Vad är strålavböjning?

Många byggnader använder en stålkonstruktion för att bära vikten av byggnaden, dess inredning och alla människor som arbetar eller besöker där. Andra material kan användas för att stödja byggnader, inklusive armerad betong, som är betong med en inre stålram som kallas armeringsjärn. Arkitekter utformar balkstrukturen med hjälp av beräkningar för de olika påfrestningar som uppstår från byggnadens vikt, människor eller fordon och eventuella effekter av vind eller snö. Spänningar orsakar balkavböjning, vilket är böjning eller vridning av konstruktionselementen på grund av byggnadsbelastningar, människors rörelser eller växlande väder.

Konstruktionsbalkar kan utsättas för olika typer av påkänningar. Spänning är en kraft som drar isär balken, vilket stål kan motstå bra, men inte betong. Armeringsjärn placeras inuti armerade betongkonstruktioner för att motstå dragkrafter.

Kompression är en kraft som trycker från båda ändarna av en balk mot mitten. Varje vertikal vägg eller balk är under tryckpåkänning från vikten av byggnaden ovanför den. Betong är mycket bra på att motstå kompressionskrafter och stål något mindre eftersom det kan böjas. Det är därför konstruktionsstål tillverkas i en form som ser ut som en stor bokstav ”I”, som kallas en I-balk. Dessa är designade med två stålplåtar placerade 90 grader mot en helljus, och löper hela längden av den, för att förhindra vridning eller böjning.

Mängden strålavböjning beror på balkens storlek, de material som används och vikten och positionen för alla föremål som placeras på den. Ett betonggolv som gjuts på en stålbalkskonstruktion kan ha liten nedböjning, eftersom vikten av golvet fördelas, eller sprids ut jämnt över hela balkytan. Vertikala väggbalkar måste utformas för att bära upp tyngden, kallad belastningen, av stålet och betonggolvet för att förhindra eventuell nedböjning i väggarna.

En balk kan avböjas mer om en stor vikt placeras på en punkt längst bort från där balken stöds eller fästs i byggnaden. Denna typ av belastning är mycket viktig för balknedböjningsberäkningar och kan kräva ytterligare balkar eller bärande väggar under den maximala avböjningspunkten. Balkar som endast stöds i ena änden analyseras också noggrant med avseende på balkavböjning.

Alla strukturer som stöds i ena änden kallas en konsol och används vanligtvis för balkonger, gångvägar och överhängande takdesigner. Fribäraren måste vara noggrant utformad för att klara de maximala förväntade belastningarna från föremål eller människor samt en generös säkerhetsfaktor. Kablar som sträcker sig till våningen ovanför eller stödstolpar under den fribärande sektionen kan läggas till för att stödja ytterligare belastningar, men kan påverka den överhängande designens estetik eller visuella tilltalande.

Ett annat designproblem är vibration, som är en form av strålavböjning. Jordbävningar, vindar och rörelser av människor eller fordon kan få konstruktionsstålet eller betongen att vibrera. Vibration är en upprepad rörelse av strålen i en fram och tillbaka rörelse. Det kan vara acceptabelt i små mängder, men större vibrationer kan skada väggar eller möbler, eller till och med leda till förstörelse av byggnaden. Detta kan ske olika beroende på var balkarna stöds och måste ingå i utformning av stål- eller betongkonstruktioner.