PDF《建筑科学》

6 厘米,壁厚为 0.5 厘米,假如把竹子做 成实心的,则其抗弯能力是原来的 1/10,由于竹子是细长的承受自身重量的 受压杆件,假如把竹子做成实心后,在自身重量的压力下它会摇摆不定而失 去平衡.由于竹子品种的不同,生长的高度也不一样.毛竹可以参天,但把 毛竹做成实心的,经科学计算,只能长到高梁杆那样高. 根据力学原理,一根杆件在其横向截面,应尽可能把材料向周边分布, 正由于这样才形成了中空,而且,越是优质材料越是向边缘布置.竹子就是 这样,竹子的表面呈现出青色的叫竹青,往往是竹编的好材料. 竹子的 腹中空 ,增大了抗弯和抗断能力,而且降低了自身重量.任 何植物,除了抗风以外,主要是抗衡自身重量.德国有一句谚语: 大自然 很关心,不让树木长到天顶. 树木之所以长不到天顶,是受风力和自重的 制约,竹子之所以有现在的高度,功劳完全归于 腹中空 .仔细观察自然 界,像竹子那样 腹中空 的植物还真不少哩,如麦子、高梁、玉米、芦苇 等. 文学家歌颂竹子的气节,从力学的角度来说,竹子的竹节是抵抗横向剪 切的关键, 是竹子强度有机的部分. 农业上小麦减产主要原因之一是 倒伏 , 那是小麦返青拔节时,由于雨水过多,生长迅速而拔节快,形成节与节之间 间距大,减低了麦秆的抗剪能力,头重脚轻杆软倒伏于地的缘故. 一个建筑,都是由很多杆件组合而成的,有的杆件承受压力,有的杆件 承受拉力,有的杆件承受弯曲,有的杆件承受剪切,有的杆件承受扭转,有 的杆件承受以上几种情况的组合受力.对于长而细的承受压力的杆件,它的 破坏并不是由于强度不够而折断,而是由于不能保持原来的直线而偏移,虽 然没有折断,但偏移而离开了原来直线位置,同样会导致整个建筑的破坏, 这种现象在科学上称为 压杆失稳 . 压杆失稳在建筑上产生过很多严重事故:

1907 年加拿大魁北克的圣劳伦斯河上的钢桥,当时正在架设中间跨桥梁 时,由于悬臂钢桁架中个别受压杆失去稳定产生屈曲,造成全桥坍塌;

1925 年,前苏联的莫兹尔桥在试车时,也是受压杆件失稳而破坏;

1940 年,美国 的塔科马桥,刚完工

4 个月,在一场大风中,由于侧向刚度不足而失去稳定, 使整个桥梁扭转摆动而破坏;

美国东部康涅狄格州哈特福市中心体育馆,能 容纳

12500 人的大跨度网架结构,于1971 年施工,1975 年建成,在1978 年 的一场暴风雪中倒塌,事故的原因也是个别压杆失稳. 面对着自然界中的狂风暴雨,青竹节节上升,自然优化,适者生存,合 理受力,给人们带来了众多的启示. 仿蛋建筑 鸡蛋能承受多大的力? 人们有时会打赌――谁能用一只手把鸡蛋捏碎?血气方刚的小伙子急着 上阵,但总是一个个败下阵来.人们不得不承认,鸡蛋能承受很大的力. 鸡蛋受力,原来为业余科学家所青睐. 英国消防队员为了试验鸡蛋的受力,把一辆救火用的消防车停在草地 上,伸直救火梯子,消防队员从离地

21 米高的救火梯顶端向草地扔下

10 个 鸡蛋,出乎意料的是只破了

3 个. 英国皇家空军飞行员也对鸡蛋能承受多大的力产生了兴趣,他们把直升 飞机停在离草地

46 米高的空中,向草地扔下

18 个鸡蛋,结果也只破了

3 个. 英国《每日快报》的工作人员,干脆租了一架军用飞机,以每小时