【日常科普】有哪些看起来违背力学原理的建筑？

斌宝宝

有哪些看起来违背力学原理的建筑？



首都国际机场T3航站楼的雨篷，在座的各位感受一下

最大悬挑50多米！和结构PK的时候我总是举这个例子^-^然后让结构用设计费怼回来……当然我这个回答的主角不是这个啦！对T3航站楼的膜拜一直持续到我知道了这货


先放施工过程图两张



在竞标之初，方案就已经确定以巨大的桁架结构实现悬挑，同时已经确定桁架结构需要由两个支点，而非通常的一个支点来进行支撑，支撑点位置的桁架高度相应更大一些。





在桁架结构中，上面的杆件受拉，下面的杆件受压。这个悬挑结构从尽端到支撑点的距离有85m，同时也并非一种简单的直线形态——悬臂的下表面崎岖不平，这也对整个桁架的不同截面提出了不同的形态要求。


优化模型







结构优化




















从楼下经过看起来是这样的，看起来很平常的老建筑。

从远处第一次看到的时候我下巴都快掉下来了…

图片中周边的小房子是原有图书馆，因为不能满足要求，需要盖新楼。但是国家给的预算太少，根本无法支撑拆旧楼盖新楼，当时土木学院的老师经过计算，采取了这种预应力悬挑结构，保证了上部空间，同时保留了下部旧楼。在这里，建筑真心是个配角……


同理放几个和上面结构相似的建筑









波浪形的钢筋混凝土挑出屋面12.8m，最薄处只有5cm当时的数字还不很成熟，为了让这巨大的悬挑成立，托罗哈通过结构试验单元做了几次试验，最终将拱壳的纵向截面选为双曲抛物线，这样对受力相对最为合理。图为屋顶的应力曲线，内部钢筋的布置也是根据它来的。而且这货在西班牙内战中挨了几炮还没垮...

从剖面图可以发现，巨大的悬挑是通过后部的拉杆平衡前面的倾覆力，同时吊起下面的交易大厅


这个造型比上一个更夸张，厉害的是，这个车站是砖砌筑的壳体的横剖面是倒悬链拱，这样壳体在重力作用下只存在压力，拱之间的侧向力相互抵消，边缘的侧向力由边梁承担。与上面不同的是，该结构前后对称来平衡倾覆力，单个壳体中拱顶受拉力，因此在拱顶集中埋设钢筋




舒霍夫塔双曲面的直杆远看像是渔网，却能支撑一百多米的高塔，而且就算把图片倒过来看反而更合常理...反重力做到这个地步说是苏联第一工程师也不为过。塔原本是用来做通信塔的，2002年不再使用，由于年久失修，俄国政府曾打算拆除或搬走，不过最终在群众的坚持下保留了下来，将永久成为莫斯科河畔苏联巅峰时期的纪念碑。




而张拉整体（Tensegrity）是一种基于在连续张力网络内部应用受压构建的结构原理。其中，受压构件之间并不接触，而预先张拉的构件构成了空间外形。受压杆件不相互接触，造成一种“杆件漂浮在空中”，或者“杆件被绳子撑起”的错觉。结构里的拉索是预张拉的，而不是靠自身重力进行张拉。所以即使把它放倒也不会影响其刚度。


屋顶，像极了云朵

近看，支撑屋顶的小胳膊小腿

结构是这样的

体育场内延与外延处的结构高度被最小化，女儿墙呈低矮的水平状，视觉上得以尽量隐藏。这样，新的屋顶结构不会太过突兀，而体育场原有的历史感也不会被破坏。轻质的屋顶内部设有20 个倾斜的钢柱支撑， 结构柱跨达到40 米，突出处最大达到46 米，而屋面整体深度也达到68 米。同时，20 个底面直径35 厘米、顶面直径25 厘米的圆锥形柱在视觉上甚至不易被觉察。


这栋建筑最显眼的是顶部的巨大悬挑结构。它包含一个公共休息室和一个全景露台。悬挑结构上固定了一个机动的日光反射镜装置，可以捕捉阳光并且将其反射到处于建筑阴影部分的公园。


这个可以去参考小土协历史推送里的《桥梁不都是凸起的，而没有凹下去的》里面有详细解读哟。




转自：公众号suke-tumuxiehui