问题

有哪些看起来违背力学原理的建筑?

回答
有些建筑,初看之下,仿佛被施了魔法,挑战着我们对重力和平衡的固有认知。它们巍然屹立,却又显得如此轻盈,甚至有些不安分。要说“违背力学原理”,其实更准确的说法是它们巧妙地“运用”了力学原理,将我们对“可能”的边界推到了极致。

让我来给您掰扯掰扯几个这样的建筑,让您看看它们是如何玩转物理定律的:

1. 意大利的斜塔(Leaning Tower of Pisa):经典中的经典,斜而不倒的优雅

说起违背力学原理的建筑,比萨斜塔绝对是绕不开的鼻祖。这座钟楼原本是按垂直建造的,但由于地基承载力不足,加上施工期间 땅下水位变化,导致从建造初期就开始倾斜,并且倾斜度还在不断增加。

您可能会想,这么一个大家伙,都歪成这样了,怎么还能站着呢?这其中的玄机在于:

重心偏移与支撑: 虽然塔身倾斜了,但它的重心依然在底部的支撑面上。想象一下,您推一个斜倚在墙上的扫把,只要重心在墙的范围内,扫把就不会倒。比萨斜塔的重心虽然偏离了垂直中轴线,但它仍然落在其宽厚的圆柱形基座的支撑范围内。
材料强度与均匀性: 塔身主要由石材建造,这些材料本身具有相当大的抗压强度。虽然存在应力集中的地方,但整体材料的均匀性以及建造时对石材的精细处理,使得它能够承受住自身的巨大重量以及倾斜带来的额外压力。
历史与加固: 最初的倾斜是因为地质问题,但随着时间的推移,倾斜也趋于稳定。在现代,工程师们更是采取了一系列措施来防止它倒塌,比如对北侧地基进行回填加固,甚至在塔身内部进行精确的配重调整。这些举措都是在理解和利用力学原理的基础上进行的。

它不是违背了力学,而是以一种令人惊叹的方式,在力学允许的范围内达到了一个极限状态。这种“不完美”恰恰成就了它的独特魅力,也让人们对力学有了更深刻的认识。

2. 阿联酋迪拜的哈利法塔(Burj Khalifa):直冲云霄的擎天柱,却又纤细无比

如果说比萨斜塔是挑战水平方向的极限,那哈利法塔则是挑战垂直高度的极限。这座高达 828 米的摩天大楼,看上去就像一根细长的针,直刺天际。您可能会疑惑,这么高的大楼,底部那么小的占地面积,如何能支撑住顶部的巨大重量?

答案在于其精妙的设计和先进的材料:

Y形核心筒结构: 哈利法塔并非简单的柱子加楼板。它的核心结构是“Y”形的,这种设计具有天然的稳定性。Y字的每一臂都向外延伸,这样可以有效地分散风荷载,并为内部的电梯井、楼梯间等提供支撑。您想象一下,一根Y形的树枝,比一根同等粗细的直树枝更不容易被风折断。
巨型斜撑和外围墙体: 在Y形核心筒的周围,分布着多个斜向的巨型支撑结构,这些结构从地面一直延伸到建筑的顶部。它们如同巨人的手臂,紧紧地环抱住核心筒,共同承受来自各个方向的力。外围的混凝土墙体也起到了重要的支撑作用。
高强度混凝土与钢材: 为了承受如此巨大的压力,哈利法塔使用了超高强度的混凝土和钢材。这些材料能够在极小的体积内承受极大的荷载。例如,用于浇筑高层的混凝土,其强度是普通混凝土的数倍。
风力控制技术: 高层建筑最怕的就是风。哈利法塔的设计充分考虑了风的影响。它的Y形结构和错落的楼层设计,可以“扰乱”风流,减少对建筑的冲击。同时,在建筑内部和外部也设置了减震装置,能够有效地抵消风引起的摇摆。

