Jeffrey Cross
Jeffrey Cross

Întrebați MAKE: Cum funcționează fermierii?

Întrebați MAKE este o coloană săptămânală în care răspundem la întrebările cititorilor, precum a ta. Scrie-le în [protejate prin e-mail] sau ne aruncă o linie pe Twitter. Nu putem să așteptăm să ne ocupăm de conundrums!

Barbara scrie:

Ca o femeie care IUBESC navigarea materialelor make.com și care este curajoasă, dar uneori lipsește o parte din fizică, mi-ar plăcea o explicație de bază (dar amănunțită) despre fizica fermelor și modul în care distribuie încărcătura acoperișului.

Întrebare mare! De fapt, ne-am întrebat și asta, așa că am apelat la un expert pentru a obține ajutor. Iată ce a spus Dr. Drang (unul dintre cititorii noștri) ca răspuns:

Trusses, ca toate structurile, sunt dispozitive pentru transferul încărcăturilor de unde nu vrei să le facă unde faci. Un schelet de acoperiș ia greutatea acoperișului - iar zăpada pe acoperiș dacă locuiești în acel tip de climă - și o transferă în pereții portanți ai casei tale. Un trotuar din punte ia greutatea autoturismelor și a camioanelor care trec peste el și îl transferă pe piloni. Ceea ce face ca un altar să fie diferit de alte structuri - căpriori, să zicem, pentru un acoperiș sau pentru arcuri pentru un pod - este modul inteligent și eficient în care transportă încărcătura. Trusses-urile tind să fie foarte ușoare deoarece profită de geometria și legile staticei. Să ne uităm la fiecare dintre aceste ...

Geometrie

Imaginați-vă că aveți un set de bastoane plate, cum ar fi bastoanele de tip popsicle sau depresorii limbii, și găuriți găurile la capetele fiecărui baston, astfel încât să le puteți conecta cu șuruburi mici. Dacă conectați trei bastoane împreună într-un triunghi, obțineți o structură care rămâne rigidă, chiar dacă nu strângeți prea mult șuruburile.

Dacă, pe de altă parte, faceți un pătrat cu patru bastoane, va fi aproape imposibil să păstrați structura să se transforme într-un romb atunci când o împingeți, indiferent cât de mult vă strângeți.

Spre deosebire de triunghi, rigiditatea acestei structuri depinde de rigiditatea conexiunilor. Pentru a păstra într-adevăr un pătrat rigid, trebuie să adăugați o brățară diagonală pentru a crea două triunghiuri în interiorul pătratului.

Această rigiditate inerentă a triunghiurilor este o proprietate geometrică. Triunghiul este singurul poligon al cărui unghiuri interne - și, prin urmare, formă - sunt definite în mod unic de lungimile laturilor sale. Nu există nimic asemănător cu postulatul de congruență laterală laterală sau cu legea cosinelor pentru poligoane de ordin superior.

Deci, dacă doriți să realizați o structură rigidă, indiferent de rigiditatea conexiunilor sale, începeți cu un triunghi și construiți pe ea adăugând bețe pentru a face mai multe triunghiuri. Asta, pe scurt, este un fermă.

Legile staticei

O structură ideală este asemănătoare cu ansamblul nostru de bastoane de tip popsicle: un set de elemente drepte sau elemente fixate la capăt, forțe aplicate numai la articulații. (Într-un pic, vom ajunge la relația dintre trupe adevărate și cele ideale). În aceste condiții, fiecare membru al unui grup de bare este încărcat numai la capete. Unele încărcături pot proveni de la forțele aplicate extern și altele vor veni de la membrii la care este conectat, dar indiferent de sursa lor, încărcăturile acționează exclusiv la capete.

Aplicând ecuațiile statice, putem arăta că dacă un corp este încărcat doar la două puncte, forțele rezultate la acele puncte

  1. sunt egale în magnitudine;
  2. sunt opuse în direcție; și
  3. acționați de-a lungul liniei dintre cele două puncte.

Pentru membrii trupei noastre, aceasta înseamnă că forțele asupra membrilor sunt axiale (adică acționează de-a lungul axei membrului), punându-le fie în tensiune pură, fie în compresie pură.

În forțele încărcate de forțe descendente, elementele de-a lungul vârfului ("coarda de sus") sunt în compresiune, iar elementele de-a lungul fundului ("coarda de jos") sunt în tensiune. Elementele care leagă coardele de sus și de jos ("membranele") pot fi tensiuni sau compresiuni, în funcție de unghiurile lor și de distribuția sarcinilor.

