Co to jest obciążenie konstrukcyjne?

Obciążenie konstrukcyjne to całkowity ciężar budynku, mostu lub innego obiektu. Wartość ta obejmuje wagę obiektu, zainstalowanego w nim wyposażenia oraz potencjalny wpływ pogody i ludzi. Obciążenia wytworzone przez ciężar konstrukcji są zwykle nazywane obciążeniami statycznymi, a obciążenia od użytkowników lub wpływy pogodowe są nazywane obciążeniami ruchomymi. Architekci i inżynierowie muszą uwzględnić wszystkie możliwe obciążenia i odpowiednie współczynniki bezpieczeństwa w projekcie konstrukcyjnym, aby zapobiec awariom obciążenia.

Na przykładzie budynku obciążenie statyczne może obejmować konstrukcję stalową, podłogi i ściany wewnętrzne. Wszelkie urządzenia zainstalowane w celu wsparcia operacji budowlanych, takie jak urządzenia grzewcze i klimatyzacyjne, oświetlenie i hydraulika, muszą zostać dodane do obliczeń obciążenia statycznego. Czynniki te równają się jedynie obciążeniu konstrukcyjnemu pustego budynku i są znacznie mniejsze niż minimalne wymagania projektowe dotyczące bezpieczeństwa.

Dodatkowe obciążenia wynikają z wnoszonych do budynku mebli, przenośnego sprzętu biurowego i rzeczy osobistych. Ludzie pracujący w budynku i wszyscy goście są stale zmieniającym się obciążeniem, które musi być konstrukcyjnie podtrzymywane przez budynek. Wiatry, śnieg lub ulewne deszcze mogą znacząco obciążać konstrukcję budynku i muszą być uwzględnione w obliczeniach obciążenia konstrukcyjnego.

Wiele rządów określa wymagania dotyczące minimalnego obciążenia dla różnych rodzajów operacji budowlanych. Budynek biurowy może mieć inne wymagania dotyczące obciążenia niż operacja produkcyjna z dużym wyposażeniem umieszczonym na piętrach. Inną kwestią do rozważenia w przypadku budynków przemysłowych jest wpływ wibracji na budynek, a obliczenia obciążeń konstrukcyjnych wibracyjnych muszą być wykonane z dodatkowym wzmocnieniem budynku i fundamentów.

Przenoszenie sprzętu wiąże się również z względami obciążenia strukturalnego z powodu wibracji i wstrząsów. Samoloty mają duże obciążenia wytworzone przez działanie powietrza na skrzydła i powierzchnię zewnętrzną. Pasażerowie i bagaż dodają dodatkowe ładunki, które muszą być podtrzymywane przez kadłub lub nadwozie samolotu oraz skrzydła podnoszące całą konstrukcję. Turbulencje, starty i lądowania to obciążenia udarowe na żywo, które w krótkim czasie mogą powodować znaczne naprężenia i należy je uwzględnić przy projektowaniu samolotów. Podobne obciążenia udarowe występują w ciężarówkach i samochodach osobowych podczas jazdy po nierównych drogach, a rama i zawieszenie pojazdu muszą amortyzować te naprężenia.

Mosty uwzględniają różne obciążenia konstrukcyjne, ponieważ często są podparte tylko na każdym końcu lub za pomocą regularnych filarów lub kolumn wsporczych. Ruch drogowy powoduje naprężenia zginające w niepodpartych odcinkach jezdni i może powodować naprężenia wibracyjne zwane harmonicznymi, które mogą uszkodzić konstrukcję. Mosty wymagające dłuższych odcinków niepodpartych często wykorzystują kable lub inne podpory do przenoszenia obciążeń na filary fundamentowe lub główne kolumny wsporcze mostu. Podpory kablowe pozwalają na zmniejszenie ciężaru konstrukcji mostu, ponieważ sama konstrukcja nie musi podtrzymywać całego mostu i wszystkich obciążeń ruchomych.

Pogoda może powodować znaczne obciążenia konstrukcji i może być ważnym czynnikiem projektowym w częściach świata, w których występują silne wiatry lub obfite opady śniegu. Prędkości wiatru rosną wraz z wysokością nad ziemią, co w obszarach narażonych na huragany może powodować znaczne obciążenie zewnętrznej i wewnętrznej struktury budynku. Ulewny deszcz często występujący podczas burz tropikalnych może dodatkowo zwiększyć obciążenie, które musi zostać wchłonięte przez budynek. Od początku XX wieku wiele rządów ma wymagania dotyczące projektowania obciążeń konstrukcyjnych dla obszarów objętych huraganami i są one od czasu do czasu aktualizowane, ponieważ testy i badania szkód spowodowanych przez burze prowadzą do lepszego zrozumienia naprężeń wiatru.