Jeffrey Cross
Jeffrey Cross

Küsi MAKE: Kuidas trussid töötavad?

Küsi MAKE on iganädalane veerg, kus vastame lugeja küsimustele nagu teie. Kirjutage need aadressile [kaitstud e-posti aadressile] või jätke meile Twitteris rida. Me ei saa oodata, et lahendada teie conundrume!

Barbara kirjutab:

Naine, kes armastab make.comi materjalide sirvimist ja kes on julged, kuid mõnikord mõnest füüsikast puuduvad, armastaksin põhilist (kuid põhjalikku) selgitust trasside füüsika ja selle kohta, kuidas nad katuse koormust jaotavad.

Suur küsimus! Me mõtlesime ka selle üle, et pöörduda abi saamiseks eksperdi poole. Siin on see, mida dr Drang (üks meie lugejatest) pidi ütlema vastusena:

Trussid, nagu kõik struktuurid, on seadmed koormuste ülekandmiseks sealt, kust te ei soovi neid sinna teha. Katusekonstruktsioon võtab vastu katuse ja katuse lume kaalu, kui elate sellises kliimas, ning viib selle üle oma maja kandvatesse seintesse. Silla rööbastee võtab üle selle ületavate autode ja veoautode kaalu ning edastab selle sadamatesse. Mis teeb rööbast teistest konstruktsioonidest erinevaks - näiteks sarikad, katuse jaoks või sildade kaared - on targad ja tõhus viis, kuidas see koormust kannab. Trussid kalduvad olema väga kerged, sest nad kasutavad ära geomeetria ja staatika seadusi. Vaatame neid kõiki ...

Geomeetria

Kujutage ette, et teil on komplekt lamedad pulgad, nagu popsicle pulgad või keele depressorid, ja te puurite augusid iga kepi otstes, et saaksite neid väikeste poltidega ühendada. Kui ühendate kolmnurga kolm pulgad, saad struktuuri, mis jääb jäigaks isegi siis, kui poldid palju kinni ei pinguta.

Kui aga teete ruudu nelja pulgaga, siis on peaaegu võimatu hoida struktuuri muutumist rombiks, kui te selle peale surute, olenemata sellest, kui palju pingutate.

Erinevalt kolmnurgast sõltub selle struktuuri jäikus ühenduste jäikusest. Ruudukujulise jäikuse säilitamiseks peate ruudu sees kahe kolmnurga loomiseks lisama diagonaalse traksidega.

See kolmnurkade omapärane jäikus on geomeetriline omadus. Kolmnurk on ainus hulknurk, mille sisemine nurk - ja seega ka kuju - on unikaalselt määratletud selle külgede pikkusega. Ei ole midagi sellist, nagu kõrgema järjekorra polügoonide külg-külgmised kongruentsuse postulaat või kosinuste seadus.

Seega, kui soovid teha struktuuri, mis on jäik olenemata selle ühenduste jäikusest, alustate kolmnurga ja ehitate selle juurde, lisades kolmnurga tegemiseks pulgad. Lühidalt öeldes on see karkass.

Staatika seadused

Ideaalne karkass on nagu meie popsicle-pulgakogumite komplekt: sirgete liikide või elementide komplekt, mis on nende otstes kokku pandud ja mille jõudu rakendatakse ainult liigestel. (Me jõuame reaalsete ristikute ja ideaalsete suheteni natuke.) Nendel tingimustel laaditakse iga rööbastee liige ainult selle otstesse. Mõned koormused võivad pärineda väljastpoolt rakendatavatest jõududest ja teised tulevad liikmetelt, kellele see on ühendatud, kuid olenemata nende allikast toimivad koormused ainult lõppu.

Staatika võrrandeid kasutades saame näidata, et kui keha laaditakse ainult kahes punktis, siis jõuavad need jõud nendes punktides

  1. on võrdsed suurusega;
  2. on vastupidises suunas; ja
  3. tegutseda kahe punkti vahel.

Meie ristikelementide puhul tähendab see seda, et liikmetel olevad jõud on aksiaalsed (see tähendab, et need toimivad piki telje telge), pannes need kas puhtale pingele või puhtale kompressioonile.

Alasuunaliste jõududega koormatud ristikutes on ülaküljel olevad liikmed (“ülemine akord”) kokkusurutud ja põhjas olevad liikmed (“alumine akord”) pinges. Ülemine ja alumised akordid (nööriosad) ühendavad elemendid võivad olla pinged või kokkusurumine, sõltuvalt nende nurkadest ja koormuste jaotusest.

