Co je vzpěra paprsku?

Mnoho dnešních budov je vyrobeno z ocelových nosníků a jiných moderních materiálů. Tento postup je v kontrastu s celodřevěnou konstrukcí ve starších budovách, jako jsou kostely a stodoly. Je důležité si uvědomit, že termín „konstrukce nosníku“ se může vztahovat na dřevo nebo ocel. Zde se však termín vztahuje na ocelový paprsek a vybočení paprsku je zkreslení tvaru, ke kterému dochází, když je zatížení paprsku větší, než je paprsek navržen k přenášení.

Ocelové nosníky mohou nést mnohem těžší zatížení než dřevěný nosník stejné velikosti, díky čemuž je ocel stále oblíbenější volbou při navrhování budov. Množství hmotnosti, které konkrétní paprsek vydrží, se nazývá zatížení paprsku. Pokud je jakýkoli nosník, dřevo nebo ocel zatížen větší hmotností, než dokáže zvládnout, dojde k selhání. Tato porucha se nazývá vzpěra paprsku. Naštěstí lze použít konstrukční inženýrství, stanovit meze nosných nosníků a navrhnout projekt, který zabrání jakýmkoli poruchám.

Inženýři používají matematický vzorec nebo rovnici paprsku, aby určili, jakou váhu může daný paprsek odolat. Tato rovnice v podstatě pomáhá určit, jak velkou váhu může paprsek držet a jak daleko se může ohýbat nebo ohýbat, než dojde k vybočení paprsku. Pokud jsou paprsky vystaveny zatížení, je povoleno omezené zkreslení. Překročení přípustného množství způsobí, že se paprsek zhroutí nebo selže.

Zatímco dřevěné trámy se jednoduše rozbijí, ocelové trámy se zkreslují za bod, kde se mohou ohýbat zpět do tvaru, známého také jako vzpěra trámu. Když se paprsky ohnou, ztratí veškerou strukturální integritu, což může vést ke strukturálnímu kolapsu. Například ocelové střechy jsou navrženy tak, aby udržely určité množství hmotnosti. Pokud vážné sněhové bouře působí větší váhu, než jakou dokáže konstrukce zvládnout, dochází k vybočení paprsku. Trámy, které se ohýbají pod zátěží, se po odstranění zátěže mohou vrátit do svého normálního tvaru, ale trámy, které se prohnuly, se tak neprojeví.

Konstrukce ocelových nosníků jsou často konstruovány s malou bezpečnostní rezervou, aby se snížilo riziko selhání. Například ocelová střecha má několik nosníků, které ji podpírají, a pokud jeden nosník selže, požadavky na okolní nosníky se odpovídajícím způsobem zvýší. Pokud by se tento princip nepoužil, celá konstrukce by mohla selhat kvůli vybočení jednoho paprsku - podobně jako dům karet.

Nosníky jsou k dispozici v mnoha velikostech pro různé projekty a jsou vybírány na základě jejich jmenovitého zatížení. Když je na nosník aplikováno strukturální zatížení, bude se ohýbat nebo mírně ohýbat, dokud nebude zatížení odstraněno. Pokud je aplikováno nadměrné zatížení, paprsek přesahuje bod ohýbání, vzpěry a veškerá integrita je ztracena. To zdůrazňuje, proč je stavební inženýrství tak důležité.