Forțele din membri pot fi calculate în mai multe moduri. Metodele tradiționale "pe mana" sunt metoda îmbinărilor și metoda secțiunilor. Pentru analiza structurii prin intermediul calculatorului, metoda elementului finit este tehnica standard.

Eficienţă

Faptul că forțele de pe fiecare element de legătură sunt axiale este cheia eficienței unui ferastru. Într-un element axial încărcat, forța este purtată în mod egal de fiecare parte a elementului - nicio parte nu este irosită.

Contrastează acest lucru cu un fascicul. Când încărcați un fascicul în centru, solicitările sunt mult mai mari acolo decât oriunde altundeva. Materialul departe de centru nu face deloc munca, diminuând eficiența structurii.

Ai, apropo, o înțelegere instinctivă a acestui lucru. Dacă cineva vă dă un creion și vă cere să o rupeți, vă puneți degetele în centru și îndoiți-l. Niciodată nu ar trebui să luați capăt cele două capete și să trageți sau să împingeți. Nici nu puteai să spargi o scobitoare în felul ăsta.

Prin dimensionarea membrilor unei structuri de bare doar la dreapta, puteți să-l reglați pentru a efectua încărcări uriașe în timp ce utilizați foarte puține materiale. Acesta este modul în care oamenii câștigă balsa poduri de lemn concursuri. Fermierii din lumea reală nu pot fi optimizați așa cum poate un pod din lemn de balsa, deoarece fermele din lumea reală trebuie să poarte mai multe combinații diferite de încărcătură și un baret optimizat pentru un set de încărcături nu va fi optim pentru alt set. Cu toate acestea, chiar și atunci când nu pot fi optimizate pe deplin, fermele sunt de obicei mult mai ușoare decât structurile alternative.

Teorie și realitate

Vorbind despre fermele reale, amintiți-vă cum am definit structura noastră ideală? Elementele drepte, conexiunile fixate la fiecare capăt și încărcate numai la articulații. Doar prima dintre aceste condiții este întâlnită într-o adevărată structură de acoperiș. Elementele coardei de sus și de jos sunt adesea continue prin articulații, iar elementele de legătură sunt conectate prin plăci conectori, nu știfturi.

În plus, coarda de sus este încărcată de către acoperișul de pe toată lungimea sa, nu doar la articulații.

Aceste abateri de la ideea fac, de fapt, generează solicitări suplimentare prin impunerea de sarcini de îndoire pe elementele de bare. Din fericire, aceste solicitări suplimentare - inginerii structurali le numesc "stres secundar" - nu schimbă prea mult comportamentul fermei și pot fi ignorate în majoritatea cazurilor. În ferme, diferența dintre teorie și practică este mică.

utilizări

Deci, dacă fermele sunt puternice, rigide și eficiente, de ce nu sunt folosite pentru fiecare acoperiș? Trei motive vine imediat în minte:

  1. Ele ocupă spațiu în podul tău. Deși volumul total de cherestea utilizat de fermele de acoperiș este mai mic decât volumul total utilizat de un set de grinzi și grinzi de tavan, membranele barelor de foraj au tăiat mansarda și o fac mai puțin utilizabile.
  2. Este mai greu să se adapteze la unele planuri de acoperiș. Dacă acoperișul dvs. are o mulțime de văi și șolduri, este mai ușor să se încadreze cu capriori decât cu fermele.
  3. Acestea necesită echipament suplimentar pentru a pune în aplicare. Un schelet trebuie să fie pre-asamblat și apoi ridicat ca o unitate completă în sus la încadrare. Nu e mare lucru dacă construiești o întreagă subdiviziune și poți angaja o macara pentru a face mai multe case pe zi. Dar dacă faceți doar o singură casă, costul de închiriere a unei macarale poate fi prohibitiv. Rafturile pot fi puse în aplicare de către un mic echipaj de dulgheri încadrați.

Dar fermele sunt folosite în multe acoperișuri, atât în ​​construcții rezidențiale cât și comerciale. Depozitele și magazinele în stil depozit folosesc aproape întotdeauna ferme de oțel, deoarece acestea sunt cel mai ieftin mod de a stoca mari deschideri deschise ale acoperișului. Data viitoare când vă aflați într-un club Costco sau Sam, aruncați o privire în sus.

Acțiune

Lasa Un Comentariu