Wat is straalafbuiging?
Veel gebouwen gebruiken een stalen constructiekader om het gewicht van het gebouw, de inrichting ervan en alle mensen die daar werken of bezoeken te ondersteunen. Andere materialen kunnen worden gebruikt om gebouwen te ondersteunen, waaronder gewapend beton, dat is beton met een stalen binnenframe, wapening genoemd. Architecten ontwerpen de balkstructuur met behulp van berekeningen voor de verschillende spanningen die optreden door het bouwgewicht, mensen of voertuigen, en mogelijke effecten van wind of sneeuw. Spanningen veroorzaken balkafbuiging, dat is het buigen of draaien van de structurele elementen als gevolg van bouwbelastingen, beweging van mensen of veranderend weer.
Structurele balken kunnen worden blootgesteld aan verschillende soorten stress. Spanning is een kracht die de balk uit elkaar trekt, wat staal goed kan weerstaan, maar beton niet. Wapening wordt in gewapend beton geplaatst om spanningskrachten te weerstaan.
Compressie is een kracht die van beide uiteinden van een balk naar het midden duwt. Elke verticale wand of balk wordt onder druk gezet door het gewicht van het gebouw erboven. Beton is zeer goed in het weerstaan van compressiekrachten en staal iets minder omdat het kan buigen. Dit is de reden waarom constructiestaal wordt geproduceerd in een vorm die lijkt op een hoofdletter "I", een I-balk genaamd. Deze zijn ontworpen met twee stalen platen die 90 graden ten opzichte van een hoofdbalk zijn geplaatst en over de volledige lengte ervan lopen, om draaien of buigen te voorkomen.
De hoeveelheid doorbuiging van de straal is afhankelijk van de grootte van de straal, de gebruikte materialen en het gewicht en de positie van elk object dat erop wordt geplaatst. Een betonnen vloer gestort op een stalen balkconstructie kan weinig doorbuiging hebben, omdat het gewicht van de vloer is verdeeld of gelijkmatig over het gehele balkoppervlak is verdeeld. Verticale muurbalken moeten worden ontworpen om het gewicht, de belasting, van het staal en de betonnen vloer te dragen om doorbuiging in de muren te voorkomen.
Een balk kan meer afbuigen als een groot gewicht wordt geplaatst op een punt het verst verwijderd van waar de balk wordt ondersteund of bevestigd aan het gebouw. Dit type belasting is erg belangrijk voor berekeningen van de straalafbuiging en kan extra balken of ondersteunende wanden onder het maximale afbuigpunt vereisen. Balken die alleen aan één uiteinde worden ondersteund, worden ook zorgvuldig geanalyseerd op straalafbuiging.
Elke structuur die aan één uiteinde wordt ondersteund, wordt een cantilever genoemd en wordt meestal gebruikt voor balkons, loopbruggen en overhangende dakontwerpen. De cantilever moet zorgvuldig worden ontworpen om de maximaal verwachte belastingen van objecten of mensen te ondersteunen, evenals een royale veiligheidsfactor. Kabels die zich uitstrekken tot de vloer erboven of steunpalen onder het vrijdragende gedeelte kunnen worden toegevoegd om extra belastingen te ondersteunen, maar kunnen de esthetiek of visuele aantrekkingskracht van het overhangende ontwerp beïnvloeden.
Een ander aandachtspunt bij het ontwerp is trillingen, een vorm van straalafbuiging. Aardbevingen, winden en bewegingen van mensen of voertuigen kunnen ervoor zorgen dat het constructiestaal of beton trilt. Trillingen is een herhaalde beweging van de straal in een heen en weer gaande beweging. Het kan in kleine hoeveelheden acceptabel zijn, maar grotere trillingen kunnen muren of meubels beschadigen of zelfs tot vernietiging van het gebouw leiden. Dit kan anders gebeuren, afhankelijk van waar de balken worden ondersteund en moet worden opgenomen in het ontwerp van staal- of betonconstructies.