手繪世界建築結構之旅:史上最有趣的導覽書,環遊世界一周學建築
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目錄

邀請函 一個單字,一種文法,一國語言

第1章 首先來看看結構:所謂的結構是什麼?

第2章 一個關於平衡的問題!:所有事物都需要保持平衡

第3章 來搭一座橋:從一個跨到另一個

第4章 蓋上摺版:建築的波浪頭紗

第5章 力的路徑:壓力之下的力

第6章 遊覽拱、拱頂、穹頂的世界:教堂遺跡

第7章 桁架,連連看!:架起建築的盔甲

第8章 不變形正四邊形的防風斜撐:隨風而逝

第9章 從吊床到金門大橋:一切都連起來了

第10章 纜索網:不可承受之輕

第11章 從張力梁到預力混凝土:強制結合

第12章 從纜索結構到建築纖維:讓我們回到起點……

那麼現在…… 探索世界

索引

延伸閱讀

致謝

試閱內容

∣ 所有事物都需要保持平衡

第2章 一個關於平衡的問題!

關於巴士、水族箱。

我們將從巴黎到布魯塞爾,途中經過瑞士的阿爾卑斯山。

――為了更能夠掌握平衡這個主題,最好的途徑不就是從了解自己的結構,也就是自己的身體開始嗎?如果要用單腳站立,我覺得最好讓自己「呈一直線」![1]

沒錯,為了讓自己保持平衡,作用力,身體本身的重量,通過身體的重心;反作用力,來自地板的力,兩股力必須完全呈一直線,否則……

――我會跌倒或是只好放下第二隻腳!改用雙腳站立,這樣比較容易![2]

很明顯地,用兩腳站立,我們可以任意地彎腰,不用擔心失去平衡。當我們彎腰時,身體的重量分別被兩腳分擔。只要身體本身的重量維持在兩腳之間,就不會有問題,否則會大跌一跤……

――所以,只要我快速地將身體的重心移回雙腳,就可以避免跌倒!如果把雙腳分開,我就有更大的空間去控制身體的重心,然後更平穩地彎下腰。[3]

非常正確,支撐底面積越大,越能夠維持平衡。就像一張椅腳越開的小椅凳,就越穩定。為了更貼近真實情況,我們現在要加入一股水平的力。例如:搭巴士的時候,乘客都會受到一股水平力的影響,這股力來自巴士加速或剎車。

――要是巴士開得不快,張開兩隻腳站立,我仍然能維持平衡。哇嗚,甚至可以不用扶著扶手!為什麼我不會跌倒呢?

來自剎車或加速的水平力,被雙腳站在巴士地板所產生的摩擦力抵消。但這些力以身體的重心為起點,產生了力偶。從身體重心到地板的這段距離,就是這力偶的力臂。為了防止摔倒,我們必須維持這力偶的平衡。站立時,張開雙腳比較容易保持平衡,就是因為支撐底面積較大的緣故。[4]

――意思是說,如果巴士上有兩個人體重相同,較矮壯的人會站得比較高瘦的人更穩囉?

很棒的舉一反三!較矮壯的人的重心比較接近地面,產生的力臂較短,也就降低了失去平衡的機率。

――如果巴士開得更快,我就必須抓緊了!

沒錯,因為剎車或加速,水平外力增加,所以我們也要產生一股水平的力,與之抗衡。

――當我的手握緊巴士上的扶桿時,我可以感受到這股力量![5]要是兩股力無法平衡的話……啪噠!

對,就是這樣。身體會開始移動,直到找到另一個新的平衡。

――我想到另一個例子:火箭。

有意思!在這個例子中,推進器所產生的推力必須大於火箭本身的重量,才能使火箭升空。但兩股力必須呈一直線(火箭的重量,向下的力 ;推進器產生的推力,向上的力),否則產生力偶,會造成火箭失去平衡,然後墜落。

――OK,我懂了。回到原本的主題:身體的平衡,這很有趣,有點像是馬戲團的把戲,但這能幫助我們了解建築嗎?

不僅僅是這樣而已喔!當人們建造一棟建築物時,有時是為了實現一個浩大的平衡,為了使人驚嘆它的巧奪天工和美麗姿態。因此,1889年,巴黎一個名叫艾菲爾的工程師提議,並實現了一座以他為名的鐵塔。這座鐵塔讓許多人驚豔,它的外觀比它的實用性贏得更多讚美。艾菲爾鐵塔「張開四隻腳」,穩定了它的平衡。這樣穩固的支撐底面積也抵擋了來自風的力量。[6]

――風的力量很巨大嗎?

