比萨大教堂、比萨斜塔的设计优点在哪里?巴黎铁塔敢这样斜着吗?(澳门铁塔跟巴黎铁塔一样大吗)

发布时间:2021-08-22 11:54:48 阅读:

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比萨大教堂、比萨斜塔的设计优点在哪里?巴黎铁塔敢这样斜着吗?(澳门铁塔跟巴黎铁塔一样大吗)

首先我想说无论是虎丘斜塔还是比萨斜塔,它们在刚建造的时候都不是为了倾斜而设计的,恰恰是因为设计缺陷而导致了倾斜,又因为一些巧合而形成斜而不倒的现状,历史上很多建筑因为设计缺陷而倾倒,比萨斜塔只是其中的幸运儿,没什么好推崇的,更别拿它跟正确设计和施工的巴黎铁塔相提并论!

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比萨斜塔一开始的设计是垂直的比萨斜塔建造于1173年8月,是意大利比萨城大教堂的独立式钟楼,从地基到塔顶高58.36米,从地面到塔顶高55米,钟楼墙体在地面上的宽度是4.09米,在塔顶宽2.48米,总重约14453吨。

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1174年首次发现倾斜。比萨西塔最初的设计塔高为60米左右,但动工五六年后,塔身从三层开始倾斜,直到完工还在持续倾斜,在其关闭之前,塔顶已南倾(即塔顶偏离垂直线)3.5米。

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比萨斜塔为什么会倾斜,专家们曾为此争论不休。尤其是在14世纪,人们在两种论调中徘徊,比萨斜塔究竟是建造过程中无法预料和避免的地面下沉累积效应的结果,还是建筑师有意而为之。

进入20世纪,随着对比萨斜塔越来越精确的测量、使用各种先进设备对地基土层进行的深入勘测,以及对历史档案的研究,一些事实逐渐浮出水面:比萨斜塔在最初的设计中本应是垂直的建筑,但是在建造初期就开始偏离了正确位置。

历经多次修补和拯救的比萨斜塔比萨斜塔在建筑的过程中就已出现倾斜,原本是一个建筑败笔,却因祸得福成为世界建筑奇观,伽利略的自由落体试验更使其蜚声世界,成为世界著名旅游观光圣地,每天都吸引着成千上万的游客,因而它也是比萨市的经济支柱。

随着时间的推移,斜塔倾斜角度的逐渐加大,到上个世纪九十年代,已濒于倒塌。

另外,观测该塔的专家盖里教授根据比萨斜塔近几年来倾斜的速度推测出,斜塔将于250年后因塔身的重心超出塔基外缘而倾倒。

1990年1月7日意大利政府关闭对游人的开放,1992年成立比萨斜塔拯救委员会,向全球征集解决方案。

比萨斜塔拯救工程于1999年10月开始,采用斜向钻孔方式,从斜塔北侧的地基下缓慢向外抽取土壤,使北侧地基高度下降,斜塔重心在重力的作用下逐渐向北侧移动。2001年6月,倾斜角度回到安全范围之内,关闭了十年的比萨斜塔又重新开放。

但是,比萨斜塔还谈不上安全建筑,维持现状开放更多是利益上的权衡,比萨斜塔重新开放后为了讨好游客,管理方甚至在后续修复过程继续保持开放状态,因为修复费用高达600万欧元,此举也是为了从售票中获取收益以维持开支。比萨斜塔每年会吸引100万的游人前来参观。

由此可见,比萨斜塔只是一个在技术能力有限的年代,因为设计缺陷而倾斜,中间过程又经历了加固和修补才能维持现状的产物,而且它远不能称为成功的建筑,更没有什么所谓的设计优点值得去推崇。

比萨斜塔为什么倾斜了几百年都不倒?这符合力学原理吗?

1、受力分析如下图。斜塔受重力,以及地面的约束力。斜塔的地基是插入地面的,周围土壤对地基有四面八方的约束力,如红色部分。这些四面八方的力,可以等效为水平方向和竖直方向力的分量,以及一个力矩。

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2、倒塌分析从力学上来讲,只要固定端(即插入地面端)的约束力足够,即使斜塔90°也不会倒下来。力学上,水平状态的,我们叫它悬臂梁。假设斜塔90°,就类似于悬臂梁。

3、倒塌与否于重心投影点位置无关正如前面所说,只要约束力足够,斜塔自身强度足够,斜塔成水平,也不会倒。那么斜塔倒塌到底取决于什么?

取决于固定端约束力!也就是地基周围的土壤对地基的作用力。地基越深,作用力越大,也就越不容易倒。如果地基深度给定,那么就取决于土壤的性质。显然沙土更加容易倒。把土壤尽量压实,就不容易倒了。

4、斜塔自身的强度问题斜塔本身材质决定了斜塔塌不塌。对于这种一段固定的结构,固定端承受着较大的弯矩。具体表现是一侧受拉,一侧受压。通常材料都是抗压不抗拉,所以斜塔受拉的一侧比较容易发生拉伸破坏。当然,当前斜塔并不是很倾斜,受拉一侧的应力没有达到材料的承受极限。

未来,假如斜塔继续倾斜。由于地基深度,土壤性质,我们无法改变。只能对斜塔自身进行结构加强。比如在受拉的一侧,加装抗拉的钢铁材料等。

总结综上,斜塔不倒,是因为斜塔固定端的约束力足够大,斜塔自身的强度也满足要求。与重心投影点并无太大关系。

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