SIMETRIUM .COM q = p · a · kN/m
系列 · 製圖與 CAD
ZH-HANT|36 種語言
每平方公尺
雪、人、家具和水都壓在面積上。規範給出它們的單位是 kN/m² ——也就是千帕。
每公尺梁上
梁承擔一條寬度等於梁間距的樓板。每公尺梁上承受 p · a,這已經是 kN/m.
檯面上是四根桁條上的屋頂剖面。雪均勻地落在面積上,然後寬度等於桁條間距的一條匯集到一根桁條上。荷重 2.0 kN/m² 在 3 m 寬的條帶上變成 6.0 kN/m.
量的檔案 · 製圖與 CAD · 材料力學

分布荷重

q, kN/m · p, kN/m² · q = p · a · SP 20.13330 · EN 1991-1

雪落在倉庫屋頂上:依計算 2.1 kN/m²,另有 0.5 是屋頂自重。這是每平方公尺的荷重。20P 槽鋼桁條承擔寬 1.5 m 的一條屋頂——即到相鄰桁條的距離。每公尺桁條承受 2.6 × 1.5 = 3.9 kN,再加上自重:q = 4.08 kN/m。如果把 2.6 當作 kN/m 代入撓度公式,桁條在紙面上撓曲 15 mm,而實際是 22 mm,容許值為 24。

分佈荷重是沿長度或面積分攤開的力。作用在樓板上用 kN/m²,作用在梁上用 kN/m。換算只有一種:乘以受荷寬度,也就是梁間距。樓板和面層從面積上匯集荷重,梁從條帶上匯集,柱從受荷面積上匯集。如果不寫單位,這個乘法裡的錯誤在單位上是看不出來的:2.6 和 3.9 都只是「荷重」而已。

記號q——線荷重,kN/m;p、g、s——面荷重,kN/m² = kPa
關系q = p · a,其中 a 為梁的受荷寬度,m;1 kN/m = 1 N/mm
參考數值1 kN/m² ≈ 102 kgf/m² · 一公尺水深——9.81 kN/m² · 住宅 1.5 · III 區雪 1.5
簡支梁M = qL²/8, R = qL/2, f = 5qL⁴/384EI
懸臂梁M = qL²/2, R = qL, f = qL⁴/8EI
在何處荷重匯集,梁和桁條計算,KM 和 KZh 圖說(鋼結構與鋼筋混凝土)上的荷重簡圖
前往梁的加載 AutoCAD 提示
01 · 定義

面積、條帶、梁

荷重由上而下匯集。雪、人和設備以 kN/m² 壓在樓板上。面層把荷重傳給梁,每根梁分得一條條帶,寬度到它與相鄰梁之間跨距的中線。如果梁間距為 3 m,條帶寬就是 3 m,每平方公尺變成每公尺梁上 3 kN。由此得 q = p · a:面荷重乘以受荷寬度。

接下來,線荷重決定梁的一切。彎矩隨跨度的平方增長,撓度隨四次方增長。所以把梁間距拉大一半,等於把雪加大一半;而把跨度加長一半,撓度就增大到五倍。從單位上一眼就能看出:kN/m² · m = kN/m,kN/m · m² = kN·m。

p——活載面荷重 · g——靜載面荷重 · a——受荷寬度 · g_b——梁自重 · L——跨度 · E、I——彈性模數與慣性矩
互動 · 從面積到梁

同一條帶上的七種荷重

每一列是一種面荷重。條帶表示梁在選定受荷寬度下得到的荷重,右側數字以 kN/m 計。左側是原始的 kN/m²。

梁間距

互動 · 樓板、受荷條帶、梁與撓度計

五種結構,一條條帶,一個撓度

主要操作是「開始加載」按鈕。先是荷重落到樓板上——雪、人群、棧板或水——感測器以 kN/m² 顯示它。接著突顯一根梁的受荷條帶,寬度等於梁間距,條帶上的荷重匯集成一條線:q = p · a。然後畫面轉到梁本身:線荷重箭頭、彎矩圖、支承反力,以及跨中的撓度計。最後一步是強度與撓度檢核。場景下方選擇結構——倉庫屋頂、陽台、倉庫、人行橋或泳池——以及梁間距。「kN/m² 當作 kN/m」按鈕顯示忘了乘以間距的計算。

