Wat is een structurele belasting?
Structurele belasting is het totale gewicht van een gebouw, brug of ander object. Deze waarde omvat het gewicht van het object, eventuele geïnstalleerde apparatuur en de mogelijke effecten van weer en mensen. Belastingen die worden veroorzaakt door het gewicht van de constructie worden normaal statische belastingen genoemd en belastingen van inzittenden of weersinvloeden worden actieve belastingen genoemd. Architecten en ingenieurs moeten alle mogelijke belastingen en voldoende veiligheidsfactoren opnemen in het constructieve ontwerp om storingen in de belasting te voorkomen.
Als een gebouw als voorbeeld wordt gebruikt, kan de statische belasting van het gebouw het staalwerk, vloeren en binnenmuren omvatten. Alle apparatuur die is geïnstalleerd om de bouwactiviteiten te ondersteunen, zoals verwarmings- en airconditioningapparatuur, verlichting en sanitair, moet worden toegevoegd aan de statische belastingberekeningen. Deze factoren zijn alleen gelijk aan de structurele belasting van een leeg gebouw en zijn veel minder dan de minimale veilige ontwerpvereisten.
Extra belastingen komen van het meubilair, draagbare kantoorapparatuur en persoonlijke bezittingen die naar het gebouw worden gebracht. De mensen die in het gebouw werken en eventuele bezoekers zijn een constant veranderende live belasting die structureel door het gebouw moet worden ondersteund. Winden, sneeuw of zware regenval kunnen een aanzienlijk gewicht aan de bouwstructuur toevoegen en moeten worden opgenomen in de berekening van de structurele belasting.
Veel overheden stellen minimale belastingseisen voor verschillende soorten bouwactiviteiten. Een kantoorgebouw kan andere belastingsvereisten hebben dan een productiebedrijf met grote apparatuur op de vloeren. Een andere overweging voor industriële gebouwen is het effect van trillingen op het gebouw. Berekeningen van de trillingsconstructiebelasting moeten worden uitgevoerd met extra versterking van het gebouw en de funderingen.
Bewegende apparatuur heeft ook overwegingen met betrekking tot structurele belasting vanwege trillingen en schokeffecten. Vliegtuigen hebben grote belastingen gecreëerd door de effecten van lucht op de vleugels en het buitenoppervlak. Passagiers en bagage voegen extra ladingen toe die moeten worden ondersteund door de romp of de carrosserie van het vliegtuig en de vleugels die de hele constructie optillen. Turbulentie, starts en landingen zijn live schokbelastingen die over korte periodes aanzienlijke spanningen kunnen veroorzaken, en moeten in het ontwerp van vliegtuigen worden overwogen. Soortgelijke schokbelastingen treden op bij vrachtwagens en auto's wanneer ze over ruwe wegen rijden en het voertuigframe en de ophanging moeten deze spanningen opvangen.
Bruggen hebben verschillende overwegingen met betrekking tot de structurele belasting, omdat ze vaak alleen aan elk uiteinde worden ondersteund of met normale steunpieren of kolommen. Bewegend verkeer creëert buigspanningen in de rijbaansecties die niet worden ondersteund en kan leiden tot trillingsspanningen die harmonischen worden genoemd en die de structuur kunnen beschadigen. Bruggen waarvoor langere niet-ondersteunde secties nodig zijn, gebruiken vaak kabels of andere steunen om lasten over te dragen naar funderingspieren of steunkolommen van de hoofdbrug. Dankzij kabelsteunen kan de brugconstructie minder zwaar zijn, omdat de constructie zelf niet de hele brug en alle actieve belastingen hoeft te dragen.
Het weer kan aanzienlijke belastingen op constructies veroorzaken en kan een belangrijke ontwerpoverweging zijn in delen van de wereld waar de wind sterk is of de sneeuw zwaar is. Windsnelheden nemen toe met de hoogte boven de grond, wat in orkaangevoelige gebieden een aanzienlijke belasting kan veroorzaken tegen de buitenkant en de binnenstructuur van een gebouw. Zware regenval die vaak optreedt tijdens tropische stormen kan nog meer belasting toevoegen die door het gebouw moet worden opgenomen. Sinds het begin van de 20e eeuw hebben veel overheden structurele belastingontwerpvereisten voor orkaangebieden en worden deze van tijd tot tijd herzien omdat testen en onderzoeken van stormschade resulteert in een beter begrip van windstress.