Jeffrey Cross
Jeffrey Cross

Питајте МАКЕ: Како раде решетке?

Питајте МАКЕ је недељна колона у којој одговарамо на питања читатеља, као што је ваша. Запишите их у [емаил протецтед] или нам пошаљите линију на Твиттер-у. Не можемо да чекамо да се ухватимо у коштац са вашим загонеткама!

Барбара пише:

Као жена која воли да прегледава маке.цом материјале, и која је храбра, али понекад недостаје неки од физике, волела бих основно (али темељно) објашњење о физици решетки и како дистрибуирају оптерећење крова.

Греат куестион! И ми смо се заправо питали, па смо се обратили стручњаку да нам помогне. Ево шта је др Дранг (један од наших читалаца) морао да каже у одговору:

Решетке, као и све структуре, су уређаји за пренос оптерећења од места где их не желите до места на коме радите. Кровна решетка узима тежину крова - и снијег на крову ако живите у таквој клими - и преноси је у носиве зидове ваше куће. Кров моста узима тежину аутомобила и камиона који прелазе преко њега и преноси их на пристаништа. Оно што чини решетку другачијом од других конструкција - греда, рецимо, за кров или лукове за мост - је паметан и ефикасан начин да носи терет. Трусси имају тенденцију да буду веома лагани јер користе геометрију и законе статике. Погледајмо сваки од ових ...

Геометрија

Замислите да имате сет равних штапића, као што су штапићи од језичка или депресори језика, и избушите рупе на крајевима сваког штапа тако да их можете повезати са малим вијцима. Ако спојите три штапића у троугао, добијате структуру која остаје крута чак и ако не стегнете вијке много.

Ако, с друге стране, направите квадрат са четири штапића, биће готово немогуће задржати структуру да се не претвори у ромб када га притиснете, без обзира колико сте затегнули.

За разлику од троугла, крутост ове структуре зависи од крутости спојева. Да бисте стварно задржали квадратну крутост, морате додати дијагоналну заграду да бисте створили два троугла унутар квадрата.

Ова инхерентна ригидност троуглова је геометријско својство. Троугао је једини полигон чији унутрашњи углови - и, стога, облик - су јединствено дефинисани дужинама његових страна. Не постоји ништа као постулат конгруенције бочне стране или закон косинуса за полигоне вишег реда.

Дакле, ако желите да направите структуру која је крута без обзира на ригидност њених веза, почињете са троуглом и градите га додавањем штапића како бисте направили више троуглова. То, укратко, је решетка.

Закони статике

Идеална решетка је као наш скуп штапића од сладоледа: скуп равних чланова или елемената, причвршћених заједно на својим крајевима, са силама које се примењују само на спојеве. (Доћи ћемо до односа између правих решетки и идеалних у мало.) Под овим условима, сваки члан у решетки се учитава само на својим крајевима. Нека од оптерећења могу доћи из споља примијењених сила, а други ће долазити од чланова на које је спојен, али без обзира на њихов извор, оптерећења дјелују искључиво на крајевима.

Примјењујући једнаџбе статике, можемо показати да ако је тијело оптерећено само у двије точке, резултирајуће силе у тим точкама

  1. једнаке су величине;
  2. су супротне у правцу; и
  3. дјеловати дуж линије између двије точке.

За наше чланове носача, то значи да су силе на члановима аксијалне (то јест, оне делују дуж осовине члана), стављајући их у чисту напетост или чисту компресију.

Код решеткастих решетки које су напуњене силама надоле, чланови дуж врха ("горњи акорд") су у сабијању, а чланови дуж дна ("доња тетива") су у напетости. Елементи који спајају горњу и доњу линију ("елементи мреже") могу бити затегнути или компресовани, у зависности од њихових углова и расподеле оптерећења.

Снаге у члановима могу се израчунати на неколико начина. Традиционалне методе „руком“ су метода спојева и метода секција. За анализу преко рачунара, метода коначних елемената је стандардна техника.

Ефикасност

Чињеница да су силе на сваком носачу аксијалне је кључ за ефикасност решетке. У аксијално оптерећеном елементу, сила се једнако преноси на сваки део елемента - ниједан део се не губи.

Упоредите ово са снопом. Када поставите сноп у центар, напони су много виши него било где другде. Материјал који је удаљен од центра једноставно не ради толико посла, смањујући ефикасност структуре.

Успут, имате инстинктивно схватање овога. Ако вам неко преда оловку и замоли вас да је сломите, ставите палчеве у средину и савијте је. Никада не бисте размислили о хватању два краја и повлачењу или гурању. На тај начин нисте могли ни сломити чачкалицу.

Измеривши чланове правог носача, можете га подесити да носи огромна оптерећења док користите врло мало материјала. Тако људи освајају такмичења за балса дрвене мостове. Решетке у реалном свету не могу бити оптимизоване на начин на који балса дрвени мост може, јер реалне решетке морају носити различите комбинације оптерећења, а решетка оптимизована за један скуп оптерећења неће бити оптимална за други сет. Ипак, чак и када се не могу потпуно оптимизирати, решетке су обично много лакше од алтернативних структура.

Теорија и стварност

Говорећи о стварним решењима, запамтите како смо дефинисали нашу идеалну конструкцију? Прави чланови, забодени спојеви на оба краја, и учитани само на спојевима. Само први од тих услова је задовољен у правој кровној конструкцији. Горњи и доњи делови траке су често непрекидни кроз спојеве, а елементи мреже су повезани преко спојних плоча, а не пинова.

Штавише, горња трака се оптерећује облогом крова дуж цијеле дужине, а не само на спојевима.

Ова одступања од идеала, у ствари, стварају додатна напрезања наметањем оптерећења на савијање на носачима. Срећом, ови додатни стресови - структурни инжењери називају их "секундарним стресовима" - не мијењају понашање трусса и могу се занемарити у већини случајева. У решеткама, разлика између теорије и праксе је мала.

Користи

Дакле, ако су решетке јаке и круте и ефикасне, зашто се не користе за сваки кров? Одмах нам падају на памет три разлога:

  1. Они заузимају простор на тавану. Иако је укупна количина дрва која се користи за кровне конструкције мања од укупне запремине коју користи скуп греда и стропних греда, елементи решетке решетка поткровља и чине га мање употребљивим.
  2. Теже се прилагођавају неким кровним плановима. Ако ваш кров има много долина и бокова, лакше је оквирити роговима него решеткама.
  3. Потребна им је додатна опрема за постављање. Конструкција се мора претходно монтирати и затим подићи као комплетна јединица на оквир. Ово није велика ствар ако градите целу подјелу и можете унајмити дизалицу за неколико кућа дневно. Али ако само радите једну кућу, трошкови изнајмљивања дизалице могу бити превисоки. Рафтерс може поставити мала посада уоквирених столара.

Али решетке се користе у многим крововима, како у стамбеној тако иу комерцијалној градњи. Продавнице у складиштима и складиштима готово увек користе челичне решетке јер су најјефтинији начин да се задрже велики, отворени простори крова. Следећи пут када сте у Цостцо или Сам'с Цлубу, погледајте.

Удео

Оставите Коментар