Tipurile de sarcini care acționează asupra structurilor pentru clădiri și alte structuri pot fi clasificate, în linii mari, în sarcini verticale, sarcini orizontale și sarcini longitudinale. Sarcinile verticale constau în sarcină moartă, sarcină vie și sarcină de impact.

Sarcinile orizontale constau în sarcină de vânt și sarcină seismică. Sarcinile longitudinale, adică forțele de tracțiune și de frânare, sunt luate în considerare în cazul special al proiectării podurilor, a grinzilor portante etc..

Tipuri de sarcini asupra structurilor și clădirilor

În construcția unei clădiri, doi factori majori luați în considerare sunt siguranța și economia. Dacă sarcinile sunt adjudecate și luate mai mari, atunci economia este afectată. Dacă economia este luată în considerare și sarcinile sunt luate mai mici, atunci siguranța este compromisă.

De aceea, estimarea diferitelor sarcini care acționează trebuie calculată cu precizie. Codul standard indian IS: 875-1987 și codul standard american ASCE 7: Minimum Design Loads for Buildings and Other Structures specifică diverse sarcini de proiectare pentru clădiri și structuri.

Tipurile de sarcini care acționează asupra unei structuri sunt:

1. Cărți moarte
2. Cărți impuse
3. Cărți de vânt
4. Cărți de zăpadă
5. Cărți de cutremur
6. Cărți speciale

Cărți moarte (DL)

Prima sarcină verticală care este luată în considerare este sarcina moartă. Sarcinile moarte sunt sarcini permanente sau staționare care sunt transferate structurii pe toată durata de viață. Sarcina moartă se datorează în principal greutății proprii a elementelor structurale, pereților despărțitori permanenți, echipamentelor permanente fixe și greutății diferitelor materiale. Ea constă în principal din greutatea acoperișurilor, grinzilor, pereților și coloanelor etc. care sunt de altfel părțile permanente ale clădirii.

Calculul sarcinilor moarte ale fiecărei structuri se calculează prin volumul fiecărei secțiuni și se înmulțește cu greutatea unitară. Greutățile unitare ale unora dintre materialele uzuale sunt prezentate în tabelul de mai jos.

Citește: Greutatea / densitatea unitară a diferitelor materiale de construcție

Cărți impuse sau sarcini vii (IL sau LL)

Cea de-a doua sarcină verticală care este luată în considerare în proiectarea unei structuri sunt sarcinile impuse sau sarcinile vii. Sarcinile vii sunt sarcini mobile sau în mișcare, fără nicio accelerație sau impact. Se presupune că aceste sarcini sunt produse de utilizarea sau ocuparea preconizată a clădirii, inclusiv greutatea pereților despărțitori mobili sau a mobilierului etc..

Cărțile vii continuă să se schimbe din când în când. Aceste sarcini trebuie să fie asumate în mod corespunzător de către proiectant. Este una dintre sarcinile majore în proiectare. Valorile minime ale sarcinilor vii care trebuie asumate sunt date în IS 875 (partea 2)-1987. Depinde de utilizarea preconizată a clădirii.

Codul dă valorile sarcinilor vii pentru următoarea clasificare a ocupanților:

• Clădiri rezidențiale – case de locuit, hoteluri, pensiuni, săli de cazane și săli de instalații, garaje
• Clădiri de învățământ
• Clădiri instituționale
• Clădiri de asamblare
• Clădiri de afaceri și de birouri
• Clădiri comerciale
• Clădiri industriale și
• Spații de depozitare.

Codul dă sarcini uniform distribuite, precum și sarcini concentrate. Planșeele trebuie să fie proiectate pentru a suporta fie sarcini uniform distribuite, fie sarcini concentrate, oricare dintre acestea produce tensiuni mai mari în partea luată în considerare. Deoarece este puțin probabil ca, la un moment dat, toate planșeele să nu suporte simultan încărcarea maximă, codul permite o anumită reducere a încărcărilor impuse la proiectarea coloanelor, a pereților portanți, a pilonilor de susținere și a fundațiilor.

În tabelul de mai jos sunt prezentate câteva dintre valorile importante, care reprezintă valorile minime și, acolo unde este necesar, trebuie să se presupună mai mult decât aceste valori.

Cu toate acestea, într-o clădire cu mai multe etaje, șansele ca toate sarcinile impuse să acționeze simultan pe toate etajele sunt foarte rare. Prin urmare, codul prevede reducerea sarcinilor la proiectarea stâlpilor, a pereților portanți, a suporturilor acestora și a fundațiilor, după cum se arată în tabelul de mai jos.

.

