地震科普你能看明白的抗震构造原理潇湘晨

/建筑物破坏的机理/

抗震设防的关键，在于提高建筑物的抗剪切能力。

地震动的主要破坏力（横波S）是在水平方向，而房屋的重力在垂直方向上，二者合成的效应：一是墙体的X型破裂，二是结构铰接点的断裂。

图丨地震破坏建筑物的机理

于是，最直接的抗震措施就是增加斜支撑柱，为框架的“矩性”追加一条对角线，阻止它变成“平行四边形”。

图丨建筑物的抗震支撑

不用说，欧氏几何的解显然不美观，一个大活人谁愿意关在笼子里呢。

非欧几何结构

先看一下动物的产品：

手握鸡蛋是捏不碎的。薄薄的蛋壳之所以能承受这么大的压力，关键在于蛋壳所受外力被均匀地分散到壳体各部分，而内部体积又可以达到最大。

因此，鸟蛋、鸭蛋、龟蛋、企鹅蛋……无不呈椭球曲面状——保持了非欧几何的曲面，也就保护了后代的安全。

下图是日常生活中常见的双曲面结构：牛仔帽和女式帽的帽檐不容易塌扁；炸土豆片不容易碎裂；椅子靠背的支撑力增强；植物叶子能挺拔；鸟巢场馆有超水平承载力和抗震能力；m高的广州“小蛮腰”电视塔结构简单，由直线状柱子实现了双直纹曲面……

图丨日常生活中的双曲面

如何提高抗震性能？▉

在世界各国的建筑和工程中，曲面造型已经愈发普遍。它们非常适于大跨度、少立柱的空间建筑，例如工厂、仓库、剧院、体育馆、机库、车站和候机楼，甚至连地下隧道、车辆的挡风玻璃、水库大坝、高架桥梁……都会采取曲面结构，因为它们容易制作、省材料、稳定性好。

非欧几何的椭球体曲面能实现内部空间的最大化，屋顶面积的最小化。

图丨国家大剧院的卵形结构

它充分利用了材料强度，把承重（柱）与围护（墙）的两种功能融合为一，减轻了外压力，消除了结构力学的应力奇点，故而抗震性能非常好。当然，窗户形状必然是极其复杂多样的，需要通过微分几何逐一确定。

切不要把曲面结构贬责为设计者的荒诞怪癖。它是工程抗震等多方面的需求，青春活泼，能很好地满足功能和造型的要求，省料又省工。

几何学发展到今天，离不开欧几里得的奠基性贡献。

图丨欧几里得（AntonioC）

他那严谨的定理和严密的思维逻辑，被奉为难以企及的巅峰。

有人问过他，有没有学习几何的捷径？欧几里得是这样说的：

Thereisnoroyalroadtogeometry.

被译成“几何学无坦途”，成千古箴言。

两千年来，几何学一直在前进，

就在我们身边，既不高深也不遥远。

本文摘自冯锐/地震出版社/《趣味地震学》上册

来源：地震出版社