バルサ材の塔のブレースの数は、耐荷重にどのように影響しますか？

私は、積載重量を最大化し、構造重量を最小化する（効率を最大化する）バルサ材の塔を建設しなければならないプロジェクトの2つの設計案を決定しています。決定する2つのデザインの写真を掲載しました。

どのデザインがより大きな重量を保持できるか、ブレースの数を増やすと負荷容量が変化するか、どのように変化するか（線形相関、指数相関など）が疑問です。

より具体的には、145 Nの荷重重量を検討しており、特に座屈前の内部メンバー力の値を探しています（静的システムを想定）。

このテーマの私の理解は、斜めのブレース（例：ハウトラス）を考慮したトラスの計算にのみ及ぶため、このフォーラムに投稿しています。さらに、安定性のためのBracingからこれらの図の簡単な説明を喜んで提供したいと思うなら、私は本当に感謝しています。

タワーの垂直柱などの圧縮されている要素は、2つの非常に異なる方法で崩壊する可能性があります。

最初の方法は、メンバーの単純な粉砕です。これは、荷重が部材の内部応力を生成し、部材の強度よりも高い場合に発生します。

2つ目は座屈によるものです。この場合、構造の微小な欠陥により、部材が荷重から離れるのが「容易」になります。プラスチックのストローまたは紙切れを入手し、圧縮下に置くようにしてください。あなたは彼らが側に「ジャンプ」することに気付くでしょう。ただし、圧縮が解除されると、ストローまたは紙片は何も起こらなかったように元の形状に「ジャンプ」して戻ります。座屈荷重（オイラー座屈と呼ばれることが多い）の理論式は ここで、はメンバーの弾性率、は面積の2次モーメント（別名、慣性モーメント）、およびはメンバーの筋交いのない長さ（

$$P_e = \dfrac{\pi^2EI}{(kL)^2}$$ $E$$I$$kL$$k$メンバーの境界条件に依存する係数です。あなたの場合、控えめにと仮定できます）。明らかに、現実の座屈荷重はよりもはるかに低くなっています。は、現実の欠陥が実際には非常に重大であり、無限ではないためです。$k=1$$P_e$

ブレースは、適用された荷重を支えることを意図したものではありません。それらの目的は、主要部材（この場合は垂直柱）が圧縮下で座屈しないことを保証することだけです。そのため、適切にブレースされた構造は、代わりに、押しつぶされたり全体的に座屈するために崩壊します（構造全体が1つのメンバーであるかのように座屈しますが、ブレースはこれに役立ちません）。

柱の筋交いのない長さを見つけるには、オイラーの座屈荷重方程式を作り直して、他の値を与えてを与えることができます（オンラインで確認できます）。ただし、その方程式が高度に理論的である（実際のエンジニアリングで直接使用されていない）ことを考えると、おそらくプロトタイプを作成して、部品がどの長さで曲がり始め、それを採用するかを確認するのがおそらく最善です。$L$

使用するバルサメンバの断面の構造特性を調べる必要があります。つまり、どの長さの短い列と見なされます。短い柱は、座屈するのではなく圧縮で押しつぶされます。

これは、理想的にはタワーのジョイントの高さです。ただし、実用的な制約により、そのジョイントスパンに近い妥協点を選択せざるを得ない場合があります。