這個計算器的功能
本工具用來計算簡支樑(一端為鉸支、另一端為滾支)在跨中承受單一集中載重時的最大垂直撓度。在這種經典載重情況下,最大撓度發生在載重正下方,也就是跨距的正中央,計算公式為 \(\delta = \frac{P L^{3}}{48 E I}\)。這是一條通用的結構力學公式,不受國家或建築規範影響——規範只會決定你所要比對的「容許撓度限值」,並不會改變撓度本身的計算方式。
使用方式
請輸入跨中集中載重 P(單位:牛頓 N)、樑跨距 L(單位:公尺 m)、楊氏模數 E(單位:吉帕 GPa,鋼材約 200 GPa、鋁材約 69 GPa),以及截面慣性矩(面積二次矩)I(單位:mm⁴)。計算器會自動將所有數值換算為一致的 SI 單位(E 換算為帕斯卡 Pa、I 換算為 m⁴),再套用公式,並以毫米(mm)與公尺(m)兩種單位顯示撓度結果。
公式說明
$$\delta = \frac{P \cdot L^{3}}{48 \cdot E \cdot I}$$撓度與跨距的三次方成正比,因此跨距加倍時,下垂量會增加為八倍。材料越剛硬(E 越大)、斷面越高深(I 越大),撓度就會成比例地減小。分母中的係數 48,正是「簡支樑跨中承受集中載重」這個特定情況所專屬的數值。
計算範例
假設一支鋼樑,\(P = 10{,}000 \text{ N}\)、\(L = 4 \text{ m}\)、\(E = 200 \text{ GPa}\)(\(2 \times 10^{11} \text{ Pa}\))、\(I = 50{,}000{,}000 \text{ mm}^4\)(\(5 \times 10^{-5} \text{ m}^4\)):$$\delta = \frac{10000 \times 4^{3}}{48 \times 2 \times 10^{11} \times 5 \times 10^{-5}} = \frac{640{,}000}{480{,}000{,}000} = 0.001333 \text{ m} \approx 1.33 \text{ mm}$$
常見問題
這算出來的是最大撓度嗎?是的——對於簡支樑承受跨中集中載重的情況,最大撓度就發生在跨距正中央。
有把樑本身的自重算進去嗎?沒有,只計算所施加的集中載重。若有需要,請另外加上自重(屬於均布載重,公式為 \(\frac{5 w L^{4}}{384 E I}\))的影響。
該使用哪些單位?P 用牛頓(N)、L 用公尺(m)、E 用吉帕(GPa)、I 用 mm⁴。工具會在內部自動完成單位換算,並以毫米(mm)回傳結果。