Qu'est-ce que la déflexion du faisceau?
De nombreux bâtiments utilisent un cadre en acier pour supporter le poids du bâtiment, de son mobilier et de toutes les personnes qui y travaillent ou y vont. D'autres matériaux peuvent être utilisés pour supporter les bâtiments, y compris le béton armé, qui est un béton avec un cadre en acier interne appelé armature. Les architectes conçoivent la structure de la poutre en utilisant des calculs pour les différentes contraintes résultant du poids du bâtiment, des personnes ou des véhicules, et des éventuels effets du vent ou de la neige. Les contraintes provoquent une déviation du faisceau, qui correspond à la flexion ou à la torsion des éléments structurels en raison de charges de construction, du déplacement de personnes ou des conditions météorologiques.
Les poutres structurelles peuvent être exposées à différents types de contraintes. La tension est une force qui sépare la poutre, à laquelle l’acier peut bien résister, mais pas le béton. Les barres d'armature sont placées à l'intérieur de structures en béton armé pour résister aux forces de traction.
La compression est une force qui pousse des deux côtés d’une poutre vers le milieu. Tout mur ou poutre vertical est soumis à une contrainte de compression due au poids du bâtiment situé au-dessus. Le béton résiste très bien aux forces de compression et l'acier un peu moins, car il peut se plier. C'est pourquoi l'acier de construction est produit dans une forme qui ressemble à une lettre majuscule "I", appelée une poutre en I. Celles-ci sont conçues avec deux plaques d'acier placées à 90 degrés par rapport à une poutre principale et couvrant toute la longueur de celle-ci, afin d'éviter toute torsion ou flexion.
La quantité de déviation du faisceau dépend de la taille du faisceau, des matériaux utilisés ainsi que du poids et de la position de tout objet placé dessus. Un sol en béton coulé sur une structure de poutre en acier peut présenter une faible déviation, car son poids est réparti ou réparti uniformément sur toute la surface de la poutre. Les poutres de mur verticales doivent être conçues pour supporter le poids, appelé charge, de l'acier et du sol en béton afin d'empêcher toute déformation des murs.
Une poutre peut dévier davantage si un poids important est placé au point le plus éloigné de l'endroit où la poutre est supportée ou fixée au bâtiment. Ce type de charge est très important pour les calculs de déflexion de faisceau et peut nécessiter des poutres supplémentaires ou des murs de support en dessous du point de déflexion maximum. Les poutres supportées uniquement à une extrémité sont également analysées avec soin pour déterminer leur déviation.
Toute structure supportée à une extrémité s'appelle un porte-à-faux et est couramment utilisée pour les balcons, les passerelles et les conceptions de toit en surplomb. Le porte-à-faux doit être soigneusement conçu pour supporter les charges maximales prévues des objets ou des personnes, ainsi qu'un facteur de sécurité généreux. Des câbles s'étendant jusqu'au sol au-dessus ou des poteaux de support sous la section en porte-à-faux peuvent être ajoutés pour supporter des charges supplémentaires, mais peuvent affecter l'esthétique ou l'attrait visuel de la conception en surplomb.
Une autre préoccupation liée à la conception est la vibration, qui est une forme de déviation du faisceau. Les tremblements de terre, les vents et les mouvements de personnes ou de véhicules peuvent faire vibrer la structure en acier ou en béton. La vibration est un mouvement répété du faisceau dans un mouvement de va-et-vient. Cela peut être acceptable en petites quantités, mais des vibrations plus importantes peuvent endommager les murs ou les meubles, voire entraîner la destruction du bâtiment. Cela peut se produire différemment selon l'endroit où les poutres sont supportées et doit être inclus dans la conception des structures en acier ou en béton.