巴黎鐵塔不一樣的介紹

1、美是真實的火花埃菲爾鐵塔為什么是這個形狀的？埃菲爾鐵塔背后的和諧定律將整個鐵塔熔成一個實心的球體。你認為這個球會有多大呢？正確答案是D。如果將整座鐵塔熔成一個實心的球體，其直徑只有12米換句話說，如果將整座鐵塔熔成一個和其基座一般大的長方體，那么這塊鐵的高度只有6公分試想一下，圍著埃菲爾鐵塔畫一個最小的圓柱體。這個圓柱體內(nèi)的空氣質(zhì)量比鐵塔包含的所有鐵的質(zhì)量都要重那么埃菲爾是如何設計出一個牢固到能夠支撐所有的元素，同時又和其周圍空氣差不多輕的結(jié)構(gòu)的呢？要想回答這個問題，就得理解一些高強度結(jié)構(gòu)，方法就是研究人體內(nèi)部。通過研究人體骨骼，便能發(fā)現(xiàn)埃菲爾鐵塔的一部分設計原理。人體骨骼的秘密如果將一塊骨骼

2、切開，你會發(fā)現(xiàn)它就像一根長棍面包外表堅硬，內(nèi)部卻布滿小孔。放大長棍形骨骼的外殼密質(zhì)骨。密質(zhì)骨由許多被稱為“骨單位”的管狀組織構(gòu)成，每個骨單位的直徑僅為0.2毫米，從中間伸出一根血管。將這些骨單位內(nèi)壁放大后，可以看到它們是由一些更微小的“束”構(gòu)成的，這些“束”叫做“原纖維”。對其中一根原纖維進行放大后，可以看到它們確實是一些纖維束，每根纖維由三根單纖維交織而成。將這些單纖維分離后便得到了骨骼的基本單位“骨膠原”一種長鏈狀分子。這種將事物結(jié)合起來，利用自相似性物質(zhì)進行構(gòu)建的分形6方式叫做“結(jié)構(gòu)層次”（structuralhierarchy）。竹子和骨骼本質(zhì)上都是納米物質(zhì)，利用結(jié)構(gòu)層次來保證輕質(zhì)和強

3、度。埃菲爾鐵塔的設計原理與之相似。埃菲爾從竹子和骨骼中得到靈感，將其運用到龐大的建筑中去。和許多現(xiàn)代建筑一樣，埃菲爾鐵塔利用了一系列“X”形橫梁，也就是“桁架”。借助固有強度和三角結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，“桁架”成為了一種相當高效的工程結(jié)構(gòu)。若對埃菲爾鐵塔的一根桁架進行放大，便會發(fā)現(xiàn)它們其實并沒有表面上那么堅固，每根桁架都由一些更小的相似桁架構(gòu)成。材質(zhì)內(nèi)部的小孔比鐵多。這種中空結(jié)構(gòu)成就了鐵塔令人難以置信的輕質(zhì)性。從單元造型法的觀點出發(fā),埃菲爾鐵塔的基本造型單元有兩類:拋物線形立柱和水平橫梁,而這兩者又都是由基本桁架元構(gòu)成?；捐旒茉?種,依次為按單元造型法理解,塔體眾多的桿件按照構(gòu)圖規(guī)律進行有序的排列

4、與組合,使眾多形成了統(tǒng)一。同時三種桁架元的使用順序也是由下至上,逐漸簡化、輕巧,合理的分配了結(jié)構(gòu)構(gòu)件的剛度風造就的形狀拋開其它因素，僅僅從工程角度出發(fā)，為什么不是這種直筒矩形呢？當初埃菲爾是怎么考慮的呢？阿基米德老師曾經(jīng)說過，“給我一個支點，我能撬動地球”。根據(jù)杠桿原理，對于轉(zhuǎn)軸點力矩平衡，假設地球的重量是50，地球那一端的杠桿長度是1，阿基米德這一端的長度是10，50乘1除10等于5，那么阿基米德只需要5的力就可以撬動地球。言歸正傳，我們把目光放到建筑上，假設我有上圖這么一個建筑，最上面施加一個水平力。我們都有推倒東西的經(jīng)驗，一個紙箱子，一推就倒。那為什么涂陰影的整個三層不會繞著右下角傾倒呢

