什麼是細長比?
細長比(\(\lambda\))是結構工程中相當關鍵的參數,用來描述壓力構件(例如柱或撐桿)發生挫屈的傾向。它以構件的有效長度與迴轉半徑相比較:細長比愈大,代表柱愈細長,在軸向荷載下愈容易發生挫屈;細長比愈小,則代表構件短而粗壯,破壞模式偏向壓潰而非挫屈。
如何使用本計算器
只需輸入三個數值:有效長度係數(K)、無側撐長度(L)與迴轉半徑(r)。請確保 L 與 r 採用相同單位(例如皆以 mm 表示),如此算出的結果才會是無因次值。計算器除了回傳細長比,也會一併顯示有效長度(K×L)供您參考。
公式說明
核心方程式為 $$\lambda = \frac{\text{K} \cdot \text{L}}{\text{r}}$$ 係數 \(K\) 用來反映構件兩端的束制條件:兩端鉸接(pinned-pinned)時 \(K = 1.0\),兩端固定(fixed-fixed)時 \(K = 0.5\),一端固定一端鉸接(fixed-pinned)時 \(K = 0.7\),一端固定一端自由(懸臂柱,fixed-free)時 \(K = 2.0\)。迴轉半徑 \(r = \sqrt{I/A}\),其中 \(I\) 為斷面慣性矩(二次矩),\(A\) 為斷面積,並以最弱軸方向取值。
範例演算
假設有一根兩端鉸接的鋼柱(\(K = 1.0\)),無側撐長度 \(L = 3000\) mm,迴轉半徑 \(r = 50\) mm。其細長比為 $$\lambda = \frac{1.0 \times 3000}{50} = 60$$ 許多規範對壓力構件的細長比上限約訂在 200,因此這根柱遠在常見限值之內,相當安全。
常見問題
細長比多少才算好?數值愈低代表構件愈剛硬。鋼結構設計規範通常將壓力構件限制在 \(\lambda \le 200\),而拉力構件則可放寬至較高的數值。
該採用哪一個迴轉半徑?除非該軸方向已有側撐,否則應採用最小的 \(r\)(最弱軸),因為挫屈會沿著最弱且未受側撐的軸向發生。
細長比會受單位影響嗎?不會——只要 L 與 r 使用相同單位,\(\lambda\) 即為無因次值。