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大唐之理工天下第32部分阅读

布鲁克林桥,虽然最大单跨只有480米,但它使用了全新的悬索结构来拉着桥面,所以大大减轻了自重,工程上由于笨重的桁架桥。在那以后,便没有人再追求大跨度桁架桥,转而在大跨度上使用悬索或者斜拉结构来减轻桥梁的自重。

    这个事故被列为二十世纪人类十大工程事故之一,也是其中三个建筑工程上的事故之一。后来加拿大境内的工程科学生都用桥梁倒塌后的废钢材制作一个钢指环,来提醒他们要好好设计工程,不要再搞出这种事故。时至今日,废钢材已经用完了,但这个传统依然代代沿袭,深刻的装点着他们的文化优越感。

    回归正题,毫无疑问,即将修建的大礼堂的主梁,肯定要用使用桁架结构,也就是很多跟短的细的木材拼接而成,而不是一根粗壮的主材。

    关于桁架桥的典范,比如武汉长江大桥(9跨120米连续钢桁,1957年),南京长江大桥(10x160米连续钢桁,1969年)。同时也可以看出,它们都出于成本考虑,没有使用更大的单跨钢桁架。从技术上讲是简单粗暴型的,没有现在中国的大型工程动不动就世界第二,亚洲第一的豪勇。

    有一个比较搞笑的桥则是芜湖长江大桥,1997年动工2000年合龙。它是一个钢桁架和悬索混合桥。它的最大主跨只有312米,可以说相当烂了。但是由于它是一个分为上下两层的公路铁路混合桥,所以利用了钢桁架结构可以上下两层既能载荷又提供桥梁结构的特点,为了节省钢桁架的自重,提高跨度,它又额外使用斜拉索来强化桥梁的负载能力。所以就造成了今天的低塔、斜拉索加劲的连续钢桁梁新桥型。工程技术上很有省钱废材料,技术难度低的特点,但是长相,那就真的不敢恭维了。

    考虑到唐宋之际的技术水平,面对大跨度,他们有什么办法呢?一个就是赵州桥为代表的石拱。一个就是汴河上的拼接木拱。

    据考证石拱的跨度是372米,汴河桥的拼接木拱是差不多20米。为了降低施工难度,李治还是决定使用难度较低的拼接木拱。因为,架桥还好说,一端在平地上,一端在河面上,不用多高。可是给大礼堂架拱梁,那可是在五丈高(十五米)的柱子顶上,那可是五六层楼的高度。而拱的最高处近三十米高。不说别的,光施工阶段的脚手架就是一个很大的问题。

    要说简单粗暴的方法也有,那就是堆一堆夯土上去,修完了再拉走就是了。但那样也太浪费人力,时间和材料了。有金手指,当然要用更先进的办法。

    搭脚手架的时候,就要涉及到细长压杆件的受力问题了。李治从库房里挑选了一批毛竹,还有一批粗二十公分,的杉木来首先准备搭脚手架。为了减轻载重,毛竹作为斜撑和非关键部分的受力。二十公分粗的杉木,作为主支撑。

    作为脚手架,杉木的上下两端只能简单固定,下端可以“固定”,上面只能算“自由”。考虑到搭建桁架拱所需要的负载,如果使用六米长的杉木搭建四层高的脚手架,那么每一根杉木的临界负载只有:538公斤。不到一千唐斤。

    注:计算使用数据列表如下。

    木材的弹性模量e=10gp,屈服强度30p

    直径02米,圆形;惯性矩i=pixd4

    64=7854e-5(4)

    长l=6米,一段固定一段自由的调整系数是2

    临界力=欧拉公式pi2ei

    (2l)2=5382n,也就是才500公斤的样子。这个柱子用来支撑房子,当然是肯定不靠谱的。

    比较一下,如果单纯计算材料屈服强度,这个木材受拉力和压力的数据则是n,差不多90吨。这个差别可以说是天差地远。

    有没有办法提高这跟棍子的载荷能力呢?有,你把它切成长度较小的一段一段,就可以支撑起90吨的重量了。所以从这个角度看,古代人使用木材性能的效率,是非常低下的。

    一二八 木桁架拱

    这些二十公分的杉木,算不得什么很好的材料,根本不算栋梁之材。可是,只要知道它的能力范围,就可以合理应用。脚手架的问题解决以后,李治就指挥着将作监泥瓦匠开始作混凝土版筑的施工。

