De nombreux bâtiments utilisent une charpente en acier pour supporter le poids du bâtiment, de son mobilier et de toutes les personnes qui y travaillent ou s’y rendent. D’autres matériaux peuvent être utilisés pour soutenir les bâtiments, notamment le béton armé, qui est du béton avec une structure interne en acier appelée barre d’armature. Les architectes conçoivent la structure de la poutre à l’aide de calculs pour les diverses contraintes résultant du poids du bâtiment, des personnes ou des véhicules, et de tout effet possible du vent ou de la neige. Les contraintes provoquent une déviation de la poutre, c’est-à-dire la flexion ou la torsion des éléments structurels en raison des charges du bâtiment, du mouvement des personnes ou des conditions météorologiques changeantes.
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 des structures en béton armé pour résister aux forces de tension.
La compression est une force qui pousse des deux extrémités d’une poutre vers le milieu. Tout mur ou poutre vertical est soumis à une contrainte de compression due au poids du bâtiment 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 sous une forme qui ressemble à une lettre majuscule I, appelée poutre en I. Ceux-ci sont conçus avec deux plaques d’acier placées à 90 degrés par rapport à une poutre principale et sur toute sa longueur, pour éviter la torsion ou la 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 à poutres en acier peut présenter une faible déflexion, car le poids du sol est réparti ou réparti uniformément sur toute la surface de la poutre. Les poutres murales verticales doivent être conçues pour supporter le poids, appelé charge, de l’acier et du sol en béton afin d’éviter toute déflexion dans les murs.
Une poutre peut dévier davantage si un poids important est placé à un point le plus éloigné de l’endroit où la poutre est supportée ou attachée au bâtiment. Ce type de charge est très important pour les calculs de déflexion des poutres et peut nécessiter des poutres supplémentaires ou des murs de soutènement en dessous du point de déflexion maximum. Les poutres supportées uniquement à une extrémité sont également soigneusement analysées pour la déviation des poutres.
Toute structure soutenue à une extrémité est appelée porte-à-faux et est couramment utilisée pour les balcons, les passerelles et les conceptions de toits en surplomb. Le porte-à-faux doit être soigneusement conçu pour supporter les charges maximales attendues 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.
Un autre problème de 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 l’acier de construction ou le 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.