当前位置: > 财经>正文

既然三角形是世界上最稳固的结构,为什么建筑不都做成金字塔的样子呢? 债券基金和信托哪个更安全一点呢为什么不能买

2023-08-29 15:58:12 互联网 未知 财经

既然三角形是世界上最稳固的结构,为什么建筑不都做成金字塔的样子呢?

首先,三角形是世界上最稳定的结构,这句话本身就是一句朴素经验的总结,并充满着争议。例如有题主提到,三角形是平面图形,不能描述实际的结构或构件;也因此,就可能把问题引向桁架或桁架模型去来讨论三角形的稳定性。如果抛开这个争议,单纯看三角形(三棱锥)与金字塔来看,题主想讨论的多半还是一个类似三角形外观的结构物,即建筑为什么不做成类似金字塔外形?这个回答里面,我们将讨论几个问题:

(1) 现代建筑为什么不做成金字塔形?

(2) 现代建筑为什么可以不做成金字塔形?

(1)、现代建筑为什么不做成金字塔形?

对于一个结构物我们的要求通常有几个方面:适用,安全,经济,美观。“三角形是世界上最稳固的结构”,这句话实际上是对结构安全性的一种论述。然而,我经常提醒学生们,不要忘记适用性的要求。

适用性即是结构物能够满足使用需求。我们要盖个房子,修个桥,做个水坝,总是有他的功能需求的,例如利用房子遮风避雨,利用桥梁跨越障碍,利用水坝调节水利等等。这些是我们修建结构物的目的,如果这些目的不能够满足,结构物必然是失败的作品,甚至是充满了安全隐患的垃圾,哪怕安全性再高。因此,结构工程师需要在满足安全性,综合考虑经济性,尽可能的提高使用性能。

金字塔的使用功能比较多,其修建有各种各样的目的。然而,作为现代的民用建筑(不考虑景观建筑或雕塑),主要功能就是要提供一个可以利用的室内空间,而且希望这个空间利用率越大越好。立体几何告诉我们:如果把建筑修成金字塔的模样,三棱锥的体积,仅为相同占地面积的棱柱体体积的1/3。显然这种做法,并不满足现代的使用功能需求。那么,又有一个新的问题衍生出来,从结构的角度上说,为什么金字塔要做成三棱锥呢?

(2)、现代建筑为什么可以不做成金字塔形?

三角形是具有稳定性的结构形式,这是一条正确的朴素经验。在结构设计中,类似的经验还有很多,这些经验通常会被引用于结构概念设计中,合理的运用这些经验,有助于选取合理的结构形式。然而,值得指出的是:这些经验并不是金科玉律,不可违背。违背这些经验的同时,会付出一定的代价(代价包括:经济成本,技术难度等等),当然也会得到相应的好处(适用功能提升,外观美观等等)。作为工程师,就需要合理评估代价与收益的平衡关系。

回到金字塔这个论述上来,金字塔是相对较高的建筑。随着高度的增加,金字塔的质量分布逐渐往中心聚拢,而目前常用的棱柱体质量分布则是均匀的。这就使得,金字塔可以仅仅依靠重力抵抗侧向荷载,并提供抗倾覆的能力(如下图所示)。而对于棱柱体而言,一旦高度与宽度比值增大到一定程度,自身重量很难平衡侧向荷载与提供抗倾覆能力。这就是所谓的“三角形更稳定”,这也是将结构做成棱柱体所需要付出的代价:更高的力学技术水平与更好的建筑材料。幸运的事,这两点在现代建筑中比较容易满足。因为我们已经有了力学与钢筋混凝土。

利用力学知识,我们可以合理的估计出棱柱体所需要的抗侧荷载与抗倾覆能力,扣除重力能够提供的外,其余的就需要通过结构设计来提供。而现代建筑材料,无论是钢筋混凝土还是钢材,都可以提供一定的抗拉或抗弯能力,来抵抗侧向荷载与防止结构倾覆。这些都是金字塔年代,所无法提供的。

因此,在这个例子中,我们抛弃了“三角形最稳固”的朴素经验,付出的代价就是:需要力学理论与知识现代建筑材料。这是当前建筑中可以轻而易举获得的。同时,我们得到的收益就是:获得了3倍的外观体积(考虑到内部实心与框架结构的差异,恐怕就远远不止3倍)。

版权声明: 本站仅提供信息存储空间服务,旨在传递更多信息,不拥有所有权,不承担相关法律责任,不代表本网赞同其观点和对其真实性负责。如因作品内容、版权和其它问题需要同本网联系的,请发送邮件至 举报,一经查实,本站将立刻删除。