如何确定一个简单的凳子的承重能力?
我是木工新手,我正在计划做一个像下图这样的凳子。我打算在这个上面存放很重的箱子,还想把它当凳子用,以便够到高高的架子。
在确定一个凳子能承受多少重量方面有什么标准做法吗?有什么快速估算的做法,通常能给出准确的结果吗?
长椅将全部由花旗松2x4螺柱制成,除了四条腿将是花旗松4x4柱。我计划使用的唯一紧固件是2.5英寸的钢制普通钉子。我怎样才能知道这个凳子实际能承受的重量?
我是木工新手,我正在计划做一个像下图这样的凳子。我打算在这个上面存放很重的箱子,还想把它当凳子用,以便够到高高的架子。
在确定一个凳子能承受多少重量方面有什么标准做法吗?有什么快速估算的做法,通常能给出准确的结果吗?
长椅将全部由花旗松2x4螺柱制成,除了四条腿将是花旗松4x4柱。我计划使用的唯一紧固件是2.5英寸的钢制普通钉子。我怎样才能知道这个凳子实际能承受的重量?
用于支腿的4x4柱子几乎可以纵向支撑 “无限 "的重量。当然,现在,给定一个天真的设计,每条腿只会把力传到一根4x2的梁上(然后也许用某种壁架钉在一起),这不是最佳的。如果稳定性很重要的话,你肯定想用燕尾板或类似的结构连接梁,靠近腿的地方。四个10mm的马车螺栓穿过每条腿和燕尾板是一个很好的解决方案。 把厚厚的板条粘在梁上并钉上钉子可能也会 "奏效",但总的来说,这不是一个很好的计划,因为它刚性地固定了横梁,当板条膨胀时,会给纵向粘结带来压力(这也是一种不可避免的情况)。
类似这样(这是我的花园桌子,它确认可以支撑8个成年人在上面跳舞而不摇晃):
另外,你需要确保凳子有一定的抗剪能力。图中所示的横梁已经是一个很好的办法,但钉子作为唯一的紧固件是不行的。不可能。 我会把每两块不同的板子用胶水和两块10mm的硬木榫头连接起来作为最起码的方法。
至于承重/坐面的承受能力,一根长180cm、两端有支撑的4x2ouglasia梁很容易就能承受我的体重,所以在这个问题上,简单的答案就是"不用担心,这个可以”。然而,你也可以做得更好或更差,只需 “小 "的修改。
正如Rob所指出的,你最好将4x2的横梁粘在一起,做一个层压的承重面。如图所示,中间的一个小窗台可以作为绝对的最小值,但不会有那么好的效果。 原因是重量最好分布在所有的梁上,而不仅仅是在重量所在的梁上。
但是,请注意,以图中描述的方式使用4x2梁并不是承载力的最佳选择,从稳定性的角度来看,水平层压板是次优的。
矩形梁的承载力与1/12-h3b成正比,也就是说,一根4x2梁(直立)等于四根2x4梁(平直)。
当确定任何结构的承载力时,你需要考虑几个不同的因素:
对于计算挠度,@rob的建议是使用Sagulator是一个好的开始。你不需要深入掌握所有幕后的工程概念就能得到90%的答案。Sagulator只是简单地将你的家具尺寸输入一个梁挠度方程,然后吐出答案。这些方程依赖于材料保持在其弹性极限的假设。你可以在Sagulator中输入5000磅的载荷来测试一个1/2 “厚的松木架子。由于公式中没有考虑材料的极限强度,所以显示的挠度将大于架子的长度。
最大弯曲应力允许你计算家具可以承受多大的负荷而不会断裂。水平梁能承受的最大载荷取决于跨度、如何施加载荷、如何支撑两端、材料和横截面几何形状。幸运的是,有一些在线资源,如 工程师的边缘和 工程工具箱,可以帮助进行归纳,所以你不必推导每个条件。 y是简单的h/2。
你可以用这个计算器来计算你的最大M。
许多木种的最大允许应力(或断裂模数)可以通过在谷歌搜索木质材料特性来找到。
不要忘了这部分的安全系数!
柱子的抗压和抗弯强度不会真正影响你的设计考虑,除非你打算使用长而细的支腿。对于4x4的支腿,你不会有这个问题。对于较细的支腿,你可以用下面的公式计算临界中心荷载(与支腿轴线对齐,施加在支腿中心):
sigma = M*y/I
其中
M is the maximum moment,
I is the cross section moment of area
y is the distance from the neutral axis.
对于仅在桌裙或工作台顶部连接的无支撑支腿,K将是2,因为它基本上是一个固定的无端条件。对于底部连接有支撑的支腿,K将接近0.5,柱子的抗压强度是更多的因素。
只是为了找到水平台面的承重能力,我会把它当做一个架子,通过某种承重计算器,比如【sagulator】(http://www.woodbin.com/calcs/sagulator.htm)来计算数字。承重能力也将取决于重量是否主要是朝向中心还是均匀分布。理想情况下,你会将几个2x4s层压(彻底胶合)在一起,为工作台的顶部做一个坚固的实心板。在这种情况下,你可以在你的载荷计算器中把它当作一块实心板。如果你不将顶部的部件复合在一起,我会运行计算一个适当长度的单一2x4,以及乘以2至4的答案,这取决于多少2x4的任何项目在凳子上可能跨越。
一旦你计算承载能力,另一个因素要考虑的是机架 - 在这种情况下,最有可能的侧到侧移动或摇摆。你提到你唯一的机械紧固件将是钉子,但你没有提到你是否打算使用胶水或细木工。将顶部连接到腿上的夹板将在一定程度上帮助防止架子,但除了钉子之外,用胶水粘合它们可以大大增加架子的阻力。在凳子的各个位置用胶水粘合榫头,会让它更加坚固。
你总是可以采取卡尔文和霍布斯的方法!