Was ist eine strukturelle Last?

Strukturelle Last ist das Gesamtgewicht eines Gebäudes, einer Brücke oder eines anderen Objekts. Dieser Wert beinhaltet das Gewicht des Objekts, der darin installierten Ausrüstung und die möglichen Auswirkungen von Wetter und Personen. Lasten, die durch das Gewicht der Struktur erzeugt werden, werden normalerweise als statische Lasten bezeichnet, und Lasten von Insassen oder Wettereinflüssen werden als Verkehrslasten bezeichnet. Architekten und Ingenieure müssen alle möglichen Lasten und angemessene Sicherheitsfaktoren in die Tragwerksplanung einbeziehen, um Lastausfälle zu vermeiden.

Am Beispiel eines Gebäudes kann die statische Belastung des Gebäudes Stahlbau, Böden und Innenwände umfassen. Alle zur Unterstützung des Gebäudebetriebs installierten Geräte, wie Heizungs- und Klimaanlagen, Beleuchtung und Sanitäranlagen, müssen in die statischen Lastberechnungen einbezogen werden. Diese Faktoren entsprechen nur der statischen Belastung eines leeren Gebäudes und liegen weit unter den Mindestanforderungen an die sichere Konstruktion.

Zusätzliche Belastungen entstehen durch mitgebrachte Möbel, tragbare Bürogeräte und persönliche Gegenstände. Die im Gebäude arbeitenden Menschen und eventuelle Besucher sind eine sich ständig ändernde Nutzlast, die vom Gebäude statisch getragen werden muss. Wind, Schnee oder starke Regenfälle können die Gebäudestruktur erheblich belasten und müssen in die statischen Lastberechnungen einbezogen werden.

Viele Regierungen erlassen Mindestlastanforderungen für verschiedene Arten von Bauvorgängen. Ein Bürogebäude kann andere Lastanforderungen haben als ein Fertigungsbetrieb mit großen Geräten, die auf den Etagen positioniert sind. Eine weitere Überlegung bei Industriegebäuden ist die Auswirkung von Schwingungen auf das Gebäude, und die Berechnung der statischen Schwingungen muss mit zusätzlicher Verstärkung des Gebäudes und der Fundamente durchgeführt werden.

Bei beweglichen Geräten müssen auch strukturelle Belastungen aufgrund von Vibrations- und Stoßeffekten berücksichtigt werden. Flugzeuge haben große Lasten, die durch die Lufteinwirkung auf die Flügel und die Außenfläche erzeugt werden. Passagiere und Gepäck fügen zusätzliche Lasten hinzu, die vom Rumpf oder Flugzeugkörper und den Flügeln, die die gesamte Struktur anheben, getragen werden müssen. Turbulenzen, Starts und Landungen sind Live-Schockbelastungen, die über kurze Zeiträume erhebliche Belastungen verursachen können und bei der Flugzeugkonstruktion berücksichtigt werden müssen. Ähnliche Stoßbelastungen treten bei Lastwagen und Pkw auf, wenn sie über unebene Straßen fahren, und der Fahrzeugrahmen und die Aufhängung müssen diese Belastungen aufnehmen.

Brücken haben unterschiedliche Tragfähigkeitsbetrachtungen, da sie oft nur an jedem Ende oder mit normalen Stützpfeilern oder Stützen gestützt werden. Der fließende Verkehr erzeugt Biegespannungen in den nicht unterstützten Fahrbahnabschnitten und kann zu Vibrationsspannungen führen, die als Oberschwingungen bezeichnet werden und die Struktur beschädigen können. Brücken, die längere, nicht unterstützte Abschnitte erfordern, verwenden häufig Kabel oder andere Stützen, um Lasten auf Fundamentpfeiler oder Hauptstützenstützen der Brücke zu übertragen. Seilstützen ermöglichen ein geringeres Gewicht der Brückenkonstruktion, da die Konstruktion selbst nicht die gesamte Brücke und alle Verkehrslasten tragen muss.

Das Wetter kann zu erheblichen Belastungen von Bauwerken führen und kann in Teilen der Welt, in denen der Wind stark ist oder der Schnee fällt, ein wichtiger Aspekt bei der Konstruktion sein. Die Windgeschwindigkeiten nehmen mit der Höhe über Grund zu, was in hurrikangefährdeten Gebieten eine erhebliche Belastung der Außen- und Innenstruktur eines Gebäudes verursachen kann. Starke Regenfälle, die häufig während tropischer Stürme auftreten, können noch mehr Last hinzufügen, die vom Gebäude aufgenommen werden muss. Seit dem frühen 20. Jahrhundert haben viele Regierungen Anforderungen an die Tragfähigkeitsberechnung für Hurrikangebiete und werden von Zeit zu Zeit überarbeitet, da Tests und Untersuchungen von Sturmschäden zu einem besseren Verständnis der Windbelastung führen.