左:面板——面荷重、間距、線荷重、彎矩、應力和撓度右:荷重感測器、撓度計、荷重的兩種寫法
主要操作
拖動0.0 s
結構
梁間距
作用於面積
—
—
作用於梁
—
—
撓度
—
—
判定
—
—

—

線荷重與梁間距
q = (p + g) · a + g_b 對比梁的承載能力
直線為不同間距下梁上的荷重。虛線為依強度和依撓度的極限 q。圓點為選定的間距。
五根梁的利用率
占極限的比例,取兩項檢核中較不利者
紫色——依 q = p · a 計算,淺色——同樣的計算但沒有乘以間距。橫線——100 %。
加載過程
面荷重,以及撓度占容許值的比例
青綠線——荷重逐步增加。橙線——撓度隨之線性增長:材料處於彈性範圍。
02 · 換算
面荷重與受荷寬度,m
每公尺梁上

舊規範和手冊用 kgf/m² 表示荷重:150 kgf/m² 即 1.47 kN/m²,幾乎正好 1.5。粗估時 1 kN/m² ≈ 100 kgf/m²,誤差 2 %。

美國規範用 psf,即磅每平方英尺:住宅 40 psf 即 1.92 kN/m²。線荷重用 plf 或 klf:1 klf = 14.6 kN/m。

負載kN/m²kgf/m²3 m 條帶上的 kN/m來源
03 · 數量級
從微風到基礎底面的面荷重,對數刻度

04 · 測量儀器
50 cm² 圓筒 · 秤
稱重式雪量計
把已知面積的圓筒壓入雪中直到地面,取出試樣稱重。質量除以面積,就是雪的含水量,也直接就是以 kN/m² 計的雪荷重。
支座下的荷重計 · R = qL/2
支座荷重元
荷重計置於梁和支座之間,量測反力。兩個反力之和就是梁上的全部荷重;除以跨度得到平均線荷重 q。
0.01 mm
撓度計
一根鋼絲從梁的跨中引到固定支架上的儀錶,指針顯示下沉量,精確到百分之一公釐。樓板做載重試驗時使用。
1428加載前後讀數
水準儀和標尺
標尺立在跨中和支座處,在加載前和加載下各讀一次數。差值就是撓度,與 L/250 或規範的其他容許值比較。
05 · 書寫規則
正確
p = 2.0 kN/m² 作用於樓板,q = 6.0 kN/m 作用於梁
簡圖上:箭頭上方標 q = 6.0 kN/m,跨度 L = 6 m
荷重匯集表中:標準值、係數 γf、設計值
靜載和活載——分列填寫
受荷寬度 a——在平面圖上標尺寸
錯誤
「荷重 2.0」不帶單位——分不清是面荷重還是梁上的荷重
把 kN/m² 代入梁的撓度公式
寫「kg/m」而不是 kgf/m——質量代替了力
邊梁的受荷寬度依軸線取,少了半個間距
各項標準值直接相加,不乘荷重係數 γf
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每頁配套的案頭提示
AutoCAD · 荷重簡圖
指令:
分佈荷重SP 20.13330 · EN 1991-1
階段
p
q
У
2.0
6.0
SIMETRIUM · 「製圖與 CAD」系列2.0 kN/m² × 3 m = 6.0 kN/m
06 · 相鄰單位
07 · 歷史部分
樓板平面圖
a
受荷條帶
計量學札記

面荷重幾乎從不直接量測。雪靠取樣稱重,人和家具的荷重取自規範中的統計:在使用年限內被超過的機率很小的值。因此標準荷重是一種約定,而荷重係數 γf 再為不確定性加上餘裕。

結構如何承載,可以透過試驗檢驗:對樓板分級施加試驗荷重——沙包、塑膠布水池中的水、混凝土塊——每一級都量測撓度。如果撓度線性增長、卸載後又能恢復,說明材料處於彈性範圍,計算得到證實。

qL²/8
彎矩圖
量的目錄
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基礎 · 7 個單位

國際單位制的七個基本單位

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目錄實驗室:一杯紫甘藍汁、一個燃燒器、冷板上的一杯水和一組齒輪
目錄 · 所有量都在一頁
目錄入口處的實驗室

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08 · 你的語言
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