    那六根主柱的截面,并不是实心圆柱型,而是中空的圆管型。圆管的外径15米,内径09米。这个柱子的承载能力怎么样呢?对比一下混凝土和木材的材料特性:

    抗压强度:混凝土30p,木材30p(是的你没看错,它们的抗压强度其实差不多)

    弹性模量:混凝土50gp,木材10gp

    经过和上一章节同样的分析,这跟自重42吨的混凝土空心圆柱的载重能力是:

    细长压杆载荷公式:11859吨。(其实这个柱子的比例应当不属于细长压杆,这里只是做一个比较)

    材料抗压强度公式:3392吨。

    所以扛起一个屋顶应该是毫无压力,绰绰有余了!

    工匠们并不清楚这一切,他们只是按照李治的图纸,首先在地下挖开深坑,用混凝土浇灌好地基。然后在地基上搭脚手架,用木板围好空心圆柱体的柱形状,然后一截一截的倒入水泥混合碎石和河砂的砼浆,然后隔一段时间就浇水来促使混凝土的凝固。

    就这样,不出一个月的时间,不到一百人就立起了六根宏伟的混凝土石柱。为了承载屋顶的大梁侧面的受力,还额外的在柱子十米高的地方,浇筑了角度三十度的斜撑。

    接下来工人们在原来脚手架的基础上,搭建了更高的,四层到五层的脚手架。为即将建造的木桁架拱梁做准备。

    至于这个木桁架拱梁长什么样子,可以参考一下英国牛津康河上一座古老的桥的样子。它的名字叫做“数学桥”(文后附图)。它修建于1749年,是一个拱形的,由木材拼接为三角形稳定的桁架结构。也成为了后来广泛出现各种钢桁架结构的前身。

    只不过钢桁架有着更稳固和更大的承载力,因此并不需要做成拱形,只需要做成和桥面一致的平直的形状就可以了。

    有人说这桥是牛顿设计的,不过牛顿1727年就死了。有人说这是从中国拱桥抄袭的。还有人说这个桥建成时一颗钉子也没有,后来有个教授拆下来想研究结果不会装回去,才敲上钉子。

    但是剑桥大学官方网页上对它的历史介绍可以清楚的看出,这种桥并不是突然冒出来的。1741年西敏寺桥的修建中,为了建造那个石拱,人们搭建了一个类似的木拱的脚手架——他们的结构是非常相似的。

    这个年代大英帝国常常公开向社会上招标,无数民间科学家蜂拥而上,设计出了很多种西敏寺桥的草稿。很多设计不乏超长木拱的方案。当然最后选中的就是现在看到的那个坚固的连拱石桥方案。当时的设计是全长314米,有十五个拱券。单跨不到二十米。后来为了提高泰晤士河的通航能力重修,改为254米长,7个拱券,单跨在287到349米之间。时至今日,成为了英国伦敦的地标之一。在桥上可以把泰晤士河,英国议会大本钟,以及摩天轮“伦敦眼”以及滑铁卢火车站一览无余。

    回到正题。当六根主柱和斜撑完工以后,李治便组织工匠按照设计图,把选好的三十公分粗,十五米长度的主材,拼接成跨度30米的桁架拱形。结合部位使用了多颗钢钉加固,每颗钢钉的粗细都由金手指系统计算了剪切应力的大小而确保安全。因为通过整个桁架结构相互钳制,给主梁提供了稳固的支撑,每一根主材的支撑能力达到了108吨。每一个单个木拱券的承载能力达到了152吨。

    相比之下,屋顶的重量是多重呢?现代工程技术规范规定一类屋顶,也就是最次的一类混凝土板屋顶的负载能力在每平米400公斤。自重大概在200公斤左右。那么整个坡度约在45度的大礼堂屋顶的面积大概900平米,也就是全重254吨。这三组拱券的承载能力完全足够。

