Co to jest obciążenie strukturalne?
Obciążenie strukturalne to całkowita waga budynku, mostu lub innego obiektu. Wartość ta obejmuje wagę obiektu, zainstalowanego w nim sprzętu oraz potencjalne skutki pogody i ludzi. Obciążenia tworzone przez ciężar konstrukcji są zwykle nazywane obciążeniami statycznymi, a obciążenia od osób przebywających w pobliżu lub efekty pogodowe nazywane są obciążeniami czynnymi. Architekci i inżynierowie muszą uwzględnić wszystkie możliwe obciążenia i odpowiednie czynniki bezpieczeństwa w projekcie konstrukcyjnym, aby zapobiec awariom obciążeń.
Na przykładzie budynku obciążenie statyczne budynku może obejmować konstrukcję stalową, podłogi i ściany wewnętrzne. Wszelkie urządzenia zainstalowane w celu wsparcia operacji budowlanych, takie jak urządzenia grzewcze i klimatyzacyjne, oświetlenie i instalacje hydrauliczne, muszą zostać dodane do obliczeń obciążenia statycznego. Czynniki te są tylko równe obciążeniu konstrukcyjnemu pustego budynku i są znacznie mniejsze niż minimalne wymagania bezpiecznego projektu.
Dodatkowe obciążenia powstają z mebli, przenośnego sprzętu biurowego i rzeczy osobistych wniesionych do budynku. Ludzie, którzy pracują w budynku i odwiedzający, stale zmieniają się pod obciążeniem, które musi być strukturalnie wspierane przez budynek. Wiatry, śnieg lub ulewne deszcze mogą znacznie zwiększyć ciężar konstrukcji budynku i muszą być uwzględnione w obliczeniach obciążenia konstrukcyjnego.
Wiele rządów wydaje minimalne wymagania dotyczące obciążenia dla różnych rodzajów operacji budowlanych. Budynek biurowy może mieć inne wymagania dotyczące obciążenia niż operacja produkcyjna z dużym sprzętem umieszczonym na podłogach. Innym aspektem dla budynków przemysłowych jest wpływ wibracji na budynek, a obliczenia drgań strukturalnych należy wykonać z dodatkowym wzmocnieniem budynku i fundamentów.
Przenoszenie sprzętu ma również wpływ na obciążenie strukturalne z powodu wibracji i wstrząsów. Samoloty mają duże obciążenia powstałe w wyniku działania powietrza na skrzydła i zewnętrzną powierzchnię. Pasażerowie i bagaż dodają dodatkowe obciążenia, które muszą być podtrzymywane przez kadłub lub nadwozie samolotu, a także skrzydła podnoszące całą konstrukcję. Turbulencje, starty i lądowania są obciążeniami udarowymi na żywo, które mogą powodować znaczne naprężenia w krótkich okresach i należy je uwzględnić przy projektowaniu samolotów. Podobne obciążenie udarowe występuje w ciężarówkach i samochodach, które poruszają się po wyboistych drogach, a rama pojazdu i zawieszenie muszą wytrzymać te naprężenia.
Mosty mają różne uwarunkowania dotyczące obciążenia konstrukcyjnego, ponieważ często są podparte tylko na każdym końcu lub za pomocą zwykłych podpór lub kolumn. Poruszający się ruch powoduje naprężenia zginające na odcinkach jezdni, które nie są podparte, i może powodować naprężenia wibracyjne zwane harmonicznymi, które mogą uszkodzić konstrukcję. Mosty wymagające dłuższych niepodpartych odcinków często wykorzystują kable lub inne podpory do przenoszenia obciążeń na filary fundamentowe lub kolumny wsporcze głównego mostu. Podpory kablowe pozwalają na obniżenie ciężaru konstrukcji mostu, ponieważ sama konstrukcja nie musi podtrzymywać całego mostu i wszystkich obciążeń czynnych.
Pogoda może powodować znaczące obciążenia konstrukcji i może być ważnym czynnikiem branym pod uwagę przy projektowaniu w częściach świata, w których występują silne wiatry lub duże opady śniegu. Prędkości wiatru rosną wraz z wysokością nad ziemią, co w obszarach narażonych na huragan może powodować znaczne obciążenie zewnętrznej i wewnętrznej konstrukcji budynku. Ulewny deszcz często występujący podczas burz tropikalnych może zwiększyć obciążenie, które musi zostać pochłonięte przez budynek. Od początku XX wieku wiele rządów ma wymagania dotyczące obliczeń obciążenia strukturalnego w obszarach huraganów i od czasu do czasu są one zmieniane, ponieważ testy i badania uszkodzeń spowodowanych przez burzę pozwalają lepiej zrozumieć naprężenia wiatru.