是的,它非常巨大,我們可以從強度和速度來看……舉例來說,風作用在一棟6公尺寬乘8公尺高的房屋立面的力量,大約有3噸。另一個例子是,風作用在一個3公尺高乘4公尺寬的商店櫥窗上時,力會等同於一輛小客車的重量。

――那作用在艾菲爾鐵塔上的風有多強呢?

大約500–1,000噸……

――真是驚人!除了艾菲爾鐵塔之外,還有其他令人驚豔的構造物吧?

沒錯,其他還有許多令人驚豔的建築。尤其是在世界博覽會的時候,很多國家和企業利用這個機會,展現傲人的技術。

為了更了解平衡的觀念,這裡有兩個例子,它們都出自於1958年布魯塞爾世界博覽會。那是在二次世界大戰之後,一個瀰漫樂觀主義的年代。「黃金60年代」展開,什麼事情都可能發生!第一個例子:土木工程館。不過很不幸的是,為了收回這個空間,這座展現極佳平衡的建築物,已經在1970年被炸毀。第二個例子:仍幸運留存的原子塔,目前依然是一座歐洲首都的象徵。

――有些人斷定,有三個原子塔的球體是多餘的。

不,這是一個錯誤的傳言。每一個部分都不可或缺。由每個點延伸而得出的立方體,讓原子塔能以懸空的方式呈現。原子塔本身的重量並不會構成問題,而是參訪旅客進入球體時產生的作用力及風的作用力,造成它不對稱。儘管有三根底部腳柱,但為了確保平衡和限制結構本身產生的力,必須淨空位於頂端球體下方的三個原子塔球體(H),這三個球體不設置與其他球體的任何連結,無法靠近這三個球體。[7]

――只有壯觀的建築物才存在著浩大的平衡嗎?

絕非如此!有些時候,樸實的外表下,也蘊藏著浩大的平衡。在某些情況裡,水平力比風的作用力更重要。例如:水的壓力。

――就像在我的水族箱裡面嗎?[8]

不只存在於水族箱或游泳池,水壩也是如此,那裡蓄存的水可說容量驚人。水壩不僅用來蓄水,還可以發電。

――我懂了。水壩蓄存著大量的水,但依舊要保持平衡。

是的。它的穩定性必須藉由它本身的重量維持,不會滑動,不會傾倒。[9] 為了進一步了解,讓我們來做個實驗:試著滑動及傾倒兩個坐在小椅凳上的人。[10]

――我覺得,坐著小孩的小椅凳比坐著大人的小椅凳更容易滑動。[11] [12]坐著小孩的小椅凳比坐著大人的小椅凳更容易傾倒。[13] [14]

沒錯,讓我們回到水壩。為了不讓水壩滑動,水壩底部與地面的「摩擦力」,必須大於水壓所產生的力。這股「摩擦力」與水壩本身的重量成正比,並取決於水壩與凹凸不平的岩石表面接觸的程度。在水的壓力之下,為了防止水壩崩塌,它本身的重量產生的穩定力偶,必須大於水壓產生的反向力偶。混凝土壩底部的寬度和重量確保了它的穩定性,例如大迪克桑斯壩。利用自身重量來抵抗水的壓力,就是所謂的重力壩。有些混凝土壩是以結構來抵抗水的壓力,我們稱之為拱壩。後面還會再提到這個話題。

――所以說,不管哪一種結構,甚至是艾菲爾鐵塔,都必須同時確保平移平衡與轉動平衡囉?

是的。但以鐵塔的高度來說,它傾倒的可能性要比滑動的可能性高得多!

――說來容易!但我們要怎麼預防呢?

為了改善鐵塔的穩定性,我們可以加寬它的底部或增加它的重量。(這都能夠增加穩定力偶的力臂。)

――所以說,一座很「輕」的鐵塔,就像艾菲爾鐵塔,把四隻腳分開,就會有寬大的底部。

完全正確。如果是一座很重的石頭塔,高度與之相同,它的底部可以比較小,也可以比較細長。

――細長?

我們可以在高度與底部寬度之間,歸納出一個細長比。讓我們來比較布魯塞爾市政廳高塔與艾菲爾鐵塔。布魯塞爾市政廳高塔高出來的部分,高55公尺,底寬8.8公尺,細長比是6.3。[15]艾菲爾鐵塔高300公尺,底寬125公尺,細長比是2.5。[16]

――意思就是,底部一樣寬的話,一座較重的塔可以比較高又細長!

就是這樣。

――越來越清楚了:我們繼續前進!讓我們來看一下,到目前為止,我們學了什麼:

•顯而易見地,構造必須維持平衡!

