埃菲尔铁塔为什么被建造成这样,埃菲尔铁塔为什么直接屹立不倒

首页 > 机动车 > 作者:YD1662024-02-01 21:33:14

同样的道理,三层加二层合起来的阴影部分也有可能被推倒,整个这两层被一层左边的柱子给拉住了,这时候柱子拉力的力臂 d 还是5,但是水平力的力臂 L 变成了20,柱子的拉力就变成了 1乘20除5等于4。整个三层楼加起来也有可能被推倒,只不过,基础的拉力把整个三层楼拉住了,这个时候,外部水平力的力臂 L 变成了30,基础的拉力相应的变成了6。

埃菲尔铁塔为什么被建造成这样,埃菲尔铁塔为什么直接屹立不倒(5)

同时,我们也注意到,这些阴影部分不光有可能以右下角为转动轴向上转动进而倾倒,还有可能以左下角为转动轴向下转动。之所以没有如此,是因为被右边的柱子给顶住了。这个柱子的力是多少呢?跟刚才一样,力臂是5,大小是1乘10除5等于2。对于一层、基础,同样也是如此,右边的柱子要顶住自己上面的部分,受力大小跟左边的拉力一样,分别是4和6。

埃菲尔铁塔为什么被建造成这样,埃菲尔铁塔为什么直接屹立不倒(6)

也就是说,我们最终得到了这个结果。为了抵抗房顶的这个大小为1的水平力,左边的柱子要把自己上面的部分“拉住”,右边的柱子要把自己上面的部分“顶住”,每层柱子受力的大小从上往下承线性递增,分别是2、4、6。这就意味着,最底下的柱子要比最上面的柱子结实3倍,要么变粗,要么用更好的材料,总之,底部柱子需要承担3倍的顶部柱子的受力。这也意味着,底部柱子的造价差不多是顶层的3倍。

那如果我不想多花这些钱呢?有没有什么办法让底部柱子受力和顶部柱子差不多呢?

我们再想一下柱子受力的大小是怎么来的?水平力1乘以水平力的力臂 L 除以柱子的力臂 d,d从上到下都是5,L 从上到下从10增加到30,所以柱子的受力从2增加到6。外部水平力1是肯定不会变的,L 从上到下不管怎么变都是10增加到30,那如果我变动 d 呢?如果我把最底下的宽度 d 从5增加到15,柱子的受力就变成了1乘30除15等于2。看,不再需要能承受6的柱子了,从上到小都可以用受力能力为2的柱子,只要我们逐层改变 d 的数值。

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简单说,为了抵御楼顶的这个水平力,对于每个楼层,柱子受力的大小跟楼层的宽度 d 的乘积是一个定值。从上到下,如果 d 不变,那柱子的受力就会逐渐变大,反之,我想要柱子的受力不变,那只需要逐渐增加宽度 d 的数值。比如对于 L 为20的那一层,左边是受力4乘以宽度5等于20,右边是受力2乘以宽度10也等于20;对于最底下,左边是6乘5等于30,右边是2乘15也等于30。效果没变,但是增加了宽度,减小了受力。

看到这里,诸位看官估计已经明白了埃菲尔铁塔的原理。那我们就把目光投向埃菲尔铁塔,假设我有一个跟埃菲尔铁塔一样高的立面矩形的塔,这个塔承受的不再是简单的最顶端为1的水平力,而是一系列风荷载的水平力。我们都知道,越高的地方风越大,我们近似越往上风荷载越大,也就是楼层处的集中力越大。

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