De soorten belastingen op constructies voor gebouwen en andere constructies kunnen grofweg worden ingedeeld in verticale belastingen, horizontale belastingen en longitudinale belastingen. De verticale belastingen bestaan uit dode belasting, levende belasting en stootbelasting.

De horizontale belastingen bestaan uit windbelasting en aardbevingsbelasting. De longitudinale belastingen, d.w.z. de trek- en remkrachten, worden in aanmerking genomen in speciale gevallen van het ontwerp van bruggen, portaalliggers enz.

Typen belastingen op constructies en gebouwen

Bij de constructie van een gebouw zijn twee belangrijke factoren van belang: veiligheid en zuinigheid. Als de belastingen hoger worden ingeschat en genomen, wordt de economie beïnvloed. Als economie wordt overwogen en de ladingen lager worden genomen dan wordt de veiligheid gecompromitteerd.

Dus moet de raming van de verschillende optredende ladingen nauwkeurig worden berekend. De Indiase standaardcode IS: 875-1987 en de Amerikaanse standaardcode ASCE 7: Minimum Design Loads for Buildings and Other Structures specificeert verschillende ontwerpbelastingen voor gebouwen en constructies.

Types van belastingen die op een structuur werken zijn:

1. dode belastingen
2. opgelegde belastingen
3. windbelastingen
4. sneeuwbelastingen
5. aardbevingsbelastingen
6. speciale belastingen

dode belastingen (DL)

De eerste verticale belasting die in aanmerking wordt genomen is de dode belasting. Dode belastingen zijn permanente of stationaire belastingen die gedurende de gehele levensduur op de constructie worden overgedragen. De dode belasting is voornamelijk het gevolg van het eigen gewicht van constructiedelen, permanente scheidingswanden, vaste permanente apparatuur en het gewicht van verschillende materialen. Het bestaat hoofdzakelijk uit het gewicht van daken, balken, muren en kolommen enz. die anders de permanente delen van het gebouw zijn.

De berekening van de dode belastingen van elke constructie wordt berekend door het volume van elke sectie en vermenigvuldigd met het eenheidsgewicht. Eenheidsgewichten van enkele veel voorkomende materialen zijn in onderstaande tabel weergegeven.

Lezen: Eenheidsgewicht / Dichtheid van verschillende bouwmaterialen

Opgelegde belastingen of levende belastingen (IL of LL)

De tweede verticale belasting die bij het ontwerp van een constructie in aanmerking wordt genomen, zijn opgelegde belastingen of levende belastingen. Onder spanning staande belastingen zijn ofwel beweeglijke of bewegende belastingen zonder enige versnelling of impact. Deze belastingen worden verondersteld te worden veroorzaakt door het beoogde gebruik of de bezetting van het gebouw, met inbegrip van het gewicht van verplaatsbare scheidingswanden of meubilair enz.

Levende belastingen veranderen van tijd tot tijd. Deze belastingen moeten door de ontwerper op passende wijze worden aangenomen. Het is een van de belangrijkste belastingen in het ontwerp. De minimum waarden van de te verwachten belastingen zijn gegeven in IS 875 (deel 2)-1987. Het hangt af van het beoogde gebruik van het gebouw.

De code geeft de waarden van de levende ladingen voor de volgende bezettingsclassificatie:

• Residentiële gebouwen-woonhuizen, hotels, hostels, ketelruimten en fabrieksruimten, garages
• Onderwijsgebouwen
• Institutionele gebouwen
• Bouwkundige gebouwen
• Zakelijke en kantoorgebouwen
• Kantorengebouwen
• Industriële gebouwen, en
• Opslagruimten.

De code geeft zowel gelijkmatig verdeelde belastingen als geconcentreerde belastingen. De vloerplaten moeten worden ontworpen voor het dragen van hetzij gelijkmatig verdeelde belastingen, hetzij geconcentreerde belastingen, afhankelijk van welke grotere spanningen in het beschouwde deel veroorzaken. Omdat het onwaarschijnlijk is dat op een bepaald moment niet alle vloeren gelijktijdig de maximale belasting dragen, staat de code enige reductie in opgelegde belastingen toe bij het ontwerpen van kolommen, dragende wanden, steunpilaren en funderingen.

Enkele van de belangrijke waarden zijn in onderstaande tabel weergegeven; dit zijn de minimumwaarden en waar nodig moet van meer dan deze waarden worden uitgegaan.

In gebouwen met meerdere verdiepingen is de kans dat alle opgelegde belastingen gelijktijdig op alle verdiepingen worden uitgeoefend echter zeer klein. Daarom voorziet de code in een vermindering van de belastingen bij het ontwerpen van kolommen, dragende muren, hun steunen en funderingen zoals aangegeven in onderstaande tabel.