    当然,这三组拱券之间横向平面外还需要用多跟檩条加固,让它不至于在侧面偏倒。就这样,本来高达30米的跨度是无法通过单根主材作为梁架。可是在桁架结构的优势之下,完美的利用了细长木材的效能,搭建好了屋顶的骨架。完成了这一步以后,阎立德手下的工匠们就知道该如何铺设屋面的瓦片了。他们使用了唐代惯用的大斜面屋顶,虽然不是通过斗拱支撑起来,但他们效仿了主梁的桁架设计了挑檐,完善了四周屋檐的支撑。

    最后,李治也没有忘了给这个长安城里目前最高的建筑顶上,装上了一整圈避雷针。好不容易修好的大屋顶,他可不愿意哪天一个雷劈过来就给烧了。

    就这样,大礼堂的屋顶花了两个多月才逐步的装修完毕。这样一个庞大,优雅的建筑,自然成为了一处奇观。大礼堂的舞台有多大呢?足足能和人民大会堂的主舞台媲美。它宽30米,深20米,台上高达28米。人民大会堂的主舞台的尺寸是宽326米,深326米,净高32米。

    舞台平时可以完全依靠自然采光。因为主要的支撑只是柱子,所以其它部分留下了大量的空间,可以让光线直接照射进来。晚上,还可以通过悬在半空的大火盆照明。

    当然,它的观众席由于不象人民大会堂那样全在室内,因此可以容纳更多的观众。观众席分为七层,最高处高达20米,形成一个层层阶梯状。基座是砖石通过多层拱券结构,也就是类似罗马斗兽场的结构修建,然后用较次的木料组成通道台阶,观众席上还安装了简易的大长板凳作为座席。

    工程临近结束的时候,李治再次来到此地巡视。之间屋顶安装好以后,临时搭建的脚手架已经拆除的差不多了。地面也已经清扫掉多余的水泥木屑。整个主舞台的地面是上好的结实木板,涂上了一层红漆,显得十分醒目。水泥柱子则保留了天然的灰色和石料的斑驳色,显得十分粗犷。屋顶的木料同样也是用层层油漆防腐,显出红黑相间的条纹。瓦片用的是上好的青瓦。考虑到挡风和调节的需要,阎立德还在四周安装了重重的素白色的帷幔,需要的时候可以收起来。这样一个庞大空间就这样形成在两万人观众席的面前。

    李治点点头,十分满意:“对,就是要这样简练,大气的效果,才能显出我泱泱大国的风度。老阎啊,你准备好大字和横幅,挂在舞台后面,要大的足以让最后一排观众都能看见。然后孤想办法筹备一个大型的晚会,来庆祝它的落成。”

    阎立德点头称是,问道:“殿下,横幅的字怎么写?”旁边的侍从心领神会,立刻递来纸笔。李治不知有诈,提笔写下“大礼堂落成典礼”几个字,然后说:“老阎你自己改写一遍,写好看点。”

    阎立德端详许久,才满足的回答道:“看到太子殿下的字,老臣才又找回了一点人生的信心和尊严啊!”说罢这老头脚下生风,飞也般的逃走了。

    一二九 演讲天地不仁

    郑元畅和张仲朗(前文一百节)在长安城内住了几日。正寻求能否有机会进入国子学。正好新的《封爵令》一下,许多人家便生了心思,自家子弟,有的适合进学,有的适合直接门荫。因此张家一名本家官居五品,子弟去了禁军,剩下一名国子监进学的名额,无人认领。张仲朗便前去给了几十贯钱,又认了这名本家作为义父,便去坊内做了过继手续,成了长安张家的一名后生。只要他在国子监认真进学,过了科举,就可以袭得一官半职。郑元畅运气稍微次一点,他家的本家也没有善于念书的后生,但却正好是六品,缺一级官阶才能得门荫。他只能先入了国子学,等以后义父能升官之后,才能拿到官职。

    二人重新认了门楣,又重新在国子监就学,成为了同学。这一日,听闻皇城内大礼堂新落成,要举行一个盛大的典礼,邀请百官和平民观礼。国子监的学生倒是去了一大半。郑张二人也不例外,随着一众学子向那个高大美观的建筑涌去。

    待到离建筑几十步时,就已经是人山人海了,禁军军士排成几个队列维持秩序。有的人想进去,盘问几句之后却就被挡了出来。轮到张郑二人时,军士问:“你们二人是什么人?从哪里来?”

