Die Arten von Lasten, die auf Bauwerke für Gebäude und andere Bauwerke einwirken, lassen sich grob in Vertikallasten, Horizontallasten und Längslasten einteilen. Die Vertikallasten bestehen aus Eigenlasten, Nutzlasten und Stoßlasten.
Die Horizontallasten bestehen aus Windlasten und Erdbebenlasten. Die Längslasten, d.h. Zug- und Bremskräfte, werden in speziellen Fällen bei der Bemessung von Brücken, Portalträgern usw. berücksichtigt.
Belastungsarten von Bauwerken und Gebäuden
Bei der Konstruktion eines Gebäudes werden zwei wichtige Faktoren berücksichtigt: Sicherheit und Wirtschaftlichkeit. Wenn die Lasten höher angesetzt werden, wird die Wirtschaftlichkeit beeinträchtigt. Wenn die Wirtschaftlichkeit berücksichtigt wird und die Lasten geringer angesetzt werden, wird die Sicherheit beeinträchtigt.
Die Abschätzung der verschiedenen einwirkenden Lasten muss also genau berechnet werden. Der indische Standardcode IS: 875-1987 und der amerikanische Standardcode ASCE 7: Minimum Design Loads for Buildings and Other Structures (Minimale Bemessungslasten für Gebäude und andere Strukturen) legt verschiedene Bemessungslasten für Gebäude und Strukturen fest.
Die Arten von Lasten, die auf eine Struktur wirken, sind:
- Totallasten
- Stelllasten
- Windlasten
- Schneelasten
- Erdbebenlasten
- Sonderlasten
Totallasten (DL)
Die erste vertikale Last, die berücksichtigt wird, ist die Totlast. Eigenlasten sind permanente oder stationäre Lasten, die während der gesamten Lebensdauer auf das Bauwerk übertragen werden. Die Eigenlast ist in erster Linie auf das Eigengewicht von Bauteilen, festen Trennwänden, festen Ausrüstungen und das Gewicht verschiedener Materialien zurückzuführen. Sie besteht hauptsächlich aus dem Gewicht von Dächern, Balken, Wänden und Säulen usw., die ansonsten die ständigen Teile des Gebäudes sind.
Die Berechnung der Eigenlasten jeder Struktur wird durch das Volumen jedes Abschnitts berechnet und mit dem Stückgewicht multipliziert. Die Stückgewichte einiger gängiger Materialien sind in der nachstehenden Tabelle aufgeführt.
| Sl. Nr | Werkstoff | Gewicht |
| 1 |
Ziegelmauerwerk |
18.8 kN/m3 |
| 2 |
Steinmauerwerk |
20,4-26.5 kN/m3 |
| 3 |
Putzbeton |
24 kN/m3 |
| 4 |
Stahlbeton |
24 kN/m3 |
| 5 |
Holz |
5-8 kN/m3 |
Lesen: Unit Weight / Density of Different Construction Materials
Aufliegende Lasten oder Live Loads (IL oder LL)
Die zweite vertikale Last, die bei der Bemessung eines Bauwerks berücksichtigt wird, sind aufliegende Lasten oder Live Loads. Verkehrslasten sind entweder bewegliche oder sich bewegende Lasten ohne jegliche Beschleunigung oder Einwirkung. Es wird angenommen, dass diese Lasten durch die beabsichtigte Nutzung oder Belegung des Gebäudes erzeugt werden, einschließlich der Gewichte von beweglichen Trennwänden oder Möbeln usw.
Die Nutzlasten ändern sich von Zeit zu Zeit. Diese Lasten sind vom Planer in geeigneter Weise zu berücksichtigen. Sie ist eine der Hauptlasten bei der Planung. Die Mindestwerte der anzunehmenden Verkehrslasten sind in IS 875 (Teil 2)-1987 angegeben. Sie hängen von der beabsichtigten Nutzung des Gebäudes ab.
Der Code gibt die Werte der Verkehrslasten für die folgende Belegungsklassifizierung an:
- Wohngebäude – Wohnhäuser, Hotels, Wohnheime, Heizungs- und Betriebsräume, Garagen
- Bildungsgebäude
- Institutionelle Gebäude
- Montagegebäude
- Geschäfts- und Bürogebäude
- Handelsgebäude
- Industriegebäude und
- Lagerräume.
Der Code gibt sowohl gleichmäßig verteilte Lasten als auch Einzellasten vor. Die Bodenplatten müssen so ausgelegt werden, dass sie entweder gleichmäßig verteilte Lasten oder konzentrierte Lasten tragen können, je nachdem, welche größere Spannungen in dem zu betrachtenden Teil erzeugen. Da es unwahrscheinlich ist, dass zu einem bestimmten Zeitpunkt nicht alle Geschosse gleichzeitig mit der maximalen Belastung belastet werden, erlaubt der Code eine gewisse Reduzierung der auferlegten Lasten bei der Bemessung von Säulen, tragenden Wänden, Pfeilern und Fundamenten.
Einige der wichtigen Werte sind in der nachstehenden Tabelle aufgeführt, die die Mindestwerte darstellen, und wo immer notwendig, sind mehr als diese Werte anzunehmen.