Liikmete jõude saab arvutada mitmel viisil. Traditsioonilised meetodid on liigeste meetod ja sektsioonide meetod. Keerulise analüüsi jaoks arvutiga on lõplike elementide meetodiks standardmeetod.

Tõhusus

Tõsiasi, et iga rööpaelemendi jõud on aksiaalsed, on võtmeks risttehase efektiivsusele. Aksiaalselt laetud elemendis kannab jõudu võrdselt iga liikme osa - ühtegi osa ei raisata.

Kontrastige seda talaga. Kui keskele asetate tala, siis on pinged seal palju kõrgemad kui kusagil mujal. Keskusest eemal asuv materjal lihtsalt ei tee nii palju tööd, vähendades struktuuri tõhusust.

Sul on muide instinktiivne arusaam sellest. Kui keegi käsib sulle pliiatsit ja palub teil seda murda, asetate pöidlad keskele ja painutage seda. Sa ei peaks kunagi kaaluma kahe otsa haaramist ja tõmbamist või lükkamist. Te ei suutnud isegi seda hambaorkut murda.

Ristmiku liikmete suuruse mõõtmise abil saate seda väga väikeste materjalide kasutamisel häälestada, et kanda tohutuid koormusi. Nii saavad inimesed balsa puidussilla võistlusi. Reaalsete kobarate puhul ei saa balsa puidussilda optimeerida, sest reaalsed trassid peavad kandma palju erinevaid koormuse kombinatsioone ning ühe koormuste jaoks optimeeritud tross ei ole teise komplekti jaoks optimaalne. Siiski, isegi kui neid ei saa täielikult optimeerida, on kobestid tavaliselt palju kergemad kui alternatiivsed struktuurid.

Teooria ja reaalsus

Rääkides reaalsetest trassidest, pidage meeles, kuidas me defineerisime oma ideaalse karkassi? Sirged liikmed, kinnitatud ühendused kummaski otsas ja koormatud ainult liigestes. Ainult esimene nendest tingimustest on täidetud tõelises katuseraasis. Ülemise ja alumise akordi osad on tihendamisel tihti pidevad ja klemmliistud ühendatakse läbi ühendusplaatide, mitte tihvtidega.

Pealegi laaditakse ülemine akord kogu katuse ulatuses, mitte ainult liigeste juures.

Need kõrvalekalded ideaalist tekitavad tegelikult täiendavaid pingeid, seades sõrestikele paindekoormusi. Õnneks nimetavad need täiendavad struktuurid - konstruktorite insenerid neid “sekundaarseteks pingeteks” - ei muuda trosside käitumist palju ja neid saab enamikul juhtudel ignoreerida. Trassidel on teooria ja praktika erinevus väike.

Kasutamine

Nii et kui ristikud on tugevad ja jäigad ja tõhusad, siis miks ei kasutata neid iga katuse jaoks? Kolm põhjust tulevad kohe meelde:

  1. Nad võtavad ruumi teie pööningul. Ehkki katusrööbaste kasutatava saematerjali kogumaht on väiksem kui sarikate ja lagede kogumahu kogumahu, kärbivad karkassihargid pööningul ja muudavad selle vähem kasutatavaks.
  2. Neil on raskem kohaneda mõne katusekavaga. Kui teie katusel on palju orud ja puusad, on lihtsam raamida sarikad kui trossidega.
  3. Nad nõuavad lisavarustust. Karkass tuleb eelnevalt kokku panna ja seejärel ülesehitusseadmeks üles ehitada. See ei ole suur asi, kui te ehitate kogu alajaotust ja saate palgata kraana, et teha mitu maja ühe päeva jooksul. Aga kui te teete lihtsalt ühte maja, võivad kraana rentimise kulud olla ülemäärased. Rafters saab paigaldada väikese meeskonnaga puusepatööd.

Aga kobaraid kasutatakse paljudes katustes nii elamuehituses kui ka kaubanduses. Laod ja laohoonete kauplused on peaaegu alati teraskorpusega, sest need on odavam moodus suurte, avatud katuste hoidmiseks. Järgmine kord, kui viibite Costcos või Sam's Clubis, vaata üles.

Osa

Jätnud Kommentaari