在平地上建起一座高樓大廈是一項極具挑戰(zhàn)性的工作。為了讓大廈穩(wěn)固安全，工程師們煞費苦心。建筑設(shè)計的過程中會產(chǎn)生各種不同的作用力，工程師需要想盡各種辦法去平衡它們，才能保證大廈屹立不倒。

是什么讓高樓屹立不倒？

物體由于地球吸引而受到的力叫重力。這就是我們將球拋到空中，它會落下來的原因。重力會將地面上的建筑物“拉”向地心。工程師需要合理設(shè)計建筑物的框架，采用適當(dāng)?shù)牟牧?，以保證建筑物可以抵御重力作用的影響。

建筑的主要框架由水平方向的橫梁和垂直方向的立柱組成。橫梁支撐地面和屋頂；立柱支撐橫梁，構(gòu)成墻體。建造摩天大樓，我們首先必須計算一下建造它的材料有多重，以及大樓里的物體有多重，比如電梯、空調(diào)機組、計算機、各種家具……當(dāng)然，還得算上所有的人。然后，估算建筑當(dāng)中所有鋼筋混凝土橫梁和立柱的承重，從而保證大樓不會轟然坍塌。

橫梁

想象一下，用兩只手握住一根胡蘿卜的兩端，將它彎成一個U 形。這時，U 形底部靠上的部分被擠壓，而靠下的部分被拉伸。人們把這種擠壓的力量叫壓力，拉伸的力量叫拉力。當(dāng)上部的壓力和下部的拉力足夠大時，胡蘿卜就會被折斷。這根胡蘿卜就好比橫梁。建筑工程師需要評估作用在橫梁上的各種外力，保證它們受力平衡，不會因為壓力或拉力過大而斷裂。

立柱

用一張紙卷成一個筒，用膠帶粘好。把紙筒立在桌子上，在上面放一本厚重的字典。你會發(fā)現(xiàn)，紙筒的強度足以支撐字典。這個紙筒就好比立柱。假如你試圖用一把塑料軟尺支撐這本字典，會發(fā)現(xiàn)尺子根本支撐不了字典的重量。尺子會被字典壓彎、壓垮，字典會掉下來。在建筑中，立柱同樣會因為承重過重導(dǎo)致彎曲、垮塌。

鋼

為了讓房子的結(jié)構(gòu)更加結(jié)實，最早用于建筑框架的金屬是鐵。但是，鐵是一種質(zhì)地相對較軟的金屬，它的晶體在受到壓力和拉力時會微微移動、變形。為了讓鐵的強度更高，人們在里面加上了一定比例的碳進行熔煉。經(jīng)過熔煉，碳原子和鐵晶體結(jié)合在一起，就形成了一種新的合金——鋼。鋼在受力的時候，就不會那么容易移動和變形。因此，它是一種更為結(jié)實的建筑材料。

鋼的結(jié)構(gòu)原理

拿一個大盤子，倒上一些巧克力小球，你會發(fā)現(xiàn)巧克力小球很容易滾動。這些巧克力小球就像是鐵晶體?，F(xiàn)在，在盤子上撒一些葡萄干再試試看……由于加入了葡萄干，巧克力小球滾動起來就沒那么容易了。這里的葡萄干就相當(dāng)于碳原子。這就是鋼比鐵更結(jié)實的原理。

碎片大廈

倫佐·皮亞諾

倫佐·皮亞諾是碎片大廈的設(shè)計者。他還設(shè)計了著名的巴黎蓬皮杜中心。碎片大廈的設(shè)計靈感是他從教堂頂端和帆船桅桿上得到的。

位于英國倫敦泰晤士河南岸的碎片大廈是全歐洲第二高的大廈。它高約310米，有著獨特的三角尖造型。它內(nèi)部設(shè)有一個混凝土制成的核心筒，這個核心筒位于建筑中心，確保整個大廈可以抵御高空強勁的風(fēng)力。碎片大廈尖頂?shù)匿摿汉土⒅寐菟ê秃附拥姆绞郊氈碌剡B接在 一起。

碎片大廈是由許多吊車建造和組裝起來的。這些吊車在施工的不同階段跟著大廈一起抬升。比如位于大廈核心筒頂端的吊車，就是隨著核心筒的一步步建成，隨之一同提升至大廈頂端的。

碎片大廈使用了1 萬多塊玻 璃板，總面積足以覆蓋8 個足球場。

混凝土材料大量用于大廈的酒店樓層和公寓樓層，那里有許多墻體和各種各樣的小房間?；炷良冉Y(jié)實又吸音，方便人們的生活起居。

鋼筋橫梁的承重非常好，可以在很長的距離上無需柱子支撐。它大量用于辦公區(qū)，因為那里有許多開放式的大空間。

尖頂涂有特殊的油漆，能抵御風(fēng)吹日曬的侵襲。

塔頂?shù)牟ＡО寤ゲ唤佑|，形成一個缺口，仿佛為整座建筑提供了一個可以“呼吸”的嘴巴。

碎片大廈尖頂?shù)匿摿汉土⒅寐菟ê秃附拥姆绞郊氈碌剡B接在 一起。

頂層的吊車是伸縮式的，工作時可以伸展，不用時可以收縮。 它永久地保留在了碎片大廈的頂部，至今仍在使用。它現(xiàn)在的主要職責(zé)是清潔大廈玻璃。

碎片大廈有幾十部電梯，其中有一部分是雙層觀光電梯。

碎片大廈使用了精密復(fù)雜的玻璃幕墻， 這使得大廈外觀看上去會隨著天氣和季節(jié)的變化而改變顏色。

碎片大廈共有95 層。第72 層上有一個觀景臺。

碎片大廈里的鋼鐵框架重達1.25 萬噸，比900 輛倫敦巴士或者70 頭藍鯨還重！

大廈使用了5.4 萬立方米混凝土，足以填滿22 個奧運會標(biāo)準(zhǔn)游泳池。

為了節(jié)省施工時間，地下層與地上層是同時施工的。

本欄目選編自《了不起的建筑》，由中信出版集團出版。