比如这就是我的 MathCAD 计算过程。
虽然,现在看起来,这样的分析稀松平常。就像牛顿三定律在我们今天看来就像常识一般,但在它出现的年代,却是非凡的成就。在埃菲尔铁塔之前,几乎所有的结构设计都是凭经验拍脑袋,埃菲尔铁塔是人类首批用有根有据、完整翔实的数学分析来完成结构设计的工程项目之一。从这一刻起,结构工程从师傅带徒弟的手工业迈入了有着坚实数理基础的工程科学新时代。
各位看官又要问了,既然可以用增加宽度的方法来减小柱子的受力,那为什么现在的高层建筑都是直筒矩形呢?干嘛不用这种方法呢?因为地价实在是太昂贵了,宁可多花钱,也要多出面积。同样的地盘,当然是直筒矩形出的面积多。你逐层内收,柱子受力倒是小了,出的面积也小,这不是得不偿失嘛。
如果你观察一下东方明珠、东京塔这样的电视塔,你会发现,它们依然在用这个策略。即使是高层建筑,同样也有采用这个策略的。Fazlur Khan 的名作汉考克中心就是向上内收,而乔普拉老师的神作《结构动力学》封面上的泛美大厦也是一个例子。
位于旧金山的泛美金字塔,就采用了类似的策略,从上往下宽度逐渐变大。
那有没有反面例子呢?当然有了。我又要继续黑建筑大师们了。虽然我是柯布老师的脑残粉,我还收藏着柯布老师全集,但是,作为一个结构工程师,我不得不说,底层架空鸡腿柱是个非常糟糕的设计。
在受力最大的底层,不仅没有加大宽度,反而内收为两个鸡腿柱……这不科学啊!
回到埃菲尔铁塔这里,埃菲尔铁塔是19世纪铁结构时代的最后一抹余晖,在它之后,我们迈入了钢和混凝土的时代。但同时,埃菲尔铁塔又是一个时代的揭幕人,它开创了精确的的结构分析的新时代,它是结构工程领域不朽的里程碑。
也许在当时,睿智的埃菲尔就已经料到了他的铁塔会成为工程科学的丰碑。他特意在铁塔的第一平台上刻上了为工程科学作出卓越贡献的72位法国科学家、数学家和工程师的名字,这其中包括拉格朗日、拉普拉斯、居维叶、拉瓦锡、安培、纳维叶、盖·吕萨克、柯西、菲涅尔、库仑、傅科、蒙日、泊松、傅立叶、拉扎尔·卡诺等等。
也许面对埃菲尔铁塔这样的美景,脑子里却在想它是风荷载弯矩图的形状,挺煞风景的。但是,我坚信,美是真实的火花。也许正是因为这些特质,才让埃菲尔铁塔如此的优雅而又迷人。
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