哈利法塔的建造,是现代工程技术和材料科学的集大成者。它并非违背力学,而是将力学原理运用到了极致,通过精密的计算和卓越的工程来实现看似不可能的“瘦高”结构。

3. 澳大利亚墨尔本的“曲棍球棒”大楼(Eureka Tower):向上伸展的“柔韧性”

如果您看过一些关于尤里卡大厦(Eureka Tower)的图片,可能会被它那独特的顶部造型所吸引——那像是被什么东西向上顶起而弯曲的模样。它的设计理念正是为了应对风荷载和提高结构的稳定性。

“曲棍球棒”的结构含义: 这个顶部的设计,并非随意为之。它实际上是建筑结构的一部分,通过一个向外伸展并向上弯曲的结构,有效地分散了高层建筑在风力作用下的侧向位移。您想想,如果您用手去推一根细长的棍子,它更容易弯曲。但如果您在棍子的一端稍微向外侧施力,就能让它在受到推力时产生一种“抗拒”的形变,从而减小整体的摇摆幅度。
钢筋混凝土结构与外伸设计: 尤里卡大厦采用了钢筋混凝土结构,并且在顶部设计了外伸的钢结构。这个结构不仅美观,更重要的是它通过改变力的传递路径,有效地消散了风荷载。
减震装置: 像许多高层建筑一样,尤里卡大厦也配备了减震装置,通常是位于顶部的巨型水箱,通过水的移动来抵消建筑的晃动。

这个建筑的造型,与其说违背力学,不如说是以一种非常巧妙的方式,将“柔韧性”融入了刚性的结构中,从而在外观上呈现出一种动态的美感,而这种美感背后是工程师们对风工程学的深刻理解。

4. 西班牙毕尔巴鄂古根海姆博物馆(Guggenheim Museum Bilbao):流动的雕塑,挑战几何的想象

弗兰克·盖里(Frank Gehry)设计的这座博物馆,仿佛是由金属碎片和波浪组成的流动雕塑。它那弯曲的、不规则的、仿佛随时会融化的外形,更是让人对它的稳定性产生疑问。

钛金属的独特运用: 博物馆的外壳主要由数千块钛金属板组成。钛金属不仅轻巧,而且具有极强的延展性和耐腐蚀性,这使得它能够被塑造成各种复杂的曲面。
计算机辅助设计(CAD)的革命: 盖里的设计几乎不可能通过传统的制图方法完成。他运用了当时最先进的计算机辅助设计软件(CATIA),能够精确地模拟和计算每一个曲面的形状、角度以及材料的受力情况。
复杂的内部支撑结构: 尽管外表看似自由奔放,但古根海姆博物馆内部拥有一个极其复杂的钢结构支撑系统。这些钢梁和钢柱被精确地设计和焊接在一起,形成了一个强大的骨架,支撑着外部的钛金属“皮肤”。它们就像隐藏在人体中的骨骼,支撑着外在的肌肉和皮肤。
曲面几何的力学应用: 建筑师们巧妙地利用了曲面几何的特性。例如,某些曲面虽然看起来是弯曲的,但其截面实际上是经过精心计算的,能够将荷载有效地传递到下方的支撑结构。这就像一个抛物线,虽然是弯的,但在结构上却能承受很大的压力。

古根海姆博物馆的震撼之处在于,它将艺术的想象力和工程的严谨性完美结合。它不是在“违背”力学,而是在用一种全新的、极具雕塑感的方式来诠释力学原理,让建筑本身成为一件巨大的、会呼吸的艺术品。

总而言之,这些建筑之所以看起来“违背”力学原理,并非因为它们真的藐视了牛顿的定律,而是因为它们以超乎寻常的智慧和技术,将这些定律发挥到了极致,甚至是以我们意想不到的方式来表达。它们是工程师和建筑师们对物理世界理解的具象化,是人类创造力与科学精神的完美融合,也是对我们眼中“可能”边界的不断拓展。每次看到它们,都会让人惊叹于人类的智慧,以及建筑艺术所能达到的高度。