Numărul de etaje (inclusiv acoperișul) care trebuie să fie suportate de elementul luat în considerare	Reducerea încărcărilor totale impuse distribuite în %
1	0
2	10
3	20
4	30
5-10	40
Peste 10	50

Încărcări produse de vânt

Încărcarea produsă de vânt este în principal sarcina orizontală cauzată de mișcarea aerului în raport cu pământul. Sarcina de vânt trebuie să fie luată în considerare în proiectarea structurală mai ales atunci când înălțimea clădirii depășește de două ori dimensiunile transversale față de suprafața expusă la vânt.

Pentru clădirile cu înălțime mică, să zicem până la patru-cinci etaje, sarcina de vânt nu este critică deoarece momentul de rezistență asigurat de continuitatea sistemului de planșeu la conexiunea cu stâlpii și pereții prevăzuți între stâlpi sunt suficienți pentru a face față efectului acestor forțe. Mai mult, în metoda stării limită, factorul pentru sarcina de proiectare este redus la 1,2 (DL+LL+WL) atunci când se ia în considerare vântul, față de factorul de 1,5 (DL+LL) atunci când nu se ia în considerare vântul.

Forțele orizontale exercitate de componentele vântului trebuie avute în vedere la proiectarea clădirii. Calculul încărcărilor datorate vântului depinde de cei doi factori, și anume viteza vântului și dimensiunea clădirii. Detaliile complete de calculare a sarcinii vântului asupra structurilor sunt prezentate mai jos [prin IS-875 (Partea 3) -1987].

Utilizând codul de culori, presiunea de bază a vântului “Vb” este indicată pe o hartă a Indiei. Proiectantul poate alege valoarea lui Vb în funcție de localitatea în care se află clădirea.

Pentru a obține viteza de proiectare a vântului Vz se va folosi următoarea expresie:

Vz = k1.k2.k3.Vb

Unde k1 = Coeficientul de risc

k2 = Coeficientul bazat pe teren, înălțime și dimensiunea structurii.

k3 = Factorul topografic

Presiunea de proiectare a vântului este dată de

pz = 0,6 V2z

unde pz este în N/m2 la înălțimea Z și Vz este în m/sec. Până la o înălțime de 30 m, se consideră că presiunea vântului acționează în mod uniform. Peste înălțimea de 30 m, presiunea vântului crește.

Cărți de zăpadă (SL)

Cărțile de zăpadă constituie sarcini verticale în clădire. Dar aceste tipuri de sarcini sunt luate în considerare numai în locurile de cădere a zăpezii. IS 875 (partea 4) – 1987 se ocupă de sarcinile de zăpadă pe acoperișurile clădirilor.

Carava minimă de zăpadă pe o zonă de acoperiș sau pe orice altă zonă deasupra solului care este supusă acumulării de zăpadă se obține prin expresia

Unde S = Sarcina de proiectare a zăpezii pe suprafața plană a acoperișului.

= Coeficientul de formă, și

S0 = Sarcina de zăpadă la sol.

Sarcini de cutremur (EL)

Forțele de cutremur constituie atât forțe verticale cât și orizontale asupra clădirii. Vibrația totală cauzată de cutremur poate fi rezolvată în trei direcții reciproc perpendiculare, considerate de obicei ca fiind verticală și două direcții orizontale.

Mișcarea în direcție verticală nu provoacă forțe în suprastructură într-o măsură semnificativă. Dar mișcarea orizontală a clădirii în momentul cutremurului trebuie luată în considerare în timpul proiectării.

Răspunsul structurii la vibrațiile solului este o funcție de natura solului de fundare, de mărimea și modul de construcție și de durata și intensitatea mișcării solului. IS 1893- 2014 oferă detalii privind astfel de calcule pentru structurile așezate pe soluri care nu se vor așeza considerabil sau nu vor aluneca în mod apreciabil din cauza unui cutremur.

Acelerațiile seismice pentru proiectare pot fi obținute din coeficientul seismic, care este definit ca fiind raportul dintre accelerația datorată cutremurului și accelerația datorată gravitației. Pentru structurile monolitice din beton armat situate în zonele seismice 2, și 3 fără mai mult de 5 etaje și cu un factor de importanță mai mic de 1, forțele seismice nu sunt critice.

Alte sarcini și efecte care acționează asupra structurilor

În conformitate cu clauza 19.6 din IS 456 – 2000, în plus față de sarcina discutată mai sus, trebuie să se țină seama de următoarele forțe și efecte, dacă acestea sunt susceptibile să afecteze în mod semnificativ siguranța și capacitatea de funcționare a structurii:

(a) Mișcarea fundației (a se vedea IS 1904)

(b) Scurtarea axială elastică

(c) Presiunea solului și a fluidelor (a se vedea IS 875, partea 5)

(d) Vibrații

(e) Oboseală

(f) Impact (vezi IS 875, partea 5)

(g) Sarcini de montaj (vezi IS 875, partea 2) și

(h) Efectul de concentrare a tensiunilor datorat unei sarcini punctuale și altele asemenea.