如果學了力學相關(guān)專業(yè)或者和力學打交道的工學專業(yè)其實這個問題就很明確了,中間省材料上下多用料為了有效抗彎,空心箱型為了抗扭,要說什么樣子抗扭也好抗彎也好,那就是方形了。
實際上不說土木建筑,即便是機械行業(yè),只要牽涉到力學,也會有很多超出認識常識的事情。主要問題還是在于,我們常識認為用料越多,越結(jié)實,卻忽略了材料本身的自重其實也是導致結(jié)構(gòu)受力的原因。對于大跨結(jié)構(gòu),比如橋梁和屋蓋,自重甚至成為了主要受力。
為什么斜拉橋可以修到千米,懸索橋可以修到近兩千米(明石海峽大橋,1991米),而梁橋卻zui多兩三百就已經(jīng)很大了呢?這里不做詳細解釋,但是各位可以試一下,弄斷一根筷子,兩邊撐起來中間往下壓,很容易就斷了,這是一樣的道理。
明石海峽大橋,地錨式懸索橋,主跨1991米
土木,做結(jié)構(gòu)的,說明白了就是保證發(fā)揮出材料的力學性能,比如石材容易劈裂,受拉不好,就用來做拱,讓它受壓;鋼結(jié)構(gòu)拉壓同性,高強度,但是太柔了,一壓就失穩(wěn)(比如你用一根鐵絲支撐東西,自己就彎了),所以用來做成桁架網(wǎng)架,也就避免了細長鋼材失穩(wěn)。當你充分了解材料性能和力學,你才能突破常規(guī)設(shè)計。
比如用玻璃,其實玻璃強度不差,可以用來做樓板;用碳纖維,抗拉能力很強,但是脆;木材著火了表面會碳化,芯子大部分好好的,所以抗火比鋼結(jié)構(gòu)和混凝土好。另外,追加一點,一個好的結(jié)構(gòu),本身應(yīng)該也是美的。合理的拱軸線和懸索線形,穩(wěn)重額上部結(jié)構(gòu),上海三神器與廣州塔對于建筑抗風的考慮都是力學和美的結(jié)合。然而由某個半路出家的建筑師設(shè)計的北京某著名建筑物,實際上是一種對抗震極不負責任的設(shè)計方式。
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