Tính toán kích thước cung đường chính xác cho các dự án xây dựng. Nhập bán kính, độ sải hoặc chiều cao để xác định tất cả các kích thước bao gồm chiều dài cung và diện tích cung cho các cung tròn hoàn hảo.
Máy Tính Cung là một công cụ thiết yếu cho các kiến trúc sư, kỹ sư, nhà xây dựng và những người yêu thích DIY cần xác định kích thước chính xác để xây dựng các cung. Máy tính này đơn giản hóa các mối quan hệ toán học phức tạp giữa các kích thước chính của một cung: bán kính, khoảng cách và độ cao. Bằng cách hiểu và tính toán chính xác các tham số này, bạn có thể thiết kế những chiếc cung có cấu trúc vững chắc và thẩm mỹ cho cửa ra vào, cửa sổ, cầu và các đặc điểm kiến trúc khác.
Các cung đã là những yếu tố cơ bản trong kiến trúc hàng ngàn năm, phân phối trọng lượng và tạo ra những không gian mở thanh lịch. Cho dù bạn đang phục hồi một tòa nhà lịch sử, thiết kế một cấu trúc hiện đại hay làm một dự án cải thiện nhà cửa, kích thước cung chính xác là rất quan trọng cho việc xây dựng thành công. Máy tính này loại bỏ sự đoán mò và các phép tính thủ công phức tạp, cho phép bạn tập trung vào quá trình thiết kế và xây dựng của mình.
Trước khi đi vào các phép tính, điều quan trọng là hiểu các kích thước chính của một cung:
Máy tính cung sử dụng các công thức sau để xác định mối quan hệ giữa bán kính, khoảng cách và độ cao:
Công thức này áp dụng khi:
Công thức này áp dụng khi:
Công thức này áp dụng khi:
Trong đó θ (theta) là góc trung tâm tính bằng radian:
Trong đó θ là góc trung tâm như đã định nghĩa ở trên.
Máy tính cung của chúng tôi cung cấp ba chế độ tính toán để phù hợp với các tình huống khác nhau mà bạn có thể gặp trong các dự án của mình. Làm theo các bước sau để có được kích thước cung chính xác:
Sau khi thực hiện phép tính, bạn sẽ nhận được các kết quả sau:
Các phép đo này rất quan trọng cho:
Máy tính áp dụng các hạn chế toán học này để đảm bảo kích thước cung hợp lệ:
Nếu bạn nhập các giá trị vi phạm các hạn chế này, máy tính sẽ hiển thị một thông báo lỗi và hướng dẫn bạn đến các đầu vào hợp lệ.
Các tính toán cung rất quan trọng trong nhiều lĩnh vực và ứng dụng:
Trong khi máy tính này tập trung vào các cung hình tròn, các loại cung khác bao gồm:
Mỗi loại có các phương pháp tính toán và thuộc tính cấu trúc riêng, phù hợp với các ứng dụng và sở thích thẩm mỹ khác nhau.
Cung có một lịch sử phong phú kéo dài hàng ngàn năm và nhiều nền văn minh:
Các cung sớm nhất xuất hiện trong kiến trúc Mesopotamia khoảng 2500 TCN. Những cung này thường được hình thành bằng các kỹ thuật chồng chất thay vì các cung thực sự. Người Ai Cập cổ đại cũng đã sử dụng các cung nguyên thủy trong các cấu trúc ngầm.
Người La Mã đã hoàn thiện cung hình tròn và sử dụng nó rộng rãi trong kiến trúc của họ. Các phát triển chính bao gồm:
Thời Trung Cổ chứng kiến sự phát triển của các hình thức cung, đặc biệt là:
Các thời kỳ này chứng kiến sự trở lại với các hình thức cổ điển với:
Kiến trúc hiện đại tiếp tục sử dụng các cung với:
Trong suốt lịch sử, việc tính toán chính xác kích thước cung đã rất quan trọng cho cả tính ổn định cấu trúc và sự hài hòa thẩm mỹ.
