Vreau să explic niște lucruri elementare, dar de o importanță majoră pentru cei nou veniți în domeniul construcțiilor. Clădirile au devenit o parte din peisaj, însă puțini din noi știu cum funcționează. S-a trecut de la structurile de bază din piatră și chirpici, la zgârie-nori masivi și indestructibili, stadioane de mărimea unui sat și poduri de mărimea unui deal. Acum, mai mult ca oricând, ne bazăm pe clădiri să ne adăpostească de toate condiții meteorologice, războaie și dezastre. Clădirile pot face toate acestea datorită inginerilor structuriști care le proiectează.
Am împărțit acest articol în trei părți. Unul din motive este legat de gradul de dificultate. În prima parte vom discuta despre lucruri mai generale pentru o structură obișnuită, și începând cu a doua parte vom intra un pic în detaliu. Mai precis, vom discuta despre elementele constructive verticale și orizontale pe care le găsim într-o clădire. Noțiunile explicate aici sunt considerate un standard și sunt ușor de înțeles indiferent de experiența pe care o aveți. Înțelegerea contextului în care dezvoltăm clădirea contribuie la succesul unui proiect. A treia parte va trata factorii externi.
V-ați întrebat vreodată cum sunt proiectate clădirile?
Toți ne adresă întrebări precum: “Cât de gros trebuie să fie peretele sau stâlpul de susținere?”, “Cât de lată și cât de înaltă trebuie să fie grinda?”, “Din ce tip de beton trebuie să construiesc planșeul?”, “Ce tip de cărămidă am nevoie pentru un perete structural?”. Toate aceste întrebări pot avea ca răspuns același cuvânt. Cuvântul “depinde” este valabil, pentru că înainte de a răspunde competent la întrebări, vom avea nevoie să înțelegem forțele care acționează asupra clădirii și individual asupra elementelor structurale.
Din perspectiva inginerului structural, o clădire este un mecanism de gestionare a încărcărilor utile și a greutății clădirii. Pentru a înțelege cum se ridică o clădire, ar trebui să cunoaștem toate forțele sau încărcăturile ce pot acționa împotriva ei. Pentru a rămâne în poziție verticală, o clădire trebuie să fie capabilă să reziste încărcărilor gravitaționale, a încărcărilor utile, precum și sarcinilor impuse de forțele exterioare din natură. Gravitatea încarcă rezistența structurii la sarcinile de gravitație împiedică să se prăbușească sub greutatea sa și cea a ocupanților săi.
Această categorie de încărcături include încărcăturile statice și dinamice. Cele statice sunt reprezentate de greutatea structurii și componentele încorporate, pe care eu le numesc generic “elemente constructive” sau încărcări fixe în structură, care nu sunt parte a structurii de rezistență. Inginerii determină aceste încărcături prin calcularea greutății și cantității materialelor din clădire. Deoarece elementele structurale rareori suferă schimbări majore după finalizare, sarcinile statice sunt mai puțin variabile, spre deosebire de cele dinamice.
Cât de precise sunt calculele structurale?
Chiar dacă încărcările statice sunt destul de permanente, se aplică un factor de siguranță pentru a ține cont de modificările viitoare care pot adăuga greutatea structurii. În aceeași măsură ne afectează dezechilibrarea structurii de rezistență. Asta înseamnă că și înlăturarea încărcărilor din calculul inițial poate afecta structura de rezistență. Cu cât o clădire este mai sveltă, cu tot această lipsă de echilibru este mai simțită. De aceea, modificarea unor apartamente fără autorizație de construire poate dezechilibra clădirea.
Apoi, încărcările dinamice includ orice altceva decât greutatea proprie a clădirii. Astfel de încărcări sunt reprezentate de ocupanți, mobilier mobil, echipamente tehnologice, lichidul din instalații, apa strânsă în anumite locuri ale acoperișului, etc. Încărcările dinamice pot fi distribuite uniform sau concentrate. Important este de știut faptul că ele sunt de regulă dictate de tipul de ocupare a clădirii. Încărcările dinamice pot crea adesea solicitări extraordinare scurte, care influențează structura, mai ales la structurile ușoare.
Proiectarea corectă a unei structuri trebuie să presupună că aceste încărcări sunt omniprezente într-o clădire, iar dimensionarea trebuie făcută în consecință.În concluzie, pentru a rezista încărcărilor conform destinației, structura unei clădiri trebuie să fie formată din elemente structurale care susțin în mod adecvat atât sarcini statice, cât și unele dinamice. Ne tot merge să găurim și să modificăm abuziv structurile după bunul plac fără să cadă pe noi, iar acest factor de siguranță joacă un rol important.
Din ce este construită o clădire?
O structură obișnuită este alcătuită din elemente structurale orizontale și verticale, alături de diverse elemente structurale de ajutor. Elementele steucturale orizontale pot fi planșeul, grinda, centura sau fundația, iar cele verticale sunt pereții structurali, diafragmele de beton, piloții sau pilonii, stâlpii. Elementele structurale de ajutor sunt contravântuirile, indiferent de forma lor. Uneori contravântuirile sunt doar un toron de oțel tensionat, care deși pare solid, este o funie de fire de oțel. Elementele structurale se recunosc cel mai bine la structurile metalice.
Membrii orizontal ai unei structuri includ, dar nu se limitează la, grinzi, grinzi și plăci. Aceste elemente susțin încărcăturile moarte și vii ale clădirii și pot fi utilizate în diferite configurații. În construcția rezidențială din lemn, grinzile creează structura podelei și se sprijină pe plăcile de pervaze ale ansamblurilor de perete exterioare și interioare interioare. Când grinzile se întind pe distanțe lungi, grinzile perpendiculare pot fi utilizate pentru un suport suplimentar.
Aceste grinzi pot fi spălate sau au scăzut sub încadrare. În clădirile din beton și oțel, finisajele de pardoseală sunt în mod obișnuit stratificate pe partea superioară a plăcilor din beton armat, care sunt susținute de grinzi. Plăci, grinzi și grinzi trebuie să aibă o bună rezistență la compresiune și la tracțiune pentru a rezista la sarcinile impuse de ocupanți, mobilier, echipament și greutatea proprie. Studurile și coloanele structurii ridică aceste încărcături la punctele de conexiune și transportă încărcătura până la fundație.