Τι είναι το δομικό φορτίο;

Το δομικό φορτίο είναι το συνολικό βάρος ενός κτιρίου, γέφυρας ή άλλου αντικειμένου. Αυτή η τιμή περιλαμβάνει το βάρος του αντικειμένου, τυχόν εξοπλισμό που είναι εγκατεστημένο σε αυτό και τις πιθανές επιπτώσεις του καιρού και των ανθρώπων. Τα φορτία που δημιουργούνται από το βάρος της κατασκευής ονομάζονται συνήθως στατικά φορτία και τα φορτία από τους επιβάτες ή τα καιρικά φαινόμενα ονομάζονται ζωντανά φορτία. Οι αρχιτέκτονες και οι μηχανικοί πρέπει να περιλαμβάνουν όλα τα πιθανά φορτία και τους κατάλληλους παράγοντες ασφαλείας στον δομικό σχεδιασμό για την πρόληψη αστοχιών φορτίου.

Χρησιμοποιώντας ένα κτίριο ως παράδειγμα, το στατικό φορτίο του κτιρίου μπορεί να περιλαμβάνει τη χαλυβουργία, τα δάπεδα και τους εσωτερικούς τοίχους. Κάθε εξοπλισμός που έχει εγκατασταθεί για την υποστήριξη των λειτουργιών του κτιρίου, όπως εξοπλισμός θέρμανσης και κλιματισμού, φωτισμός και υδραυλικές εγκαταστάσεις πρέπει να προστίθεται στους υπολογισμούς στατικού φορτίου. Αυτοί οι παράγοντες ισοδυναμούν μόνο με το δομικό φορτίο ενός κενού κτιρίου και είναι πολύ λιγότεροι από τις ελάχιστες απαιτήσεις ασφαλούς σχεδιασμού.

Πρόσθετα φορτία προκύπτουν από τα έπιπλα, τον φορητό εξοπλισμό γραφείου και τα προσωπικά αντικείμενα που φέρονται στο κτίριο. Οι άνθρωποι που εργάζονται στο κτίριο και τυχόν επισκέπτες είναι ένα διαρκώς μεταβαλλόμενο ζωντανό φορτίο που πρέπει να υποστηρίζεται δομικά από το κτίριο. Οι άνεμοι, το χιόνι ή οι έντονες βροχοπτώσεις μπορούν να προσθέσουν σημαντικό βάρος στη δομή του κτιρίου και πρέπει να περιλαμβάνονται στους υπολογισμούς του δομικού φορτίου.

Πολλές κυβερνήσεις εκδίδουν απαιτήσεις ελάχιστου φορτίου για διαφορετικούς τύπους κτιρίων. Ένα κτίριο γραφείων μπορεί να έχει διαφορετικές απαιτήσεις φορτίου από μια κατασκευαστική λειτουργία με μεγάλο εξοπλισμό τοποθετημένο στους ορόφους. Ένας άλλος παράγοντας για τα βιομηχανικά κτίρια είναι η επίδραση των κραδασμών στο κτίριο και οι υπολογισμοί του δομικού φορτίου των κραδασμών πρέπει να πραγματοποιούνται με πρόσθετη ενίσχυση του κτιρίου και των θεμελίων.

Ο μετακινούμενος εξοπλισμός έχει επίσης στοιχεία δομικού φορτίου λόγω κραδασμών και κραδασμών. Τα αεροσκάφη έχουν μεγάλα φορτία που δημιουργούνται από την επίδραση του αέρα στα φτερά και την εξωτερική επιφάνεια. Οι επιβάτες και οι αποσκευές προσθέτουν επιπλέον φορτία που πρέπει να υποστηρίζονται από την άτρακτο ή το σώμα του αεροσκάφους και τα φτερά που ανυψώνουν ολόκληρη τη δομή. Οι αναταράξεις, οι απογειώσεις και οι προσγειώσεις είναι ζωντανά φορτία κρούσης που μπορούν να προσθέσουν σημαντικές πιέσεις σε σύντομες περιόδους και πρέπει να λαμβάνονται υπόψη στο σχεδιασμό του αεροσκάφους. Παρόμοιο κρουστικό φορτίο συμβαίνει σε φορτηγά και αυτοκίνητα όταν ταξιδεύουν σε ανώμαλους δρόμους και το πλαίσιο και η ανάρτηση του οχήματος πρέπει να απορροφήσουν αυτές τις καταπονήσεις.

Οι γέφυρες έχουν διαφορετικές εκτιμήσεις δομικού φορτίου, επειδή συχνά στηρίζονται μόνο σε κάθε άκρο ή με κανονικές προβλήτες στήριξης ή κολώνες. Η κινούμενη κυκλοφορία δημιουργεί τάσεις κάμψης στα τμήματα του οδοστρώματος που δεν στηρίζονται και μπορεί να οδηγήσει σε τάσεις δόνησης που ονομάζονται αρμονικές που μπορεί να βλάψουν τη δομή. Οι γέφυρες που απαιτούν μεγαλύτερα τμήματα χωρίς υποστήριξη χρησιμοποιούν συχνά καλώδια ή άλλα στηρίγματα για τη μεταφορά φορτίων σε προβλήτες θεμελίωσης ή κύριες κολώνες στήριξης γεφυρών. Τα στηρίγματα καλωδίων επιτρέπουν στη δομή της γέφυρας να έχει χαμηλότερο βάρος, καθώς η ίδια η κατασκευή δεν χρειάζεται να υποστηρίζει ολόκληρη τη γέφυρα και όλα τα ενεργά φορτία.

Ο καιρός μπορεί να δημιουργήσει σημαντικά φορτία στις κατασκευές και μπορεί να αποτελέσει σημαντικό στοιχείο σχεδιασμού σε μέρη του κόσμου όπου οι άνεμοι είναι ισχυροί ή οι χιονοπτώσεις είναι έντονες. Οι ταχύτητες του ανέμου αυξάνονται με το ύψος πάνω από το έδαφος, το οποίο σε περιοχές επιρρεπείς σε τυφώνες μπορεί να δημιουργήσει σημαντική φόρτιση στο εξωτερικό και την εσωτερική δομή ενός κτιρίου. Η έντονη βροχόπτωση που εμφανίζεται συχνά κατά τη διάρκεια τροπικών καταιγίδων μπορεί να προσθέσει ακόμη περισσότερο φορτίο που πρέπει να απορροφηθεί από το κτίριο. Από τις αρχές του 20ου αιώνα, πολλές κυβερνήσεις έχουν απαιτήσεις σχεδιασμού δομικού φορτίου για περιοχές τυφώνων και αναθεωρούνται από καιρό σε καιρό καθώς οι δοκιμές και η διερεύνηση των ζημιών από τις καταιγίδες έχουν ως αποτέλεσμα την καλύτερη κατανόηση του στρες του ανέμου.