Dưới đây là các triển khai của các công thức tính toán cung trong nhiều ngôn ngữ lập trình khác nhau:
1' Hàm VBA Excel cho Tính Toán Cung
2Function CalculateRise(radius As Double, span As Double) As Double
3 ' Kiểm tra các hạn chế
4 If span > 2 * radius Then
5 CalculateRise = CVErr(xlErrValue)
6 Else
7 CalculateRise = radius - Sqr(radius * radius - (span * span) / 4)
8 End If
9End Function
10
11Function CalculateRadius(span As Double, rise As Double) As Double
12 CalculateRadius = (span * span) / (8 * rise) + (rise / 2)
13End Function
14
15Function CalculateSpan(radius As Double, rise As Double) As Double
16 ' Kiểm tra các hạn chế
17 If rise > radius Then
18 CalculateSpan = CVErr(xlErrValue)
19 Else
20 CalculateSpan = 2 * Sqr(2 * radius * rise - rise * rise)
21 End If
22End Function
23
24Function CalculateArcLength(radius As Double, span As Double) As Double
25 Dim theta As Double
26 theta = 2 * Application.Asin(span / (2 * radius))
27 CalculateArcLength = radius * theta
28End Function
29
1import math
2
3def calculate_rise(radius, span):
4 """Tính độ cao của một cung cho biết bán kính và khoảng cách."""
5 if span > 2 * radius:
6 raise ValueError("Khoảng cách không thể lớn hơn gấp đôi bán kính")
7 return radius - math.sqrt(radius**2 - (span/2)**2)
8
9def calculate_radius(span, rise):
10 """Tính bán kính của một cung cho biết khoảng cách và độ cao."""
11 return (span**2) / (8 * rise) + (rise / 2)
12
13def calculate_span(radius, rise):
14 """Tính khoảng cách của một cung cho biết bán kính và độ cao."""
15 if rise > radius:
16 raise ValueError("Độ cao không thể lớn hơn bán kính")
17 return 2 * math.sqrt(2 * radius * rise - rise**2)
18
19def calculate_arc_length(radius, span):
20 """Tính chiều dài cung của một cung."""
21 theta = 2 * math.asin(span / (2 * radius))
22 return radius * theta
23
24def calculate_arch_area(radius, span, rise):
25 """Tính diện tích của một đoạn cung."""
26 theta = 2 * math.asin(span / (2 * radius))
27 sector_area = 0.5 * radius**2 * theta
28 triangle_area = 0.5 * span * (radius - rise)
29 return sector_area - triangle_area
30
1/**
2 * Tính độ cao của một cung cho biết bán kính và khoảng cách
3 */
4function calculateRise(radius, span) {
5 if (span > 2 * radius) {
6 throw new Error("Khoảng cách không thể lớn hơn gấp đôi bán kính");
7 }
8 return radius - Math.sqrt(radius**2 - (span/2)**2);
9}
10
11/**
12 * Tính bán kính của một cung cho biết khoảng cách và độ cao
13 */
14function calculateRadius(span, rise) {
15 return (span**2) / (8 * rise) + (rise / 2);
16}
17
18/**
19 * Tính khoảng cách của một cung cho biết bán kính và độ cao
20 */
21function calculateSpan(radius, rise) {
22 if (rise > radius) {
23 throw new Error("Độ cao không thể lớn hơn bán kính");
24 }
25 return 2 * Math.sqrt(2 * radius * rise - rise**2);
26}
27
28/**
29 * Tính chiều dài cung của một cung
30 */
31function calculateArcLength(radius, span) {
32 const theta = 2 * Math.asin(span / (2 * radius));
33 return radius * theta;
34}
35
36/**
37 * Tính diện tích của một đoạn cung
38 */
39function calculateArchArea(radius, span, rise) {
40 const theta = 2 * Math.asin(span / (2 * radius));
41 const sectorArea = 0.5 * radius**2 * theta;
42 const triangleArea = 0.5 * span * (radius - rise);
43 return sectorArea - triangleArea;
44}
45
1public class ArchCalculator {
2 /**
3 * Tính độ cao của một cung cho biết bán kính và khoảng cách
4 */
5 public static double calculateRise(double radius, double span) {
6 if (span > 2 * radius) {
7 throw new IllegalArgumentException("Khoảng cách không thể lớn hơn gấp đôi bán kính");
8 }
9 return radius - Math.sqrt(radius * radius - (span * span) / 4);
10 }
11
12 /**
13 * Tính bán kính của một cung cho biết khoảng cách và độ cao
14 */
15 public static double calculateRadius(double span, double rise) {
16 return (span * span) / (8 * rise) + (rise / 2);
17 }
18
19 /**
20 * Tính khoảng cách của một cung cho biết bán kính và độ cao
21 */
22 public static double calculateSpan(double radius, double rise) {
23 if (rise > radius) {
24 throw new IllegalArgumentException("Độ cao không thể lớn hơn bán kính");
25 }
26 return 2 * Math.sqrt(2 * radius * rise - rise * rise);
27 }
28
29 /**
30 * Tính chiều dài cung của một cung
31 */
32 public static double calculateArcLength(double radius, double span) {
33 double theta = 2 * Math.asin(span / (2 * radius));
34 return radius * theta;
35 }
36
37 /**
38 * Tính diện tích của một đoạn cung
39 */
40 public static double calculateArchArea(double radius, double span, double rise) {
41 double theta = 2 * Math.asin(span / (2 * radius));
42 double sectorArea = 0.5 * radius * radius * theta;
43 double triangleArea = 0.5 * span * (radius - rise);
44 return sectorArea - triangleArea;
45 }
46}
47
Dưới đây là một số ví dụ thực tế về các tính toán cung cho các tình huống phổ biến:
Cho biết:
Tính toán:
Cho biết:
Tính toán:
Cho biết:
Tính toán:
Độ cao cụ thể đề cập đến khoảng cách dọc từ đường bắt đầu (đường ngang nối hai điểm cuối) đến điểm cao nhất của bên trong cung (bên trong). Thuật ngữ chiều cao có thể đôi khi đề cập đến chiều cao tổng thể của một lỗ cung, bao gồm bất kỳ yếu tố dọc nào bên dưới đường bắt đầu.