5、？很簡單，因為二層左邊的柱子把它給拉住了。按照我們剛才的繞旋轉(zhuǎn)中心力矩平衡，外部施加的水平力是1，力臂 L 是10，柱子把陰影部分拉住的力臂 d 是5，那么柱子的拉力就是1乘10除5等于2。同樣的道理，三層加二層合起來的陰影部分也有可能被推倒，整個這兩層被一層左邊的柱子給拉住了，這時候柱子拉力的力臂 d 還是5，但是水平力的力臂 L 變成了20，柱子的拉力就變成了 1乘20除5等于4。整個三層樓加起來也有可能被推倒，只不過，基礎的拉力把整個三層樓拉住了，這個時候，外部水平力的力臂 L 變成了30，基礎的拉力相應的變成了6。同時，我們也注意到，這些陰影部分不光有可能以右下角為轉(zhuǎn)動軸向上轉(zhuǎn)動進而傾

6、倒，還有可能以左下角為轉(zhuǎn)動軸向下轉(zhuǎn)動。之所以沒有如此，是因為被右邊的柱子給頂住了。這個柱子的力是多少呢？跟剛才一樣，力臂是5，大小是1乘10除5等于2。對于一層、基礎，同樣也是如此，右邊的柱子要頂住自己上面的部分，受力大小跟左邊的拉力一樣，分別是4和6。也就是說，我們最終得到了這個結(jié)果。為了抵抗房頂?shù)倪@個大小為1的水平力，左邊的柱子要把自己上面的部分“拉住”，右邊的柱子要把自己上面的部分“頂住”，每層柱子受力的大小從上往下承線性遞增，分別是2、4、6。這就意味著，最底下的柱子要比最上面的柱子結(jié)實3倍，要么變粗，要么用更好的材料，總之，底部柱子需要承擔3倍的頂部柱子的受力。這也意味著，底部柱子的

7、造價差不多是頂層的3倍。那如果我不想多花這些錢呢？有沒有什么辦法讓底部柱子受力和頂部柱子差不多呢？我們再想一下柱子受力的大小是怎么來的？水平力1乘以水平力的力臂 L 除以柱子的力臂 d，d從上到下都是5，L 從上到下從10增加到30，所以柱子的受力從2增加到6。外部水平力1是肯定不會變的，L 從上到下不管怎么變都是10增加到30，那如果我變動 d 呢？如果我把最底下的寬度 d 從5增加到15，柱子的受力就變成了1乘30除15等于2。看，不再需要能承受6的柱子了，從上到小都可以用受力能力為2的柱子，只要我們逐層改變 d 的數(shù)值。那我們就把目光投向埃菲爾鐵塔，假設我有一個跟埃菲爾鐵塔一樣高的立面矩

8、形的塔，這個塔承受的不再是簡單的最頂端為1的水平力，而是一系列風荷載的水平力。我們都知道，越高的地方風越大，我們近似越往上風荷載越大，也就是樓層處的集中力越大。最后，我們把我們得到的圖形跟實際的埃菲爾鐵塔對比一下，怎么樣？基本上就是這個形狀哦。埃菲爾鐵塔是19世紀鐵結(jié)構(gòu)時代的最后一抹余暉，在它之后，我們邁入了鋼和混凝土的時代。但同時，埃菲爾鐵塔又是一個時代的揭幕人，它開創(chuàng)了精確的的結(jié)構(gòu)分析的新時代，它是結(jié)構(gòu)工程領域不朽的里程碑。也許在當時，睿智的埃菲爾就已經(jīng)料到了他的鐵塔會成為工程科學的豐碑。他特意在鐵塔的第一平臺上刻上了為工程科學作出卓越貢獻的72位法國科學家、數(shù)學家和工程師的名字，這其中包括拉格朗日、拉普拉斯、居維葉、拉瓦