我是木工新手,我正处于制作如下图所示长凳的计划阶段。我打算在上面存放非常重的盒子,并且还想将其用作凳子以到达高架子。
是否有确定长凳可以承受多少重量的标准做法?是否有任何通常可以给出准确结果的快速估算做法?
长凳将全部由花旗松 2x4 螺柱制成,除了四个腿将是花旗松 4x4 柱。我计划使用的唯一紧固件是 2.5 英寸的钢钉。普通钉子。我怎样才能找到这个长凳可以实际承受的重量?
我是木工新手,我正处于制作如下图所示长凳的计划阶段。我打算在上面存放非常重的盒子,并且还想将其用作凳子以到达高架子。
是否有确定长凳可以承受多少重量的标准做法?是否有任何通常可以给出准确结果的快速估算做法?
长凳将全部由花旗松 2x4 螺柱制成,除了四个腿将是花旗松 4x4 柱。我计划使用的唯一紧固件是 2.5 英寸的钢钉。普通钉子。我怎样才能找到这个长凳可以实际承受的重量?
用于腿部的 4x4 柱子纵向支撑几乎“无限”的重量。现在,当然,考虑到一个简单的设计,每条腿只能将力传递到一个 4x2 梁上(然后可能用某种窗台左右钉在一起),这不是最佳的。如果稳定性很重要,您绝对希望用燕尾板条或靠近腿的类似结构连接横梁。穿过每条腿和燕尾板条的四个 10 毫米马车螺栓是一个很好的解决方案。
将厚板条粘合和钉在横梁上也可能“起作用”,但总而言之,这不是一个好计划,因为它刚性固定横梁,当板条膨胀时会对纵向粘合施加压力(这是不可避免的) .
像这样的东西(那是我的花园桌子,它确实支持 8 个成年人在上面跳舞而不会晃动):
此外,您需要确保长凳有一定的弹性以抵抗剪切。图中所示的横梁已经是一个很好的方法,但是钉子作为唯一的紧固件就不行了。没门。
我会用胶水和两个 10 毫米的硬木平底榫连接每两个不同的部分。最好是榫眼和榫头。
至于支撑/就座表面的承载能力,一根长 180 厘米、两端支撑的单根 4x2 道格拉西亚梁很容易支撑我的体重,因此对此的简单回答是“不用担心,这样就可以了”。但是,您也可以在这里做更好或更差的数量级,只需“小的”修改。
正如 rob 所指出的,理想情况下,您希望通过将 4x2 梁粘合在一起来制作层压轴承表面。如图所示,中间的一个小壁架将作为绝对最小值起作用,但不会那么好。
这背后的原因是重量更好地分布在所有梁上,而不仅仅是重量所在的梁上。
但是,请注意,以图像中描绘的方式使用 4x2 梁对于承载能力而言并不是最佳的,从稳定性的角度来看,水平层压板不是最佳的。矩形梁的承载能力与1 / 12 · h 3
b
成正比,这意味着单个4x2 梁(直立)等于四个2x4 梁(平)。
因此,您可以通过在轴承表面下简单地层压另一根或两根直立梁来大大提高(双倍或三倍)整体稳定性和承载能力。或者,您可以将薄壁架纵向层压到一根或几根横梁上,最好向后退一点,这样人们就看不到它了。
为此,将梁在整个长度上仔细粘合在一起是绝对重要的。
在确定任何结构的承载能力时,您需要考虑几个不同的因素:
对于计算挠度,@rob 使用 Sagulator 的建议是一个好的开始。您无需深入了解幕后发生的所有工程概念即可获得 90% 的答案。Sagulator 只是将您的家具尺寸输入光束偏转方程并吐出答案。这些方程依赖于材料保持在其弹性极限内的假设。您可以通过为 1/2" 厚的松木架子输入 5,000 磅负载在 Sagulator 中进行测试。显示的挠度将大于架子的长度,因为该等式并未考虑材料的最终强度.
最大弯曲应力可让您计算家具在不断裂的情况下可以承受多少负载。水平梁可以承受的最大载荷取决于跨度、载荷的施加方式、端部的支撑方式、材料和横截面几何形状。幸运的是,有几个在线资源(例如Engineer's Edge和Engineering Toolbox)可以帮助进行概括,因此您不必推导出每个条件。
对于具有固定端部条件的梁上的均匀载荷(这意味着接头在每一端通过胶水连接,或至少通过多个紧固件连接),最大弯曲应力将位于端部,大小为的
sigma = M*y/I
在哪里
M is the maximum moment,
I is the cross section moment of area
y is the distance from the neutral axis.
对于矩形横截面, 和 I = 1/12*b*h^3,其中 h 是梁厚度,b 是梁宽度。y 就是 h/2。
您可以使用此计算器计算您的最大M。
许多木材种类的最大允许应力(或断裂模量)可以通过在 Google 上搜索木材材料特性来找到。
不要忘记这部分的安全系数!
除非您打算使用细长的腿,否则柱的抗压和屈曲强度不会真正影响您的设计考虑。使用 4x4 腿,你不会有这个问题。对于较细的腿,您可以使用以下公式计算临界中心载荷(与腿的轴线对齐,应用在腿的中心):
F=(pi^2*EI)/(KL)^2
在哪里
E is the material modulus of elasticity
I is the area moment of inertia of the leg cross section,
K is the column effective length factor,
L is the unsupported length
对于仅连接在桌裙或长凳顶部的无支撑腿,K 将为 2,因为它本质上是一个固定自由端条件。对于底部用支撑连接的腿,K 会更接近 0.5,而柱子的抗压强度是一个更大的因素。
只是为了找到水平工作台的承重能力,我会把它当作一个架子,然后通过某种承重计算器(如sagulator )计算数字。承重能力还取决于重量是主要朝向中心还是均匀分布。理想情况下,您可以将几个 2x4 层压(彻底粘合)在一起,为长凳顶部制作坚固的实心面板。在这种情况下,您可以将其视为负载计算器中的一块实心板。如果您不将顶部部件层压在一起,我会计算适当长度的单个 2x4,并将该答案乘以 2 到 4,具体取决于板凳上任何物品的 2x4 数量可能跨越。
一旦你计算了承载能力,另一个要考虑的因素是货架——在这种情况下,很可能是左右移动或摆动。您提到您唯一的机械紧固件将是钉子,但您没有提及您是否打算使用胶水或细木工。将顶部连接到腿上的防滑钉在一定程度上有助于防止磨损,但是除了钉它们之外,将它们粘合可以显着增加抗磨损性。长凳上不同位置的胶合榫卯接头将使其更加坚固。