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圓頂建築怎麼蓋
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
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
圖/凱蒂‧希基
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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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