把这些又大、又高、又重的“庞然大物”,用钢索挂起来能行吗?这到底有什么好处呢?
好处确实是不少,总的说来,它消耗的钢材少,能增加有效的使用面积,还有很好的抗地震性能,又可以减少基础的数量,减少基础不均匀的沉降等。
消耗的钢材少就拿消耗钢材来说,要造又高又大的房屋是离不开钢材的,不像古代的建筑,用木材泥土就能造出来,高楼大厦钢材消耗的数量是很多的,我们住的五、六层的工房,结构比较简单,每平方米建筑面积平均也要消耗20千克以上的钢材。高层建筑消耗的钢材更多,美国一般20~30层的楼房,每平方米要用70~80千克,超过30层甚至要用100千克以上。因此,用较少钢材能造出同样多面积的房子来,就是优越的设计。悬挂式建筑就有这个优点。
我们用一个简单的比喻,就可以知道为什么能节约钢材。例如有一桶水,用一根不太粗的钢丝就能把它挂起来,但是,用同样的钢丝要把这桶水顶起来,是无论如何不可能的,因为这条钢丝一受压力就会变曲。如果要把这桶水顶起来,要用比这条钢丝粗十几倍的铁棒才有可能,而且一根铁棒还不够,至少要有三根铁棒一起顶,它才不会倒下去。这两种情况相差很大。我们把前面一种情况叫做钢材在“受拉”的状态,后一种情况是在“受压”状态。钢材“受拉”,明显地比“受压”有利得多。
一座建筑物很像一个人体,人体主要靠骨骼的支撑才能站立起来,内脏、肌肉都附在骨骼上,人站着的时候,骨骼全部处在“受压”状态,因此,骨骼是比较粗大的。如果人处在悬挂起来的状况下,骨骼就不需要那么粗,可以细得多。多少万年以来,建筑物的骨架都是处在“受压”的状况下,悬挂式建筑物是让骨架全部处在“受拉”状态。可想而知能节约不少钢材。
能增加有效的使用面积
随之而来的优点是:骨架小了,被骨架占去面积也小,这样,可增加房间的有效使用面积。
还有一些优点:既然房屋挂起来,底部就离开地面了,挂着的房屋不需要做基础。德国的这座建筑,4座圆筒形大楼都不做基础,基础集中在中间的高塔上,基础的面积可以减小,做基础的材料也就大为节约。
很好的抗地震性能前面谈到过,鸟和昆虫的房屋挂起来可以安全些。人住在悬挂的房屋里虽然主要不是为了安全,但是在遇到地震时,它要比其他建筑物安全,它的抗震性能比一般建筑物要好。
减少基础的数量还有一个特点是,悬挂起来的建筑物,它是从上面向下造的,这种方法和我们习惯的造法完全颠倒过来了。悬挂式建筑物,如要像一般造房子那样从下向上造,倒是十分困难的,它没有基础,也不能在地面上造好20层楼再把它挂上去,只能一层一层地造。怎么造法呢?要从挂着的那一头先造起,但是也不是从25层高的地方向下面造下来。真要从天上向地面造也太困难了,要把材料送得那么高,悬吊在半空中施工多麻烦,这样的话,它就没有多大的优点了。实际上,它还是在地面上造的。施工的过程是,先造中间的高塔,在高塔顶上伸出4根坚固的横梁架子,这时,可把吊挂房子用的钢索在梁端挂下来,直挂到地面附近,建筑工人在地面上先造最高的那一层,例如第20层,造好后再把这一层用顶和吊的方法提上去,然后再在地面上接着造第19层。就这样一层一层地向下造,钢索一层一层地收上去,而建筑工人始终在地面上工作,既安全又省力,真是太理想了。那些笨重的材料,混凝土呀、钢材呀,都不用搬运到高空去,人也大多不用到高空去施工。
悬挂式建筑有这么多的优点,所以很快地就发展起来。自从第一座大楼造成后,已有20多个国家建造了近百座各种各样的悬挂式建筑物,有办公楼,有住宅,有旅馆,也有医院,甚至展览馆等,最高的达到27层、130米高。
减少基础不均匀的沉降
这类悬挂式建筑物底部离开地面有一段距离,并不直接和地面接触,不能直接从它的下面进到建筑物里面去,要通过中间那座高塔。中间的高塔既是挂起这4座建筑物的“柱子”,又是进出这些建筑物的交通要道。高塔中布置了很多座电梯,还有楼梯以及各种管线设备,像自来水、煤气、电力、暖气、冷气管道,都从高塔里通过,再送到各层楼去,因此,高塔成了交通运输的中心。高塔的每层楼,都和4座悬挂建筑物的每一层楼相连接通的,这些悬挂式建筑物和高塔实际上是紧靠在一起,只有很小的一道缝把它们分隔开来,使人感觉不出它们是各自分开的。分开这两部分的缝实际上只有几厘米,接触面也不是一个平面,而是圆弧形,它们像榫头一样互相咬合在一起,因此,悬挂式建筑物在外力的作用下,例如像台风或者地震的情况下,也不可能来回摆动,更不会像挂着的鸟笼那样容易摇晃。
让钢材“受拉”比“受压”要有利这一事实,人们是早已知道的。在工程上面也应用过。有一种称做“悬索桥”的桥梁,就是运用这一原理建造的。把桥挂起来的想法,至少要比把房屋挂起来的想法早得多。
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