Druhy zatížení působících na konstrukce budov a ostatních konstrukcí lze obecně rozdělit na svislá zatížení, vodorovná zatížení a podélná zatížení. Svislá zatížení se skládají z vlastního zatížení, živého zatížení a rázového zatížení.

Vodorovná zatížení zahrnují zatížení větrem a zatížení zemětřesením. Podélná zatížení, tj. tažné a brzdné síly, se uvažují ve speciálních případech navrhování mostů, portálových nosníků apod.

Typy zatížení na konstrukce a budovy

Při konstrukci budovy se uvažují dva hlavní faktory, a to bezpečnost a hospodárnost. Pokud jsou zatížení posouzena a přijata vyšší, pak je ovlivněna hospodárnost. Pokud se uvažuje hospodárnost a zatížení se bere menší, pak je ohrožena bezpečnost.

Je tedy třeba přesně vypočítat odhad různých působících zatížení. Indický normový předpis IS: 875-1987 a americký normový předpis ASCE 7: Minimální návrhová zatížení pro budovy a jiné konstrukce specifikuje různá návrhová zatížení pro budovy a konstrukce.

Typy zatížení působících na konstrukci jsou následující:

1. Mrtvá zatížení
2. Zatížení působící na konstrukci
3. Zatížení větrem
4. Zatížení sněhem
5. Zatížení zemětřesením
6. Zatížení zvláštní

Mrtvá zatížení (DL)

První uvažované svislé zatížení je zatížení vlastní. Mrtvá zatížení jsou stálá nebo nepohyblivá zatížení, která se na konstrukci přenášejí po celou dobu životnosti. Mrtvé zatížení vzniká především vlastní tíhou konstrukčních prvků, trvalých příček, pevných trvalých zařízení a tíhou různých materiálů. Skládá se především z hmotnosti střech, nosníků, stěn a sloupů atd., které jsou jinak trvalými částmi budovy.

Výpočet mrtvých zatížení každé konstrukce se vypočítá podle objemu každé části a vynásobí se jednotkovou hmotností. Jednotkové hmotnosti některých běžných materiálů jsou uvedeny v následující tabulce.

Číst: Jednotková hmotnost / hustota různých stavebních materiálů

Nakládaná zatížení nebo živá zatížení (IL nebo LL)

Druhým svislým zatížením, které se uvažuje při návrhu konstrukce, jsou nakládaná zatížení nebo živá zatížení. Živá zatížení jsou buď pohyblivá, nebo pohyblivá zatížení bez zrychlení nebo nárazu. Předpokládá se, že tato zatížení vznikají v důsledku zamýšleného použití nebo užívání budovy, včetně zatížení pohyblivých příček nebo nábytku atd.

Živá zatížení se čas od času mění. Tato zatížení musí projektant vhodně předpokládat. Jedná se o jedno z hlavních zatížení při návrhu. Minimální hodnoty živých zatížení, které je třeba předpokládat, jsou uvedeny v IS 875 (část 2)-1987. Záleží na zamýšleném využití budovy.

V předpisu jsou uvedeny hodnoty živých zatížení pro následující klasifikaci využití:

• Obytné budovy – obytné domy, hotely, ubytovny, kotelny a strojovny, garáže
• Stavby pro vzdělávání
• Stavby ústavů
• Stavby pro shromažďování
• Obchodní a kancelářské budovy
• Obchodní budovy
• Průmyslové budovy a
• Sklady.

Předpis uvádí rovnoměrně rozložené zatížení i soustředěné zatížení. Podlahové desky musí být navrženy tak, aby unesly buď rovnoměrně rozložené zatížení, nebo soustředěné zatížení podle toho, které z nich vyvolává v uvažované části větší napětí. Protože je nepravděpodobné, že by v určitém okamžiku všechny podlahy nepřenášely současně maximální zatížení, připouští předpis při navrhování sloupů, nosných stěn, podpěr pilířů a základů určitou redukci zatížení.

Některé důležité hodnoty jsou uvedeny v následující tabulce, což jsou minimální hodnoty a tam, kde je to nutné, se má předpokládat více než tyto hodnoty.

Ve vícepodlažních budovách je však pravděpodobnost plného zatížení působícího současně na všechna podlaží velmi vzácná. Proto předpis počítá s redukcí zatížení při navrhování sloupů, nosných stěn, jejich podpor a základů, jak je uvedeno v následující tabulce.

.

