowe odnoszą się do sił dynamicznych wynikających z użytkowania i przeznaczenia budynku. Reprezentują one siły przejściowe, które mogą być przenoszone przez budynek lub działać na każdy konkretny element konstrukcyjny. Obciążenia te, mierzone również w psf, obejmują przewidywany ciężar ludzi, mebli, urządzeń, samochodów, sprzętu ruchomego i tym podobnych.
Amerykańskie Stowarzyszenie Inżynierów Cywilnych (ASCE) wymaga, aby minimalne obciążenia użytkowe w projekcie zawsze przewyższały maksymalne przewidywane obciążenia użytkowe w okresie użytkowania budynku w przypadku, gdy obciążenia są w rzeczywistości przekroczone. Wytyczne ASCE nakazują stosowanie obciążeń użytkowych zgodnie z kategoriami zamierzonego użytkowania i przeznaczenia dla danego typu budynku.
Ponieważ obciążenia użytkowe zależą od wytrzymałości konstrukcji, znajomość dokładnego planowanego sposobu użytkowania budynku jest krytyczna. Siła obciążenia własnego lub jej brak często definiuje, jak duże obciążenie rzeczywiste może wytrzymać budynek. Beton zbrojony wytwarza najcięższe obciążenia własne, ale również utrzymuje największy ciężar dzięki swojej ogromnej wytrzymałości na ściskanie. Stal konstrukcyjna oferuje znacznie mniejsze obciążenie własne i zapewnia doskonałe podparcie dla obciążeń użytkowych w budynkach wielopiętrowych. Drewno naturalne i konstrukcyjne spoczywa stosunkowo lekko na fundamencie, ale podtrzymuje mniej obciążeń użytkowych niż stal i beton.
Łączne obciążenia martwe i żywe równają się „obciążeniu grawitacyjnemu” konstrukcji. Jednak na budynki działają również inne obciążenia.
OBCIĄŻENIA ŚRODOWISKOWE
Aby budynek mógł spełnić wymagania przepisów, projekt konstrukcyjny musi uwzględniać również inne obciążenia dynamiczne działające na niego z boku. Te obciążenia środowiskowe mogą pochodzić od śniegu, wiatru, ruchów gleby i aktywności sejsmicznej. Naturalnie, kody Colorado Front Range są lekkie w zakresie kontroli sejsmicznych, ale z pewnością uwzględniają ekstremalne warunki śniegowe, wiatr i glebę.
Bezpieczeństwo vs. Ekonomia
Przy projektowaniu budynków mieszkalnych jedno- i wielorodzinnych, komercyjnych, handlowych, biurowych, parkingowych, rolniczych lub przemysłowych, projektant staje przed wyzwaniem spełnienia i przekroczenia kodów bez nadmiernego budowania. Podczas gdy bezpieczeństwo powinno zawsze przeważać, budowanie nadmiernej wytrzymałości konstrukcji (obciążenie własne) niepotrzebnie zwiększa ostateczny koszt projektu. Dlatego też wybór podparcia i szkieletu z drewna, stali, betonu lub ich kombinacji staje się krytycznym elementem projektu. Obciążenia żywe, które będą wywierać znaczny nacisk i/lub aktywność w konstrukcji, takie jak w przypadku parkingu, mogą wymagać betonu. Jednak te, które przenoszą mniejszy ciężar lub ruch wewnątrz, jak w przypadku dwupiętrowych budynków biurowych, mogą być wystarczające przy użyciu stali lub drewna. Zanim będzie można uzyskać zgodę na budowę, należy uwzględnić wszystkie obciążenia w projekcie.
Na szczęście nie trzeba zaczynać od zera, próbując określić ciężary materiałów budowlanych, średnie obciążenia użytkowe i wspólne siły środowiskowe podczas rozpoczynania projektu konstrukcyjnego. Nagromadzone bogactwo wiedzy inżynierskiej i architektonicznej gromadzi się w łatwo dostępnych programach komputerowych, takich jak te używane przez Barton Supply. Pamiętaj, aby skonsultować się z nami w sprawie swojego projektu. Możemy pomóc Ci w oszacowaniu, rysunkach warsztatowych i zarządzaniu projektem!
.