Máy tính này được thiết kế đặc biệt cho các cung hình tròn (các cung được hình thành từ một đoạn của hình tròn). Nó sẽ không cung cấp các phép tính chính xác cho các loại cung khác như elip, parabol, hoặc Gothic, theo các đường cong toán học khác nhau.
Trong một cung hình tròn hoàn hảo, bán kính chính xác bằng một nửa khoảng cách, và độ cao bằng bán kính. Điều này tạo ra một nửa hình tròn nơi tỷ lệ độ cao so với khoảng cách là 0.5.
Tỷ lệ độ cao so với khoảng cách lý tưởng phụ thuộc vào ứng dụng cụ thể của bạn:
Đây là một hạn chế toán học của các cung hình tròn. Khi khoảng cách bằng gấp đôi bán kính, bạn có một nửa hình tròn (nửa vòng tròn). Về mặt hình học, không thể tạo ra một cung hình tròn với khoảng cách lớn hơn gấp đôi bán kính của nó.
Độ cao đại diện cho chiều cao từ đường bắt đầu đến điểm cao nhất của cung. Trong một cung hình tròn, khoảng cách này không thể vượt quá bán kính của hình tròn. Nếu độ cao bằng bán kính, bạn có một cung hình tròn.
Để ước tính vật liệu:
Cung catenary (theo đường cong hình thành bởi một chuỗi treo) về lý thuyết là mạnh nhất, vì nó phân phối lực nén một cách hoàn hảo. Tuy nhiên, các cung hình tròn và parabol cũng có thể rất mạnh khi được thiết kế đúng cho các điều kiện tải trọng cụ thể của chúng.
Máy tính này cung cấp kích thước cho một hồ sơ cung 2D. Đối với các cấu trúc 3D như vòm ống, bạn có thể áp dụng các phép tính này cho mặt cắt ngang và sau đó mở rộng thiết kế dọc theo chiều thứ ba.
Allen, E., & Iano, J. (2019). Cơ Bản về Xây Dựng: Vật Liệu và Phương Pháp. John Wiley & Sons.
Beckmann, P. (1994). Khía Cạnh Cấu Trúc của Bảo Tồn Xây Dựng. McGraw-Hill Education.
Ching, F. D. K. (2014). Xây Dựng Minh Họa. John Wiley & Sons.
Fletcher, B. (1996). Lịch Sử Kiến Trúc theo Phương Pháp So Sánh. Architectural Press.
Heyman, J. (1995). Khung Đá: Kỹ Thuật Cấu Trúc của Kiến Trúc Gạch. Cambridge University Press.
Salvadori, M. (1990). Tại Sao Các Tòa Nhà Đứng Lên: Sức Mạnh của Kiến Trúc. W. W. Norton & Company.
Sandaker, B. N., Eggen, A. P., & Cruvellier, M. R. (2019). Cơ Sở Cấu Trúc của Kiến Trúc. Routledge.
Bây giờ bạn đã hiểu toán học và tầm quan trọng của kích thước cung, hãy thử máy tính của chúng tôi để có được các phép đo chính xác cho dự án tiếp theo của bạn. Cho dù bạn đang thiết kế một lối vào lớn, phục hồi một cấu trúc lịch sử, hoặc tạo ra một đặc điểm trong vườn, kích thước cung chính xác chỉ cách bạn vài cú nhấp chuột.
Để biết thêm về các máy tính kiến trúc và xây dựng, hãy khám phá các công cụ khác của chúng tôi được thiết kế để đơn giản hóa các phép tính phức tạp và giúp bạn đạt được kết quả chuyên nghiệp.
Khám phá thêm các công cụ có thể hữu ích cho quy trình làm việc của bạn