分布荷重
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 |
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。
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。
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。
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02 · 換算
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/m² | kgf/m² | 3 m 條帶上的 kN/m | 來源 |
| {k} | {v} | {h} | {a} | {n} |
03 · 數量級
04 · 測量儀器
05 · 書寫規則
系列 · 製圖與 CAD
每頁配套的案頭提示06 · 相鄰單位
07 · 歷史部分
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。
量的目錄
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一滴酸改變果汁的顏色,鹽為火焰染色,水被輕敲一下就結冰。下面是 Simetrium 的全部頁面,按學科和字母順序排列。
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