Aantal verdiepingen (inclusief dak) dat door het beschouwde element moet worden gedragen	Vermindering van de totale verdeelde opgelegde belastingen in %
1	0
2	10
3	20
4	30
5-10	40
Over 10	50

Windbelasting

Windbelasting is voornamelijk horizontale belasting veroorzaakt door de beweging van lucht ten opzichte van de aarde. Windbelasting moet in aanmerking worden genomen bij het constructief ontwerp, vooral wanneer de hoogte van het gebouw groter is dan twee maal de afmetingen dwars op het blootgestelde windoppervlak.

Voor laagbouw tot vier à vijf verdiepingen is de windbelasting niet kritisch, omdat het weerstandsmoment dat wordt geleverd door de continuïteit van het vloersysteem naar de kolomverbinding en de tussen de kolommen aangebrachte wanden voldoende zijn om het effect van deze krachten op te vangen. Verder wordt bij de grenstoestandsmethode de factor voor de ontwerpbelasting gereduceerd tot 1,2 (DL+LL+WL) wanneer wind in aanmerking wordt genomen tegen de factor 1,5 (DL+LL) wanneer wind buiten beschouwing wordt gelaten.

De horizontale krachten uitgeoefend door de componenten van wind moeten in gedachten worden gehouden bij het ontwerpen van het gebouw. De berekening van de windbelasting is afhankelijk van twee factoren, namelijk de windsnelheid en de grootte van het gebouw. Volledige details over het berekenen van windbelasting op constructies worden hieronder gegeven (door de IS-875 (Deel 3) – 1987).

Gebruik makend van kleurcode, wordt de basis winddruk ‘Vb’ getoond in een kaart van India. De ontwerper kan de waarde van Vb bepalen afhankelijk van de plaats waar het gebouw staat.

Om de ontwerpwindsnelheid Vz te verkrijgen moet de volgende uitdrukking worden gebruikt:

Vz = k1.k2.k3.Vb

Waarbij k1 = Risico-coëfficiënt

k2 = Coëfficiënt op basis van terrein, hoogte en grootte van de constructie.

k3 = Topografiefactor

De ontwerpwinddruk wordt gegeven door

pz = 0,6 V2z

waar pz in N/m2 op hoogte Z is en Vz in m/sec is. Tot een hoogte van 30 m wordt ervan uitgegaan dat de winddruk gelijkmatig is. Boven 30 m hoogte neemt de winddruk toe.

Sneeuwbelasting (SL)

Sneeuwbelasting vormt de verticale belasting in het gebouw. Maar dit soort belastingen wordt alleen in aanmerking genomen op plaatsen waar sneeuw valt. IS 875 (deel 4) – 1987 behandelt de sneeuwbelasting op daken van gebouwen.

De minimale sneeuwbelasting op een dakvlak of een ander bovengronds oppervlak dat aan sneeuwaccumulatie wordt blootgesteld, wordt verkregen met de uitdrukking

Waarbij S = ontwerpsneeuwbelasting op plat dakvlak.

= Vormcoëfficiënt, en

S0 = Grondsneeuwbelasting.

Aardbevingsbelastingen (EL)

Aardbevingskrachten bestaan uit zowel verticale als horizontale krachten op het gebouw. De totale door een aardbeving veroorzaakte trilling kan worden opgesplitst in drie onderling loodrechte richtingen, die gewoonlijk worden genomen als verticale en twee horizontale richtingen.

De beweging in verticale richting veroorzaakt geen krachten van betekenis in de bovenbouw. Maar de horizontale beweging van het gebouw ten tijde van een aardbeving moet bij het ontwerp in aanmerking worden genomen.

De reactie van de constructie op de grondtrilling is een functie van de aard van de funderingsbodem, de grootte en wijze van constructie en de duur en intensiteit van de grondbeweging. IS 1893- 2014 geeft de details van dergelijke berekeningen voor constructies die op bodems staan die niet aanzienlijk zullen inklinken of verschuiven als gevolg van een aardbeving.

De seismische versnellingen voor het ontwerp kunnen worden berekend aan de hand van de seismische coëfficiënt, die wordt gedefinieerd als de verhouding tussen de versnelling als gevolg van een aardbeving en de versnelling als gevolg van de zwaartekracht. Voor monolithische constructies van gewapend beton in de seismische zones 2 en 3, die niet meer dan 5 verdiepingen hoog zijn en een belangfactor van minder dan 1 hebben, zijn de seismische krachten niet kritisch.

Andere belastingen en effecten die op constructies inwerken

Volgens clausule 19..6 van IS 456 – 2000, naast de hierboven besproken belasting, moet rekening worden gehouden met de volgende krachten en effecten indien deze de veiligheid en bruikbaarheid van de constructie wezenlijk kunnen beïnvloeden:

(a) Funderingsbeweging (Zie IS 1904)

(b) Elastische axiale verkorting

(c) Bodem- en vloeistofdruk (Zie IS 875, Deel 5)

(d) Trillingen

(e) Vermoeiing

(f) Impact (Zie IS 875, Deel 5)

(g) Oprichtingsbelastingen (Zie IS 875, Deel 2) en

(h) Spanningsconcentratie-effect als gevolg van puntbelasting en dergelijke.