Vad är en strukturell belastning?

Strukturell belastning är den totala vikten för en byggnad, bro eller annat föremål. Detta värde inkluderar objektets vikt, all utrustning som är installerad i det och de potentiella effekterna av väder och människor. Belastningar som skapas av konstruktionens vikt kallas normalt statiska belastningar, och belastningar från beboare eller vädereffekter kallas för livbelastning. Arkitekter och ingenjörer måste inkludera alla möjliga laster och tillräckliga säkerhetsfaktorer i konstruktionsdesign för att förhindra lastfel.

Med hjälp av en byggnad som exempel kan byggnadens statiska belastning innehålla stålverk, golv och innerväggar. All utrustning installerad för att stödja byggverksamheten, såsom värme- och luftkonditioneringsutrustning, belysning och VVS måste läggas till i statiska belastningsberäkningar. Dessa faktorer motsvarar bara en tom byggnads strukturella belastning och är mycket mindre än minimikraven för säker konstruktion.

Ytterligare belastningar uppstår från möblerna, bärbar kontorsutrustning och personliga effekter som tillförs byggnaden. Människorna som arbetar i byggnaden och alla besökare är en ständigt föränderlig levande belastning som måste byggas strukturellt. Vindar, snö eller kraftigt regn kan lägga till betydande vikt till byggnadsstrukturen och måste inkluderas i beräkningar av strukturell belastning.

Många regeringar ställer krav på minimilastning för olika typer av byggverksamheter. En kontorsbyggnad kan ha andra belastningskrav än en tillverkningsoperation med stor utrustning placerad på golven. En annan övervägande för industribyggnader är effekten av vibrationer på byggnaden, och vibrationsstrukturbelastningsberäkningar måste göras med ytterligare förstärkning av byggnaden och fundamenten.

Flyttningsutrustning har också strukturella belastningsöverväganden på grund av vibrationer och chockeffekter. Flygplan har stora belastningar som skapas av luftens effekter på vingarna och yttre ytan. Passagerare och bagage lägger till ytterligare laster som måste stöds av flygkroppen eller flygplanets kropp och vingarna som lyfter hela strukturen. Turbulens, startar och landningar är levande chockbelastningar som kan lägga till betydande spänningar under korta perioder och måste beaktas vid flygplanens utformning. Liknande chockbelastning uppstår på lastbilar och bilar när de kör över grova vägar, och fordonsramen och upphängningen måste absorbera dessa spänningar.

Broar har olika strukturella belastningsöverväganden, eftersom de ofta stöds endast i varje ände eller med vanliga stödbryggor eller kolumner. Rörelse av trafik skapar böjspänningar i vägavsnitt som inte stöds, och kan resultera i vibrationsspänningar som kallas harmonier som kan skada strukturen. Broar som kräver längre avsnitt som inte stöds använder ofta kablar eller andra stöd för att överföra laster till fundamentpier eller huvudbronsupportkolonner. Kabelstöden tillåter brokonstruktionen att ha lägre vikt, eftersom själva strukturen inte behöver stödja hela bron och alla levande laster.

Vädret kan skapa betydande belastningar på strukturer och kan vara en viktig designhänsyn i delar av världen där vindarna är starka eller snöfall är tunga. Vindhastigheterna ökar med höjden över marken, vilket i orkanen utsatta områden kan skapa betydande belastning mot en byggnads yttre och den inre strukturen. Kraftigt regn som ofta förekommer under tropiska stormar kan lägga till ännu mer belastning som måste absorberas av byggnaden. Sedan början av 1900-talet har många regeringar krav på konstruktionsbelastning för orkanområden och revideras då och då eftersom tester och undersökningar av stormskador resulterar i en bättre förståelse för vindspänning.