Ich entwerfe ein Wasserzentrum im obersten Stock eines mehrstöckigen Gebäudes. Die zu konstruierenden kritischen Balken und Säulen tragen ein 25-m-Sportbecken, und ich frage mich, ob ich auf die auf die Strukturelemente wirkende Wasserlast einen Nutzlast- oder einen Totlastsicherheitsfaktor anwenden soll.
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Belal Azhar
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Antworten:
Angesichts der Tatsache, dass der Wasserstand wahrscheinlich fast vollständig stabil bleiben wird, ist die Eigenlast der richtige Weg.
Tatsächlich stelle ich mir nur vor, dass sich der Wasserstand ändern würde, wenn der Pool zur Reinigung geleert wird. Dies ist jedoch ein ziemlich seltenes Ereignis und würde tatsächlich die aufgebrachte Last verringern , also keine Sorge. Sicher, wenn der Pool dann wieder aufgefüllt wird, würde es einige dynamische Aktionen geben, aber das Auffüllen eines Pools nimmt viel Zeit in Anspruch, so dass der "dynamische Faktor" vernachlässigbar sein sollte.
Der Grund, warum Sicherheitsfaktoren für Nutzlasten größer sind, liegt auch in ihrer inhärenten Variabilität. Sie können eine Brücke für einen 45-Tonnen-Lkw entwerfen, aber wer weiß, wie schwer Lkw in 40 Jahren sein werden? Inzwischen sind die Eigenlasten weitaus gleichmäßiger: In 40 Jahren wird die Brücke das gleiche Gewicht wie jetzt haben. Und wenn Ihr Material nicht defekt ist oder Ihre Konstruktion erstaunlich schlecht ist, liegt das Eigengewicht, das Sie in Ihrer Analyse verwenden, wahrscheinlich innerhalb einiger Prozentpunkte des tatsächlichen Gewichts. Sie können daher einen niedrigeren Sicherheitsfaktor für Eigenlasten festlegen, während Sie große verwenden, um die Unsicherheit bei Nutzlasten zu decken.
Wie @AndyT in einem Kommentar erwähnt hat, kann es Elemente geben, die vom Pool entlastet werden. Ein leerer Pool hätte in solchen Fällen diese entlastende Wirkung nicht. Das Entlasten von Eigenlasten wird normalerweise vollständig berücksichtigt (möglicherweise geringfügig reduziert). Das Entlasten von aktiven Lasten wird ignoriert und verursacht keine Entlastung. Für diese Elemente kann man sich entscheiden, auch den Fall des leeren Pools zu berücksichtigen.
Wie @ Ethan48 in einem Kommentar erwähnt hat, kann es relevant sein, die Struktur mit leerem und vollem Pool zu berechnen. Der leere Pool könnte für die Säulen relevant sein, wenn der Fall "maximales Biegemoment (z. B. durch Wind) und minimale axiale Kompression" überprüft wird.
Der vielleicht vernünftigste Ansatz ist es, die Last als Hybrid zu betrachten: mit einem Eigenlastfaktor, wenn er ungünstig ist, aber einem Nutzlastfaktor (0,0), wenn er günstig ist.
Dies gilt meist für etwas "einfache" Strukturen. Wenn Ihr Gebäude komplexere Berechnungen erfordert, kann es zu Problemen kommen.
Zum Beispiel würde ich vermuten, dass dies einen wichtigen Effekt bei seismischen Berechnungen haben könnte, da das Wasser (oder das Fehlen davon) eine große Masse (oder das Fehlen davon) ganz oben in der Struktur darstellen würde. Wie von @CarlWitthoft in einem Kommentar unten erwähnt, könnte die dynamische Bewegung des Wassers ins Spiel kommen und daher eher wie eine Nutzlast wirken, wenn das Gebäude schlank und daher anfällig für windinduzierte Dynamik ist.
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Sie müssen sich bei Ihren örtlichen Bauvorschriften erkundigen. Kalifornien hat spezielle Codes für die Behandlung von Hochwassertanks sowie Pools und Behältern. Sie werden nicht nur mit dem dynamischen Lastfaktor behandelt, sondern es gelten auch andere Überlegungen bei der Montage, Detaillierung und Nutzung der Anlage.
Intuitiv im Falle eines Erdbebens, nachdem ein Teil des Poolwassers verschüttet wurde, beginnt der Rest nach einigen Sekunden hin und her zu schwingen und kollidiert mit den Wänden des Pools und bricht bei einem explosiven Aufprall auf sie, ähnlich wie am Ufer Stützmauern und Pfeiler.
Sie müssen also die lokalen seismischen Spektren berücksichtigen und Resonanzen vermeiden. Wenn keine dynamische laterale Analyse vorliegt, müssen Sie das von Ihrer örtlichen Bauabteilung empfohlene Schema befolgen.
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