这个计算器能做什么
门过梁尺寸计算器用于估算横跨门洞的过梁(即门楣、过梁)所需的最小梁高。它基于四项工程参数——净跨度、所承受的总均布荷载、所用材料的容许弯曲应力,以及选定的过梁宽度——计算出最大弯矩、所需截面模量,以及抵抗弯曲所需的最小梁高。请注意,本工具采用以英尺、磅、psi(磅每平方英寸)为单位的英制体系,其荷载与应力取值习惯沿用北美木结构做法,与中国《木结构设计标准》等国内规范的计算方法和单位制不同,仅供初步参考。
使用方法
将门洞宽度作为跨度填入,单位为英尺(ft)。填入过梁所承受的总均布荷载,单位为磅每线性英尺(lb/ft,应将恒载与活载的从属面积荷载合并)。填入所用木材或材料的容许弯曲应力 \(F_b\),单位为 psi——例如,常见的框架木材经各项调整系数修正后大致在 850~1500 psi 之间。填入过梁宽度 \(b\),单位为英寸(in),例如两根 2x 拼合时取 3 in。计算器将输出所需梁高(英寸),实际选用时应向上取整到标准木材规格。
公式详解
对于承受均布荷载的简支梁,最大弯矩为 \(M = wL^{2}/8\)。弯曲应力通过截面模量 \(S\) 与弯矩相关联,即 \(S = M/F_b\)。对于实心矩形截面,\(S = b \cdot d^{2}/6\)。求解梁高得
$$d = \sqrt{\dfrac{6\,S}{\text{Width } b}}$$计算中弯矩由 \(\text{lb}\cdot\text{ft}\) 换算为 \(\text{lb}\cdot\text{in}\)(乘以 12),以保证所有应力单位统一为 psi。
计算示例
跨度 \(L = 6\ \text{ft}\),荷载 \(w = 400\ \text{lb/ft}\),\(F_b = 1000\ \text{psi}\),宽度 \(b = 3\ \text{in}\)。弯矩
$$M = \frac{400 \times 6^{2}}{8} = 1800\ \text{lb}\cdot\text{ft} = 21{,}600\ \text{lb}\cdot\text{in}$$截面模量
$$S = \frac{21{,}600}{1000} = 21.6\ \text{in}^{3}$$梁高
$$d = \sqrt{\frac{6 \times 21.6}{3}} = \sqrt{43.2} \approx 6.57\ \text{in}$$因此需要梁高至少约 6.6 in 的构件(例如一对 2x8)。
常见问题
这是否为符合规范的正式设计? 不是。本工具仅采用容许应力设计法进行快速估算。务必对照当地建筑规范并请专业工程师核验,包括挠度和剪力验算。中国境内的工程应以国家及行业现行规范为准。
挠度怎么办? 本工具只验算抗弯。大跨度往往由挠度限值(\(L/240\) 或 \(L/360\))控制,需另行确认。
宽度该填多少? 应填入各拼合层的合计厚度——两根 1.5 in 构件取 \(b = 3\ \text{in}\),三根则取 4.5 in。