圓頂建築怎麼蓋

THE MERIT TIMES

文／羅瑪‧艾葛拉瓦 2023-05-04

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圖／凱蒂‧希基

內容與圖照節錄自《哇！這是怎麼蓋出來的？》，小麥田出版授權使用圖／凱蒂‧希基

圖／凱蒂‧希基

文／羅瑪‧艾葛拉瓦

如果將一塊岩石壓成碎粉，加入水混合，不會發生什麼事。但是如果先用火燒過石灰石，再壓碎和水混合，就會發生一種稱為「水化（水合）」的化學反應。混合物會開始變得濃稠，從原本的液狀變成果凍狀，最後變成固體。

調配比例攪拌均勻

從數千年前開始，古人就把不同的岩石壓成碎粉後加水混合進行實驗。古羅馬人把用火燒過的石灰石壓成碎粉，再加入小石塊、碎陶片和磚塊，當然還有加水，全部混合在一起。萬神殿的圓頂就是用這種「羅馬混凝土」建造而成的。現在製造混凝土的方法跟古代還是很類似，燃燒過的石灰石碎粉就是水泥，而加入的石塊就是粒料。

所以：

水泥＋粒料＋水＝混凝土。

想製造優良的混凝土，必須小心調配水泥、水和粒料的比例。如果水泥太多，會有部分水泥無法和水起反應，成品強度就會不足。如果水太多，混合物會變太稀。加入的粒料也必須攪拌均勻，否則比較大、比較重的顆粒會沉到底下，成品質地就會不一致，強度也會不足。

這就是為什麼預拌混凝土車後面，都載了一個會轉動的巨大滾筒。滾筒中放了分量正確的材料，然後滾筒不停轉動，攪拌混合出混凝土。等車子開到工地現場，就能利用粗大管線將混凝土輸送到正確的位置。

混凝土可以用來建造摩天大樓、橋梁、隧道、道路等各式各樣的結構。混凝土能夠承受很強的擠壓力道，就算80頭大象疊羅漢站在一塊混凝土磚頭上，混凝土也不會被壓碎。混凝土也很耐用，可以埋在地下數百年，這就是為什麼大部分的基礎都是用混凝土建造。

但是混凝土承受拉力（也就是所謂的張力）時的強度不足。混凝土結構承受拉力時，一開始會出現細小裂縫，裂縫可能會變大，結構強度因此減弱。現在已有辦法解決這個問題，就是利用其他材料來強化混凝土，增加它的強度，後面會有更詳細的說明。

羅馬人建造萬神殿時，發現混凝土是最理想的材料。想要知道原因，就必須進一步認識「拱」。

拱到圓頂三維立體

只要準備一張長條紙片和兩個橡皮擦，在家就能搭建出簡單的拱。橡皮擦放在桌上，兩個橡皮擦之間相距大約一個手掌的寬度，紙片彎成彩虹的形狀，將紙片的兩端分別抵著兩個橡皮擦。在紙拱上方輕輕向下壓，想像施加的壓力會向拱的兩端傳遞。

拱的神奇之處就在這裡：當力平均分散在拱的每一個部分，拱就能持續承受壓力。這就是為什麼混凝土是很理想的材料，因為當受到的不是拉力，就能承受很大的重量或載重。

羅馬人利用拱形建造出了許多巨大的橋梁，包括法國的嘉德水道橋。這座橋由下到上一共3層的石拱堆疊起來所構成，能夠將水運送到附近的城市。

圓頂是三維立體的拱，形狀比較複雜，而力在圓頂中傳遞的方式也和在拱中傳遞的方式不太一樣。試試看製作簡易的圓頂，先將一張紙卡剪成數條長度相同的細長紙片。將紙片疊在一起，中間用雙腳釘固定住，然後讓紙片呈扇形散開，將紙片朝下扳彎，靠近底端處用橡皮筋箍住固定。從這個圓頂模型可以知道，圓頂絕大部分會承受壓力，但它也需要張力固定，就是固定住底部的橡皮筋施加的力，紙片才不會散開。

混凝土是建造圓頂的絕佳材料，但在靠近圓頂底部的地方還需要一些拉力。為了確保萬神殿的強度足夠，能夠抵抗這股張力，古羅馬人將圓頂建造成上薄下厚，底端的厚度是頂端的5倍厚，因此目前為止，萬神殿仍然是全世界最大無筋混凝土圓頂建築。

萬神殿

位在義大利首都羅馬的萬神殿是一座古老的紀念建築，在過去的漫長歲月裡有過許多不同的用途，曾經是祭祀羅馬眾神的神殿、基督教的教堂，也曾作為墳墓。萬神殿從落成到現在已經快2000年了，真的很不可思議。

走進萬神殿，你會注意到上方優美的圓頂。圓頂的圓弧面有方格形圖樣，中央有一個圓形開口，開口處光線灑落，雨天時雨滴也會落下。灰色的圓頂是用混凝土建造而成，這種建材非常重要，是地球上繼水之後第二常用的物質。

全世界無筋混凝土！圓頂建築裡，萬神殿是最大的，屹立至今將近2000年！一般混凝土會配置鋼筋，稱為鋼筋混凝土，沒有鋼筋者稱為無筋混凝土。

萬神殿入口由16根科林斯柱支撐。這些柱子來自埃及，是先沿著尼羅河順游而下，再橫越地中海，最後沿台伯河溯河而上運到羅馬。

內容與圖照節錄自《哇！這是怎麼蓋出來的？》，小麥田出版授權使用

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