K係數計算器

計算結構有效長度與歐拉挫屈承載力,或將熱傳導係數與厚度換算為R值和U值。

結構與熱工K係數計算
選擇模式,輸入單位相容的公制數據,並檢視影響結果的中間值。

關於K係數計算

K係數在不同工程領域有不同意義,因此本計算器將結構有效長度與熱傳導計算分開。在結構模式中,K描述柱端約束如何改變有效挫屈長度。有效長度等於K乘以柱的無側向支撐長度。理想兩端固定採0.5,固定-鉸接採0.7,兩端鉸接採1.0,固定-自由的懸臂採2.0。實際接合很少呈現完全理想的約束,因此這些值適合概念性檢核,而非直接作為最終選用依據。 結構模式採用歐拉彈性挫屈公式。臨界載重等於圓周率平方乘以彈性模數及最小斷面二次矩,再除以有效長度平方。矩形斷面慣性矩為寬度乘以深度三次方除以十二;圓形則為圓周率乘以直徑四次方除以六十四。計算器採用的代表性彈性模數為鋼材200,000 N/mm²、混凝土30,000 N/mm²及木材11,000 N/mm²。臨界載重以千牛頓顯示,並將輸入載重表示為此理想承載力的百分比。 由於有效長度取平方、斷面深度取三次方或直徑取四次方,歐拉挫屈對長度、約束及方向相當敏感。公式描述的是承受同心軸向壓力的筆直、細長、完全彈性構件。它不考慮降伏、開裂、材料變異、初始彎曲、殘留應力、接合柔度、偏心、局部挫屈、支撐缺陷或規範抗力係數。矩形斷面應確認輸入方向符合欲探討的挫屈軸,並針對弱軸重複檢核。 在熱工模式中,小寫k代表單位為W/m·K的熱傳導係數,而非柱端約束係數。熱阻等於以公尺計的材料厚度除以熱傳導係數。單一均勻材料層的U值為該熱阻的倒數。例如200 mm厚、熱傳導係數0.5 W/m·K的材料,熱阻為0.4 m²·K/W,U值為2.5 W/m²·K。完整建築構造還須納入表面熱阻、骨架、飾面、空腔及熱橋。 這些結果適合用於理解公式、比較方案,以及在初步作業中找出單位錯誤。結構設計必須由合格工程師依適用材料標準及載重規範執行。熱工設計應採用經認證的熱傳導資料,並考慮所有並聯及串聯熱流路徑。請勿混用結構K與熱工k;兩者雖共用一個字母,卻代表不同物理量,使用的單位也不同。

K係數範例

表格示範結構約束與熱傳導計算。

輸入結果意義
3,000 mm兩端固定柱有效長度1,500 mm理想端部條件係數為0.5。
3,000 mm兩端鉸接柱有效長度3,000 mm理想端部條件係數為1.0。
200 mm材料層,k為0.5 W/m·KR為0.4,U為2.5熱工模式會先將厚度換算成公尺再相除。

如何使用K係數計算器

  1. 選擇結構柱或熱工材料模式。
  2. 計算柱時,輸入長度、理想化端部條件、材料、斷面尺寸及軸向載重。
  3. 計算熱工材料層時,輸入熱傳導係數及材料厚度。
  4. 選擇「計算K係數結果」,並在所選公式的假設範圍內解讀結果。

K係數計算器常見問題

結構K係數是什麼意思?

它是將柱的無側向支撐長度換算成理想有效挫屈長度的乘數。轉動及平移約束越好,K值通常越小。

歐拉臨界載重就是柱的容許載重嗎?

不是,它是細長且無缺陷構件的理想彈性挫屈值。設計標準還會納入強度限制、缺陷、抗力係數及互制檢核。

矩形計算採用哪一個軸?

計算器將輸入深度取三次方再乘以寬度。請檢查兩個主方向,並依相關的較弱挫屈軸設計。

熱工k代表什麼?

熱工k是熱傳導係數,表示熱量通過材料的容易程度。同樣厚度下,熱傳導係數越低,熱阻越高。

為什麼結構K與熱工k放在同一個工具?

兩者都是常見的營建計算,在不同情境使用相同字母。模式選擇器會區分公式與單位,避免混淆結果。