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测地穹顶是如何工作的

由:内森钱德勒

测地线几何

这座住宅的三角形窗户提醒人们注意几何形状,使穹顶结构如此坚固。"width=
这座住宅的三角形窗户提醒人们注意几何形状,使穹顶结构如此坚固。
图片由Timberline Geodesics提供

几个世纪以来,人们一直在建造圆顶。古代人如罗马人运用了他们的砖石技术以及他们对拱门的了解,从而创造出巨大的圆顶。但这些圆顶需要同样大的支撑墙,以防止整个结构坠落到地面。简而言之,巨大的旧圆顶很重一定会失败的。

测地线圆顶是不同的。它们不仅结合了强大的拱形的力量,而且还由许多三角形组成。把穹顶和三角形组合在一起,你就有了一个非常耐用的结构。三角形是最结实的形状,因为它们有固定的角度。

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这种耐用性很大程度上源于三角形的特性,三角形是各种形状的超级英雄。三角形是最坚固的形状,因为它们有固定的角度,不易变形。

销售圆顶房屋的美国匠心公司(American ingenious)的老板迈克尔·巴斯尼克(Michael Busnick)说,三角形是使圆顶坚固的关键。“(穹顶)是三维结构,使用稳定的三角形近似球体来创建从负载点到支撑点的多重负载路径。三角形结构是唯一一种内部稳定的结构,不需要在交点进行额外连接,以防止几何形状的扭曲。”

换句话说,对三角形的一条边施加压力,这个力会均匀地分布到其他两边,然后将压力传递给相邻的三角形。压力的级联分布是测地线圆顶如何有效地沿整个结构分布应力,就像蛋壳一样。

这些三角形的图案对测地线圆顶的结构至关重要。要理解为什么,首先考虑一个基本的四边正方形。如果你放置许多互相垂直(直角)的正方形,它们可以整齐地放置在一个平面上。

五边形和六边形就不是这样了。试着以正方形的方式平铺这些形状,它不会工作。但把这些形状向内倾斜成球或球体的形状,两边就会很好地匹配镶嵌,这是简单的模式,可以重复创建另一个形状,形状之间没有重叠或空间。碰巧五边形和六边形可以被整齐地分成三角形,这是穹窿的基础,所以它们也非常坚固。

不同的镶嵌导致圆顶建筑的不同设计。在下一页,你将读到更多关于设计如何使组装圆顶变得更容易或更困难。

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