布鲁塞尔原子塔:如何保持平衡?

作者: 桔子

来源: 果壳少年

发布日期: 2018-03-27

布鲁塞尔原子塔是一座由九个圆球组成的奇特建筑,其设计灵感来源于铁晶体的体心立方结构。这座建筑不仅展示了比利时在1958年世界博览会期间的技术实力,还以其独特的结构和美学价值被保留至今。原子塔的设计和建造过程体现了对力学平衡的严格遵循,特别是在应对风力和游客活动带来的挑战时。

在比利时首都布鲁塞尔北郊,有一座由九个圆球组成的奇特建筑——原子塔(Atomium)。这座布鲁塞尔的地标性建筑,可以说是为炫技而存在的。1958年,世界博览会在比利时举行,比利时大型冶金集团希望展示自己的技术实力,于是邀请工程师和建筑师一同接受挑战。此时,人们已经从战争的阴影中走出来,并将重振经济的希望寄托于科学,工业和科技得到前所未有的尊敬。

因此,建筑师们选择“原子”作为建筑的主题,看起来就是一件非常自然的事。

原子塔最耀眼的主体由9个金属空心球组成,每个直径18米,每个相邻的球体之间用等距金属棍相连,整个球棍结构下面,由三个脚支撑,组成了一个102米高的庞然大物。它的形态,完全模拟铁金属晶体的一个晶胞,只不过被放大了1650亿倍。晶胞并不是“铁分子”,而是晶体的结构单元。原子塔仿照了铁晶体的体心立方结构——单个晶胞包含九个原子,正方体八个顶点各一个,中心一个。

原子塔是一幢建筑,同时也堪称一座雕塑,亮晶晶的球体映衬出蓝天,给古老的城镇带来十足的工业感。有趣的是,尽管原子塔模拟了铁晶体结构,但最初却是用铝打造的,直到2004年才换成不锈钢,名副其实地变成了一座“铁原子塔”。而“原子”这个主题,本意是为了反映当年人们对原子能的狂热。不过有点讽刺的是,铁恰好是唯一一种不可能用作核燃料的元素。

实际上,原子塔本身的平衡并不是最大的难题,更大的挑战来自于大风施加在建筑上的力,以及游客进到球体里之后造成的不平衡。九个球之间并不是单纯地用金属棍棒连接在一起,这些“棍棒”是空心的,可以让游客在球之间走来走去。所以,为了让整个建筑维持稳定而不受到过大的拉力,最顶端那个球下方的三个球,是游客不能抵达的。

剩余的球里,最顶端的球以及正中央的球,在建筑的垂直方向上,位于正中间,显然进入游客不会对重心造成太大影响;而下方的三个球,除了“原子”间连接的力量,还受到底座支撑腿的力,相对上面对称的三个球,更容易稳定。

由于同样的力学原因,原子塔的建造过程也是遵循严格的顺序,先低后高,先中央后四周。如果不顾受力平衡,先搭好一侧,就会大大增加倒塌的风险。

这张建造中拍摄的老照片,展示了原子塔先下后上、先中央后四周的建筑顺序。为保持平衡,在此之后装上的三个球,都是不可以进人的。每一座建筑的存在,都是在时间和空间尺度上,对受力平衡的挑战。布鲁塞尔原子塔的九个球体之间互相支撑、牵拉,构成了一经典的受力分析模型。当然,这就涉及到五个乃至更多个力的平衡,比二力平衡要复杂得多。原子塔靠自己的魅力改变了命运。

这座原本计划只在世博会期间展览六个月的建筑,被布鲁塞尔保留至今,而且2004年,当地还对它进行了修缮,除了将满是岁月痕迹的铝板换成了不锈钢,每个球的“赤道”部位还埋了 LED 灯。夜里看上去,更添几分时髦。

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