•結構是很多不同元素組合而成,必須實現一項或三項結構功能:搭建、支撐和防風斜撐。

但這些構造的理論,要如何運用在各個不同的建築(橋、建築物……)上呢?

一個構造的功能可能如下:

•覆蓋、遮蔽、分離出一個活動範圍

•疊加活動範圍(多層)

•利用橋梁和高架橋來克服障礙物(河流、山谷……)

•作為運輸路線(地面上的橋、地底下的隧道……)

首先是搭建的運用,然後當然再與支撐力和防風斜撐連結。

了解搭建的作用,可以幫助我們更認識結構。

――OK,我們出發!一起搭橋去!

【名詞解釋】

․當一個物體通過重心垂直向下的力超出了支撐底面積,就會開始不平衡。這個支撐底面積是物體與地面上的連結所圈出的範圍。

․若身體(結構)要保持平衡,所有作用其上的力也都需要保持平衡。

․要確保一個結構體的平衡,必須確認作用其上的平移力(滑動)平衡且轉動力(傾倒)平衡。

【建物導覽】

․艾菲爾鐵塔(巴黎)

對很多人來說,艾菲爾鐵塔代表了巴黎,甚至是金屬構造或工程藝術的代表。它於1889年巴黎世界博覽會啟用。雖然這座鐵塔以著名的法國工程師艾菲爾為名,但參與這項工程的工程師還包括努吉耶和柯奇林(兩人都隸屬於艾菲爾公司),並和建築師索維斯特合作。

艾菲爾還有很多著名的作品,如紐約的自由女神像和法國的加拉比特高架橋。艾菲爾鐵塔是一座高聳的金屬建築(使用鋼),高度超過300公尺(含天線共高324公尺),底部平面呈正四邊形,邊長各125公尺。它使用了超過18,000個金屬構件,250萬支鉚釘!鐵塔的四隻塔腳像是四根斜柱,向上互相靠近,最後融合。每隻塔腳都有一個獨立的基礎支撐。它們分別在第一層和第二層,以四根水平桁架連接。第一層上面的拱沒有任何結構的作用,只是裝飾。從尺寸來看,艾菲爾鐵塔算是「輕的」,但它還是有10,000噸重,其中7,000噸是金屬結構的重量。

․土木工程館(布魯塞爾)

主要由三人合作:凡多塞拉瑞(建築師)、帕杜特(工程師)和莫沙爾(雕塑家)。1958年世界博覽會時,土木工程館和原子塔都在大眾的回憶裡留下深刻的印象。這座長長的懸挑箭形結構,以鋼筋混凝土摺版構成,長78公尺,直直地指向天空;另一邊與之平衡的是一間同樣懸空、以穹頂覆蓋的展覽陳列室。所有的結構都憑靠中央的三腳柱支撐。這座向世人展現比利時土木工程技術的構造物支撐著一座人行橋,橋的下方是一幅浮雕比利時地圖,以展現傲人的成就。當時土木工程館獨排眾議完工,因此也有「力量之塔」的封號。

․原子塔(布魯塞爾)

一棟建築,也是一座雕塑。原子塔以金屬的立體架構,展示著放大1,650億倍的鐵正方體晶體結構。比利時大型冶金集團希望在1958年世界博覽會中展示它們的工業技術,在這樣的要求下,工程師瓦特凱恩提出這個構想。九個直徑18公尺的球體,表面以三角形鋁板包覆(今改用不鏽鋼),彼此以管連結。三腳柱支撐著下方的球體(圖示I),維持了原子塔的穩定。塔高102公尺,總重達2,400噸。

․大迪克桑斯壩(瑞士瓦萊州)

位於阿爾卑斯山區,1953–61年興建,目的是提高瑞士的水力發電量。全世界最高且歐洲容量最大的水壩。高285公尺,超過艾菲爾鐵塔最頂層的高度;長748公尺;深度不等,從15公尺到近200公尺。使用了600萬立方公尺混凝土,可儲存4億立方公尺的水,水面面積404公頃。

․布魯塞爾市政廳高塔(布魯塞爾)

建於1455年的哥德式建築,建築師是凡魯斯布洛克。頂部有比利時守護神天使長聖米迦勒與龍搏鬥的雕像。塔的總高度為96公尺(含雕像)。下半部高度約36公尺,平面呈正四邊形。上半部高度55公尺(雕像以外的部分),共有三層樓。以八根排列成八角形的柱子組成 ,柱徑8.8公尺。這座塔是以當地的石材建造。

商品簡介

12個建築結構單元 ╳ 60座經典建物導覽 ╳ 200多幅著名插畫家手繪插圖

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那些令人驚嘆的偉大建築都是怎麼立起來的?