    张仲朗回道:“某是国子监的学子……”他还想多说几句,军士不耐烦道:“走甲门进去,往前排走,不得奔跑喧哗!”

    二人大喜,朝那个七八丈高的高楼望去时,只见二三十丈长的场地上有十来个入口,右首起便是一个大大的“甲”字。二人便朝那里走去。进的门洞,左手是网上的楼梯,上面写着“后排,三十八至六十”,右首是一条隧道,上面牌子写着“前排,十至三十七”。两人还没来得及惊叹,就被后面的人催促着钻进右首的隧道,行的三十余步,才豁然开朗,发现自己来到了一片巨大的场地中间。眼前二十多步的地方,是一个十丈宽的大舞台。屋顶怕是有八丈高,这么大一片竟然是一个支撑也没有。锦缎从高处垂下,如银河坠地,场景真是仿佛神仙宫殿。周围则早已围满了熙熙攘攘的人群。他们还想细看,后面人说道:“让路啊,要看去座位上看!”

    二人环视四周,发现虽然场地很大,但分割为一小片区域。每一个区域都空着一部分座位。他们赶紧找到二十排的座位坐下。不多时,舞台上上来三百来人,都穿着素色常服,带着蹼头,双手下垂,一丝不苟的站在舞台后侧的台阶上,也不知道要做些什么。正当所有人都盯着这些站立着的人时,又出来一群带着锣鼓,号角,笛子和琵琶的教坊司的女乐,落座在舞台前方的一片地上。饶是这片场地长宽都有十丈,足足有两个并排的篮球场那么大小,竟然也是被他们挤的满满当当。

    这个大型舞台后方悬着几幅大字,上面写着“大礼堂落成典礼”,远远看去也是清清楚楚。突然,台上几百人忽然一起发声喊,响声震的张郑二位兄弟脚下一软,差点没有跌下座位去。随着配乐也跟上,原来他们唱的是大唐军歌“秦王破阵乐”。

    一曲终了,只见舞台一侧华盖簇拥,一队军士衣甲鲜亮,抬了一个一人多高的高台上来,放在舞台中间。一个衣着明黄朝服的年轻人从人群中走上台来。只见他眸如寒星,面如玉盘,头带朝天冠,腰缠玉带,斜插一把金光闪闪,缀满宝石的横刀。他上了台,气氛顿时为之一变,由秦王破阵乐雄壮而热烈的节奏骤然转冷。整个会场忽然变得静静的没有声音。原来,此人正是当朝监国的太子殿下。

    太子殿下严肃的把视线环绕整个会场,随后便开口讲话。他的声音十分宏亮,带着一种似乎带有魔力的穿透力。在场所有人不管听的声音大小,但那个声音却真真切切的传递到耳边来:

    一千年前,此地还是周天子的雍州。五百年前,这里还是刘汉的西京。五十年前,这里还是杨隋的大兴城。天地不仁,以万物为刍狗。就算贵如皇族,也不得不顺应天道,顺应着得天下,不顺者必将灭亡。

    大唐的百姓!天地不仁,它是公平的!他不会偏好任何人!上古时期,人民不胜禽兽虫蛇。是无数的先贤,发明了火,发明了弓箭,发明了刀枪,才能让人类从残酷的天道竞争下,幸存下来,夺取九州的土地,才有今天的大唐!在场的所有人,看一看你们眼前的大礼堂!这是我们工匠,战胜天地的结果。放眼天下九州,以前一千年,从来没有出现过这么宏伟,这么博大的建筑。这不是天地给我们的施舍,是我们从天道中学习得来,是我们用智慧和勤劳创造而来!

    这说明什么,一个新的时代即将到来!你们今后,不再会被天灾感到恐惧。我们已经修建了强大的火船,能够在黄河上来往如飞。我们制造了神奇的冰机,即使在炎炎夏日,也可以得到凉风和冰水。我们还会修建宏伟的水坝,雨水丰富则阻挡洪水,雨水贫乏就蓄水灌溉。每一年都是丰收年!我们还会修建强大的抽水机,让高处的土地得到灌溉,让天下人都有田可耕,有饭可食!我们正在开展秀才的选拔,只要你有梦想,有学识,你就可以有朝一日,站在这个伟大?br />