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摩天大楼是如何工作的

由:汤姆哈里斯

对抗重力

纽约世界贸易中心的两座塔高达1360英尺(415米),其核心是一个巨大的钢桁架。"width=
纽约世界贸易中心的两座塔高达1360英尺(415米),其核心是一个巨大的钢桁架。
照片由Wayne Lorentz提供:玻璃,钢铁和石材

向上建造的主要障碍是向下的拉力重力.想象你肩上扛着一个朋友。如果这个人很轻,你自己就能很好地养活他。但是,如果你要把另一个人放在你朋友的肩膀上(把你的塔建得更高),这个重量可能会让你一个人承受不了。为了建造一个“多人高”的塔,你需要更多的人在底部支撑上面所有人的重量。

这就是“拉拉队金字塔”的工作原理,也是真正的金字塔和其他石头建筑的工作原理。底部必须有更多的材料来支撑上面所有材料的重量。每次你添加一个新的垂直层,层下每一点上的总力都会增加。如果你不断增加金字塔的底部,你可以无限地建造它。当然,这很快就不可行了,因为底层占用了太多的可用土地。

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在普通的建筑中砖和砂浆当你建造新的上层楼层时,你必须不断加厚下层的墙壁。在你达到一定的高度后,这是非常不实际的。如果低层几乎没有空间,那么建造一座高楼还有什么意义呢?

使用这项技术,人们不会建造很多超过10层的建筑——这是不可行的。但在19世纪晚期,一些进步和环境融合在一起,工程师们能够突破上限——而且还不止如此。导致摩天大楼出现的社会环境是不断发展的美国大都市中心,最著名的是芝加哥。企业都希望他们的办公室靠近市中心,但那里没有足够的空间。在这些城市中,建筑师需要一种向上扩张的方式,而不是向外扩张。

使摩天大楼成为可能的主要技术进步是大众的发展铁和钢生产(见钢铁是如何运作的详情)。新的制造工艺使生产长铁梁成为可能。从本质上说,这给建筑师提供了一套全新的构建模块。狭窄的、相对较轻的金属梁可以承受比旧建筑中坚实的砖墙多得多的重量,但只占空间的一小部分。随着。的出现转炉炼钢法这是第一种大规模钢铁生产的有效方法,建筑师们不再使用铁。钢比铁更轻更强,这使得建造更高的建筑物成为可能。