网友意见

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谢没人邀

1、托罗哈的马场看台




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



2、迪埃斯特的图雷特公共汽车总站




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


同时壳体中还运用了预应力钢筋,让壳体预先受压,减小拱脚侧推力。施工时先埋设顶部环状钢筋,再和中段预应力钢筋相连,最后在腰部连起来,像是8字形。

类似的还有

同一个建筑师的我也不知道是什么东西,被称为seagull

是类似金贝尔美术馆的悬臂梁,同时也有用到预应力钢筋



3、舒霍夫的舒霍夫塔

先上大佬照片


弗拉基米尔·舒霍夫以他在结构设计分析领域开创性的工作而著称,他创造性的发展了双曲壳塔、网状壳体、张拉结构、栅格壳体以及储油罐、输油管、工业锅炉塔架、船只和驳船等各种各样的结构体系。   舒霍夫是一位石油工业、房屋结构和桥梁结构领域杰出的改革家,同时,他还开创了双曲结构体系的新领域。这些以非欧几何中的双曲线为基础的结构,在今天被称为旋绕双曲线结构。他还给出了分析这些结构体系的数学方法。舒霍夫最为人所称道的就是他那独具匠心的双曲壳塔的设计,比如以他的名字命名的舒霍夫塔。 百度百科



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。

不知道广州小蛮腰有没有参考它


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谢邀 @周鑫 。说一个这几年纽约开始流行的超级细长塔楼吧--不至于违背力学原理…但是挑战了原来的高楼高宽比,纤细到看着颤颤巍巍。

先放一张“老"高楼帝国大厦和“新”高楼432 Park Avenue的同框照片,这两栋楼高度接近,但大家感受下他们的瘦长度。。。

首先这么做的,是普里兹克得奖建筑师Portzamparc的One57以及Rafael Vinoly的432 Park Avenue,尤其是后者,一栋超高层(96层)的极其纤细的天价公寓楼,即使在纽约的高楼林立的天际线里,也非常耀眼。


据统计,在接下来的2017-2020年,曼哈顿中城有18栋这样的超级细长塔楼(super slenders)在建设或规划中。将极大地改变纽约天际线。


环绕着中央公园的南侧,将会出现好多“根”高楼,这其中不乏大师作品,比如:

这些楼在结构上虽然比以前的楼更有挑战,但难不倒现在的技术(无非是投入的问题)。相比结构问题,其引发的经济和社会影响则更大:

其一:这些楼之所以能造那么高,是因为开发商进行了一项土地交易上的“创新”。买下了两个地块,并把其中之一的“air rights”(可类比容积率?)补给了另一块地。众所周知,高层公寓的售价是越高越贵,这样的叠加从经济上肯定是划算的。

其二:这些楼大多聚集在中城,中央公园南侧,其高度对中央公园造成了不少影响。比如one57就被认为是第一栋在中央公园的核心投下阴影的高楼。这样的豪宅开发是否侵犯纽约市民的公共利益,已经引发讨论。

其三,前几波的曼哈顿超高层建筑,都是以办公、酒店为主的公共综合建筑(比如帝国大厦、洛克菲勒大厦、世贸中心等等),而这一波超高层,则主要为大平层豪华住宅(所以才会显瘦,毕竟住宅需要采光,无法做大进深的平面)。前者有益于城市,且容纳了诸多从业者,后者则基无贡献。从这一点上往深里想,西方的橄榄形中产社会确实开始撕裂了。


PS1,目前这种纤细豪宅楼的typology只出现在了纽约,东京香港新加坡这些同样高密度的城市并未出现,也颇值得研究。

PS2,最后,也许资本至上的纽约真的会出现这样的楼吧:

(这是一个当地建筑师用以architecture为媒介进行的创作,并不是真实项目)

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温哥华的新地标ancouver House,

高151米,共59层,在Granville街。


为了避开地基旁边的大桥以及公园,

大楼的地基被缩小到不到六百平米。


为了尽可能地利用大桥上方的空间,

大楼从基座开始向上扭曲伸展扩张。







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