Bei mehrstöckigen Gebäuden ist die Wahrscheinlichkeit, dass volle Auflagelasten gleichzeitig auf alle Stockwerke einwirken, jedoch sehr gering. Daher sieht das Regelwerk eine Reduzierung der Lasten bei der Bemessung von Stützen, tragenden Wänden, deren Stützen und Fundamenten vor, wie in der folgenden Tabelle dargestellt.
| Anzahl der Geschosse (einschließlich des Daches), die von dem betrachteten Bauteil zu tragen sind | Reduzierung der gesamten verteilten Auflast in % |
| 1 | 0 |
| 2 | 10 |
| 3 | 20 |
| 4 | 30 |
| 5-10 | 40 |
| über 10 | 50 |
Windlasten
Windlasten sind in erster Linie horizontale Lasten, die durch die Bewegung der Luft relativ zur Erde verursacht werden. Die Windlast muss bei der Tragwerksplanung vor allem dann berücksichtigt werden, wenn die Höhe des Gebäudes das Zweifache der Abmessungen quer zur exponierten Windfläche übersteigt.
Bei Gebäuden mit geringer Höhe, d. h. bis zu vier oder fünf Stockwerken, ist die Windlast nicht kritisch, da das Widerstandsmoment, das durch die Kontinuität des Fußbodensystems mit der Säulenverbindung und den Wänden zwischen den Säulen bereitgestellt wird, ausreicht, um die Wirkung dieser Kräfte aufzufangen. Außerdem wird bei der Grenzzustandsmethode der Faktor für die Bemessungslast auf 1,2 (DL+LL+WL) reduziert, wenn der Wind berücksichtigt wird, im Gegensatz zum Faktor 1,5 (DL+LL), wenn der Wind nicht berücksichtigt wird.
Die horizontalen Kräfte, die von den Komponenten des Windes ausgeübt werden, müssen beim Entwurf des Gebäudes berücksichtigt werden. Die Berechnung der Windlasten hängt von zwei Faktoren ab, nämlich der Windgeschwindigkeit und der Größe des Gebäudes. Vollständige Angaben zur Berechnung der Windlast auf Bauwerke sind nachstehend aufgeführt (IS-875 (Teil 3) -1987).
Mit Hilfe eines Farbcodes wird der grundlegende Winddruck ‘Vb’ auf einer Karte von Indien dargestellt. Der Konstrukteur kann den Wert von Vb in Abhängigkeit von der Örtlichkeit des Gebäudes bestimmen.
Um die Bemessungswindgeschwindigkeit Vz zu erhalten, wird der folgende Ausdruck verwendet:
Vz = k1.k2.k3.Vb
Wobei k1 = Risikokoeffizient
k2 = Koeffizient basierend auf Gelände, Höhe und Strukturgröße.
k3 = Topographiefaktor
Der Bemessungswinddruck ist gegeben durch
pz = 0,6 V2z
wobei pz in N/m2 in der Höhe Z und Vz in m/sec ist. Bis zu einer Höhe von 30 m wird davon ausgegangen, dass der Winddruck gleichmäßig wirkt. Über 30 m Höhe nimmt der Winddruck zu.
Schneelasten (SL)
Schneelasten gehören zu den vertikalen Lasten im Gebäude. Diese Lastarten werden aber nur an den Schneefallstellen berücksichtigt. Die IS 875 (Teil 4) – 1987 befasst sich mit Schneelasten auf Dächern des Gebäudes.
Die minimale Schneelast auf einer Dachfläche oder einer anderen oberirdischen Fläche, die einer Schneeakkumulation ausgesetzt ist, ergibt sich aus dem Ausdruck
Wobei S = Bemessungsschneelast auf der Grundfläche des Daches.
= Formkoeffizient, und
S0 = Bodenschneelast.
Erdbebenlasten (EL)
Erdbebenkräfte sind sowohl vertikale als auch horizontale Kräfte auf das Gebäude. Die Gesamtschwingung, die durch ein Erdbeben verursacht wird, kann in drei zueinander senkrechte Richtungen aufgeteilt werden, die gewöhnlich als vertikale und zwei horizontale Richtungen angesehen werden.
Die Bewegung in vertikaler Richtung verursacht keine nennenswerten Kräfte im Oberbau. Aber die horizontale Bewegung des Gebäudes zum Zeitpunkt des Erdbebens muss bei der Bemessung berücksichtigt werden.
Die Reaktion des Bauwerks auf die Bodenschwingung ist eine Funktion der Beschaffenheit des Baugrundes, der Größe und Art der Konstruktion sowie der Dauer und Intensität der Bodenbewegung. IS 1893- 2014 enthält die Einzelheiten solcher Berechnungen für Bauwerke, die auf Böden stehen, die sich bei einem Erdbeben nicht nennenswert setzen oder verschieben.
Die seismischen Beschleunigungen für die Bemessung können anhand des seismischen Koeffizienten ermittelt werden, der als das Verhältnis der Beschleunigung aufgrund des Erdbebens und der Beschleunigung aufgrund der Schwerkraft definiert ist. Für monolithische Stahlbetonkonstruktionen in der Erdbebenzone 2 und 3, die nicht mehr als 5 Stockwerke hoch sind und einen Wichtigkeitsfaktor von weniger als 1 haben, sind die seismischen Kräfte nicht kritisch.
Sonstige Lasten und Einwirkungen auf Bauwerke
Gemäß Abschnitt 19.6 der IS 456 – 2000 sind zusätzlich zu den oben genannten Lasten die folgenden Kräfte und Einwirkungen zu berücksichtigen, wenn sie die Sicherheit und Gebrauchstauglichkeit des Bauwerks wesentlich beeinträchtigen können:
(a) Fundamentbewegung (siehe IS 1904)
(b) elastische axiale Verkürzung
(c) Boden- und Flüssigkeitsdruck (siehe IS 875, Teil 5)
(d) Schwingungen
(e) Ermüdung
(f) Stöße (siehe IS 875, Teil 5)
(g) Errichtungslasten (siehe IS 875, Teil 2) und
(h) Spannungskonzentrationseffekt durch Punktlast und dergleichen.