Was ist eine strukturelle Belastung?
Die strukturelle Belastung ist das Gesamtgewicht eines Gebäudes, einer Brücke oder eines anderen Objekts. Dieser Wert beinhaltet das Gewicht des Objekts, alle darin installierten Geräte und die möglichen Auswirkungen von Wetter und Personen. Lasten, die durch das Gewicht der Struktur erzeugt werden, werden normalerweise als statische Lasten bezeichnet, und Lasten von Insassen oder Witterungseinflüssen werden als aktive Lasten bezeichnet. Architekten und Ingenieure müssen alle möglichen Lasten und angemessene Sicherheitsfaktoren in die Tragwerksplanung einbeziehen, um Lastausfälle zu vermeiden.
Am Beispiel eines Gebäudes kann die statische Belastung des Gebäudes Stahlkonstruktionen, Fußböden und Innenwände umfassen. Alle zur Unterstützung des Gebäudebetriebs installierten Geräte, wie z. B. Heizungs- und Klimaanlagen, Beleuchtungs- und Sanitäranlagen, müssen zur Berechnung der statischen Belastung hinzugefügt werden. Diese Faktoren entsprechen nur der statischen Belastung eines leeren Gebäudes und liegen weit unter den Mindestanforderungen an die sichere Konstruktion.
Zusätzliche Belastungen entstehen durch Möbel, tragbare Bürogeräte und persönliche Gegenstände, die in das Gebäude gebracht werden. Die Menschen, die im Gebäude arbeiten, und alle Besucher sind eine sich ständig ändernde Lebenslast, die vom Gebäude strukturell unterstützt werden muss. Wind, Schnee oder starker Regen können die Gebäudestruktur erheblich belasten und müssen in die Traglastberechnungen einbezogen werden.
Viele Regierungen geben Mindestlastanforderungen für verschiedene Arten von Bauvorgängen vor. Ein Bürogebäude kann andere Belastungsanforderungen haben als ein Fertigungsbetrieb mit großen Geräten auf den Etagen. Eine weitere Überlegung für Industriebauten ist die Auswirkung von Vibrationen auf das Gebäude, und Berechnungen der Vibrationslast müssen mit zusätzlicher Verstärkung des Gebäudes und der Fundamente durchgeführt werden.
Das Bewegen von Geräten hat auch strukturelle Belastungsaspekte aufgrund von Vibrations- und Schockeffekten. Flugzeuge haben große Belastungen, die durch die Einwirkung von Luft auf die Tragflächen und die Außenfläche entstehen. Passagiere und Gepäck fügen zusätzliche Lasten hinzu, die vom Rumpf oder der Flugzeugkarosserie getragen werden müssen, sowie die Tragflächen, die die gesamte Struktur anheben. Turbulenzen, Starts und Landungen sind Stoßbelastungen, die kurzfristig zu erheblichen Belastungen führen können und bei der Flugzeugkonstruktion berücksichtigt werden müssen. Eine ähnliche Stoßbelastung tritt bei Lastkraftwagen und PKW auf, wenn diese über unebene Straßen fahren, und der Fahrzeugrahmen und die Aufhängung müssen diese Belastungen aufnehmen.
Brücken haben unterschiedliche strukturelle Belastungsaspekte, da sie häufig nur an jedem Ende oder mit regelmäßigen Stützpfeilern oder -säulen abgestützt werden. Der fließende Verkehr erzeugt Biegespannungen in den nicht abgestützten Straßenabschnitten und kann zu Vibrationsspannungen führen, die als Oberwellen bezeichnet werden und die Struktur beschädigen können. Brücken, die längere, nicht abgestützte Abschnitte benötigen, verwenden häufig Kabel oder andere Stützen, um Lasten auf Fundamentpfeiler oder Hauptbrückensäulen zu übertragen. Kabelhalterungen ermöglichen ein geringeres Gewicht der Brückenstruktur, da die Struktur selbst nicht die gesamte Brücke und alle aktiven Lasten tragen muss.
Das Wetter kann die Bauwerke erheblich belasten und in Teilen der Welt, in denen der Wind stark oder der Schneefall stark ist, eine wichtige Rolle bei der Planung spielen. Die Windgeschwindigkeiten nehmen mit der Höhe über dem Boden zu, was in Orkangebieten zu erheblichen Belastungen der Außen- und Innenstruktur eines Gebäudes führen kann. Starker Regen, der häufig während tropischer Stürme auftritt, kann noch mehr Last hinzufügen, die vom Gebäude aufgenommen werden muss. Seit dem frühen 20. Jahrhundert haben viele Regierungen Konstruktionsanforderungen für strukturelle Lasten in Hurrikangebieten und werden von Zeit zu Zeit überarbeitet, da Tests und Untersuchungen von Sturmschäden zu einem besseren Verständnis der Windbelastung führen.