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2015-04-03 15:51 建設(shè)工程教育網(wǎng)整理 【大 中 小】【打印】【我要糾錯】
把這些又大、又高、又重的“龐然大物”,用鋼索掛起來能行嗎?這到底有什么好處呢?
好處確實(shí)是不少,總的說來,它消耗的鋼材少,能增加有效的使用面積,還有很好的抗地震性能,又可以減少基礎(chǔ)的數(shù)量,減少基礎(chǔ)不均勻的沉降等。
就拿消耗鋼材來說,現(xiàn)在要造又高又大的房屋是離不開鋼材的,不像古代的建筑,用木材泥土就能造出來,高樓大廈鋼材消耗的數(shù)量是很多的,我們現(xiàn)在住的五、六層的工房,結(jié)構(gòu)比較簡單,每平方米建筑面積平均也要消耗20千克以上的鋼材。高層建筑消耗的鋼材更多,美國一般20~30層的樓房,每平方米要用70~80千克,超過30層甚至要用100千克以上。因此,用較少鋼材能造出同樣多面積的房子來,就是優(yōu)越的設(shè)計。懸掛式建筑就有這個優(yōu)點(diǎn)。
我們用一個簡單的比喻,就可以知道為什么能節(jié)約鋼材。例如有一桶水,用一根不太粗的鋼絲就能把它掛起來,但是,用同樣的鋼絲要把這桶水頂起來,是無論如何不可能的,因?yàn)檫@條鋼絲一受壓力就會變曲。如果要把這桶水頂起來,要用比這條鋼絲粗十幾倍的鐵棒才有可能,而且一根鐵棒還不夠,至少要有三根鐵棒一起頂,它才不會倒下去。這兩種情況相差很大。我們把前面一種情況叫做鋼材在“受拉”的狀態(tài),后一種情況是在“受壓”狀態(tài)。鋼材“受拉”,明顯地比“受壓”有利得多。
一座建筑物很像一個人體,人體主要靠骨骼的支撐才能站立起來,內(nèi)臟、肌肉都附在骨骼上,人站著的時候,骨骼全部處在“受壓”狀態(tài),因此,骨骼是比較粗大的。如果人處在懸掛起來的狀況下,骨骼就不需要那么粗,可以細(xì)得多。多少萬年以來,建筑物的骨架都是處在“受壓”的狀況下,而現(xiàn)在的懸掛式建筑物是讓骨架全部處在“受拉”狀態(tài)。可想而知能節(jié)約不少鋼材。
隨之而來的優(yōu)點(diǎn)是:骨架小了,被骨架占去面積也小,這樣,可增加房間的有效使用面積。
還有一些優(yōu)點(diǎn):既然房屋掛起來,底部就離開地面了,掛著的房屋不需要做基礎(chǔ)。德國的這座建筑,4座圓筒形大樓都不做基礎(chǔ),基礎(chǔ)集中在中間的高塔上,基礎(chǔ)的面積可以減小,做基礎(chǔ)的材料也就大為節(jié)約。
前面談到過,鳥和昆蟲的房屋掛起來可以安全些。人住在懸掛的房屋里雖然主要不是為了安全,但是在遇到地震時,它要比其他建筑物安全,它的抗震性能比一般建筑物要好。
還有一個特點(diǎn)是,懸掛起來的建筑物,它是從上面向下造的,這種方法和我們習(xí)慣的造法完全顛倒過來了。懸掛式建筑物,如要像一般造房子那樣從下向上造,倒是十分困難的,它沒有基礎(chǔ),也不能在地面上造好20層樓再把它掛上去,只能一層一層地造。怎么造法呢?要從掛著的那一頭先造起,但是也不是從25層高的地方向下面造下來。真要從天上向地面造也太困難了,要把材料送得那么高,懸吊在半空中施工多麻煩,這樣的話,它就沒有多大的優(yōu)點(diǎn)了。實(shí)際上,它還是在地面上造的。施工的過程是,先造中間的高塔,在高塔頂上伸出4根堅固的橫梁架子,這時,可把吊掛房子用的鋼索在梁端掛下來,直掛到地面附近,建筑工人在地面上先造最高的那一層,例如第20層,造好后再把這一層用頂和吊的方法提上去,然后再在地面上接著造第19層。就這樣一層一層地向下造,鋼索一層一層地收上去,而建筑工人始終在地面上工作,既安全又省力,真是太理想了。那些笨重的材料,混凝土呀、鋼材呀,都不用搬運(yùn)到高空去,人也大多不用到高空去施工。
懸掛式建筑有這么多的優(yōu)點(diǎn),所以很快地就發(fā)展起來。自從第一座大樓造成后,現(xiàn)在已有20多個國家建造了近百座各種各樣的懸掛式建筑物,有辦公樓,有住宅,有旅館,也有醫(yī)院,甚至展覽館等,最高的達(dá)到27層、130米高。
這類懸掛式建筑物底部離開地面有一段距離,并不直接和地面接觸,不能直接從它的下面進(jìn)到建筑物里面去,要通過中間那座高塔。中間的高塔既是掛起這4座建筑物的“柱子”,又是進(jìn)出這些建筑物的交通要道。高塔中布置了很多座電梯,還有樓梯以及各種管線設(shè)備,像自來水、煤氣、電力、暖氣、冷氣管道,都從高塔里通過,再送到各層樓去,因此,高塔成了交通運(yùn)輸?shù)闹行摹8咚拿繉訕,都?座懸掛建筑物的每一層樓相連接通的,這些懸掛式建筑物和高塔實(shí)際上是緊靠在一起,只有很小的一道縫把它們分隔開來,使人感覺不出它們是各自分開的。分開這兩部分的縫實(shí)際上只有幾厘米,接觸面也不是一個平面,而是圓弧形,它們像榫頭一樣互相咬合在一起,因此,懸掛式建筑物在外力的作用下,例如像臺風(fēng)或者地震的情況下,也不可能來回擺動,更不會像掛著的鳥籠那樣容易搖晃。
讓鋼材“受拉”比“受壓”要有利這一事實(shí),人們是早已知道的。在工程上面也應(yīng)用過。有一種稱做“懸索橋”的橋梁,就是運(yùn)用這一原理建造的。把橋掛起來的想法,至少要比把房屋掛起來的想法早得多。
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