Počet podlaží (včetně střechy), která má uvažovaný prut nést	Redukce celkového rozloženého zatížení v %
1	0
2	10
3	20
4	30
5-10	40
Nad 10	50

Zatížení větrem

Zatížení větrem je především horizontální zatížení způsobené pohybem vzduchu vůči zemi. Zatížení větrem je nutné při navrhování konstrukcí zohlednit zejména tehdy, když výška budovy přesahuje dvojnásobek rozměrů v příčném směru k vystavené větrné ploše.

U nízkopodlažních budov řekněme do čtyř až pěti podlaží není zatížení větrem kritické, protože moment odporu zajištěný spojitostí podlahového systému se sloupy a stěnami umístěnými mezi sloupy je pro působení těchto sil dostatečný. Dále se v metodě mezního stavu součinitel pro návrhové zatížení snižuje na 1,2 (DL+LL+WL), pokud se uvažuje vítr, oproti součiniteli 1,5(DL+LL), pokud se vítr neuvažuje.

Při navrhování budovy je třeba mít na paměti vodorovné síly působené složkami větru. Výpočet zatížení větrem závisí na dvou faktorech, a to na rychlosti větru a velikosti budovy. Úplné podrobnosti o výpočtu zatížení větrem na konstrukce jsou uvedeny níže (podle IS-875 (část 3) -1987).

Pomocí barevného kódu je základní tlak větru “Vb” znázorněn na mapě Indie. Projektant může vybrat hodnotu Vb v závislosti na lokalitě stavby.

Pro získání návrhové rychlosti větru Vz se použije následující výraz:

Vz = k1.k2.k3.Vb

Kde k1 = součinitel rizika

k2 = součinitel podle terénu, výšky a velikosti konstrukce.

k3 = topografický faktor

Návrhový tlak větru je dán vztahem

pz = 0,6 V2z

kde pz je v N/m2 ve výšce Z a Vz je v m/sec. Do výšky 30 m se uvažuje, že tlak větru působí rovnoměrně. Nad výškou 30 m se tlak větru zvyšuje.

Zatížení sněhem (SL)

Zatížení sněhem představuje svislé zatížení budovy. Tyto druhy zatížení se však uvažují pouze v místech pádu sněhu. Zatížením sněhem na střechách budov se zabývá norma IS 875 (část 4) – 1987.

Minimální zatížení sněhem na plochu střechy nebo jakoukoli jinou plochu nad terénem, která je vystavena akumulaci sněhu, se získá výrazem

Kde S = návrhové zatížení sněhem na půdorysnou plochu střechy.

= Součinitel tvaru a

S0 = Zatížení sněhem na zemi.

Zatížení zemětřesením (EL)

Zatížení zemětřesením tvoří svislé i vodorovné síly na budovu. Celkové kmitání způsobené zemětřesením lze rozdělit do tří vzájemně kolmých směrů, které se obvykle berou jako svislé a dva vodorovné směry.

Pohyb ve svislém směru nezpůsobuje síly v nosné konstrukci ve významném rozsahu. Při navrhování je však třeba zohlednit vodorovný pohyb budovy v době zemětřesení.

Odezva konstrukce na zemní kmitání je funkcí charakteru základové půdy, velikosti a způsobu konstrukce a doby trvání a intenzity pohybu půdy. IS 1893- 2014 uvádí podrobnosti těchto výpočtů pro konstrukce stojící na zeminách, které se vlivem zemětřesení výrazně nesesedají ani neposouvají.

K seismickým zrychlením pro posouzení lze dospět ze seismického součinitele, který je definován jako poměr zrychlení způsobeného zemětřesením a tíhového zrychlení. Pro monolitické železobetonové konstrukce umístěné v seizmické zóně 2 a 3, které nemají více než 5 podlaží a jejichž součinitel důležitosti je menší než 1, nejsou seizmické síly kritické.

Jiná zatížení a účinky působící na konstrukce

Podle bodu 19. Seizmická zatížení a účinky působící na konstrukce jsou kritická.6 normy IS 456 – 2000 se kromě výše diskutovaného zatížení zohlední následující síly a účinky, pokud mohou podstatně ovlivnit bezpečnost a použitelnost konstrukce:

(a) Pohyb základů (viz IS 1904)

(b) Pružné osové zkrácení

(c) Tlak zeminy a tekutin (viz IS 875, Část 5)

(d) Vibrace

(e) Únava

(f) Náraz (viz IS 875, Část 5)

(g) Montážní zatížení (viz IS 875, Část 2) a

(h) Účinek koncentrace napětí v důsledku bodového zatížení apod.