Molti edifici utilizzano una struttura strutturale in acciaio per sostenere il peso dell’edificio, i suoi arredi e tutte le persone che vi lavorano o vi visitano. Altri materiali possono essere utilizzati per sostenere gli edifici, compreso il cemento armato, che è calcestruzzo con un telaio interno in acciaio chiamato tondo per cemento armato. Gli architetti progettano la struttura della trave utilizzando calcoli per le varie sollecitazioni che si verificano dal peso dell’edificio, dalle persone o dai veicoli e dai possibili effetti del vento o della neve. Le sollecitazioni causano la deflessione della trave, che è la flessione o la torsione degli elementi strutturali a causa dei carichi dell’edificio, del movimento delle persone o del cambiamento del tempo.
Le travi strutturali possono essere esposte a diversi tipi di sollecitazione. La tensione è una forza che separa la trave, a cui l’acciaio può resistere bene, ma il cemento no. L’armatura è posizionata all’interno di strutture in cemento armato per resistere alle forze di trazione.
La compressione è una forza che spinge da entrambe le estremità di una trave verso il centro. Qualsiasi parete o trave verticale è sottoposta a sollecitazione di compressione dal peso dell’edificio sopra di essa. Il calcestruzzo è molto bravo a resistere alle forze di compressione e l’acciaio un po’ meno perché può piegarsi. Questo è il motivo per cui l’acciaio strutturale viene prodotto in una forma che assomiglia a una lettera maiuscola “I”, chiamata I-beam. Questi sono progettati con due piastre di acciaio posizionate a 90 gradi rispetto a una trave principale e che corrono per tutta la sua lunghezza, per evitare torsioni o piegamenti.
La quantità di deflessione del raggio dipende dalle dimensioni del raggio, dai materiali utilizzati e dal peso e dalla posizione di qualsiasi oggetto posizionato su di esso. Un solaio in calcestruzzo gettato su una struttura a travi in acciaio può avere una flessione ridotta, perché il peso del solaio è distribuito o distribuito uniformemente su tutta la superficie della trave. Le travi verticali delle pareti devono essere progettate per sostenere il peso, chiamato carico, dell’acciaio e del pavimento in calcestruzzo per evitare qualsiasi flessione delle pareti.
Una trave può deflettere di più se un peso grande viene posizionato nel punto più lontano dal punto in cui la trave è supportata o fissata all’edificio. Questo tipo di carico è molto importante per i calcoli della flessione della trave e può richiedere travi o pareti di supporto aggiuntive al di sotto del punto di flessione massima. Anche le travi supportate solo su un’estremità vengono attentamente analizzate per la deflessione della trave.
Qualsiasi struttura supportata su un’estremità è chiamata cantilever ed è comunemente usata per balconi, passerelle e progetti di tetti a sbalzo. Il cantilever deve essere accuratamente progettato per supportare i carichi massimi previsti da oggetti o persone oltre ad un generoso fattore di sicurezza. I cavi che si estendono al pavimento sopra o i pali di supporto sotto la sezione a sbalzo possono essere aggiunti per supportare carichi aggiuntivi, ma possono influenzare l’estetica o l’attrattiva visiva del design a sbalzo.
Un altro problema di progettazione è la vibrazione, che è una forma di deflessione del raggio. Terremoti, venti e movimenti di persone o veicoli possono far vibrare l’acciaio strutturale o il calcestruzzo. La vibrazione è un movimento ripetuto del raggio in un movimento avanti e indietro. Può essere accettabile in piccole quantità, ma vibrazioni maggiori possono danneggiare pareti o arredi, o addirittura portare alla distruzione dell’edificio. Ciò può verificarsi in modo diverso a seconda di dove sono supportate le travi e deve essere incluso nella progettazione di strutture in acciaio o calcestruzzo.