為什麼(好的)小椅凳有三隻椅腳?為什麼卓別林拄著他的拐杖時,不用冒著壓斷它的危險?為什麼當我們站在公車上,張開雙腳比較能保持平衡?為什麼我們騎腳踏車的時候,輪胎不會因為騎士的重量而變形?

這些問題很簡單,但它們的答案背後隱藏的含意,能夠幫助我們了解一些表面看來十分複雜的結構。

當然,若是我們細數這些大大小小的物品,從最平凡到最奇特的:椅子、桌子、盪鞦韆、吊床、一棵樹、一棟辦公大樓、一座人行橋和各式各樣的橋、艾菲爾鐵塔、原子塔……等,我們都有「結構的直覺」,可以輕鬆分辨什麼是穩固的或什麼是不穩固的。

但這個直覺來自我們的既視感,也就是「似曾相識」,而不是基於對結構的認識。

本書藉由初學建築的主人翁與建築導遊的生動對話,搭配童趣的手繪插圖及簡明的注解,引領讀者認識建築結構的概念,飽覽世界經典建物。幽默風趣的解說,穿插大師級建築作品速寫,帶領讀者進行一趟「世界結構之旅」。

藉由這趟建築旅程,我們將懂得結構的運作,了解那些美麗的建築是如何建構起來的,並由此更懂得欣賞這個充滿建築之美的世界。

◎圖解建築的語言 ╳ 手繪結構的法則 = 世界經典建物之旅

→關於作用力與反作用力、力偶與應力……小椅凳也能是一個屋頂或一座橋

→關於巴士、水族箱……從巴黎到布魯塞爾,途經瑞士的阿爾卑斯山

→關於桌子、樹和支承……從威爾斯到蘇格蘭,途經多倫多

→關於紙飛機、鋼筋混凝土殼體……從巴黎到馬德里

→關於樹、鞦韆、腳踏車……從法國到英國,途經委內瑞拉

→關於梯凳、拱架和環狀構件……穿越時空回到過去

→關於梯凳延伸出來的新問題……遊走比利時和法國之間,途中短暫停留中國

→關於不變形正四邊形的新問題和聖安德魯十字……從布魯塞爾到紐約,途經芝加哥

→關於拱和懸鏈線,以及一些建築大災難……從法國到葡萄牙,途經美國和瑞士

→關於船的桅杆、腳踏車車輪……造訪法國、比利時和西班牙

→關於梁與懸鏈線的結合……從維吉尼亞州到法國雷島

→關於馬鞍、帆布摺疊椅凳……經過德國、沙烏地阿拉伯和美國,在布魯塞爾地鐵站結束旅程

米榭•普洛佛斯特(Michel Provost)◎撰文

大衛•阿塔斯(David Attas)◎協力

菲利浦•德•肯米特(Philippe De Kemmeter)◎插畫

路路◎譯

作者簡介

米榭•普洛佛斯特Michel Provost

【撰文作者】

工程師,布魯塞爾自由大學(Université libre de Bruxelles)建築學院結構原理教授,對建築領域教學頗有心得。曾主持多項建築研究專案,著有多部探討結構與建築關係的著作。

大衛•阿塔斯David Attas

【協力作者】

工程師,研究員。曾策劃「偉大的工程師」(Prouesses d'ingénieurs)巡迴展。

繪者簡介

姓名:菲利浦•德•肯米特Philippe De Kemmeter

【插畫作者】

作家兼插畫家,獲獎無數,曾出版多部青少年畫冊,如《大象無法一邊奔跑一邊搔癢及其他非洲諺語》(L'éléphant ne peut pas courir et se gratter les fesses en même temps),並與無數報章雜誌合作,包括《法國世界報》(Le Monde)、《巴黎競賽畫報》(Paris-Match)、《電視全覽》週刊(Télérama)及《搖滾怪客》週刊(Les Inrockuptibles)等。

譯者簡介

路路

遊走在法蘭西和福爾摩沙間的文字工作者。

深信真心渴望某樣東西時,

整個宇宙都會聯合起來幫助你完成。

手繪世界建築結構之旅:史上最有趣的導覽書,環遊世界一周學建築
Comment tout ça tient ? : Voyage au pays des structures
作者:米榭•普洛佛斯特、大衛•阿塔斯(Michel Provost、David Attas)
譯者:路路
繪者:菲利浦•德•肯米特
出版社:臉譜
出版日期:2013-08-04
ISBN:9789862352755
定價:320元
特價:79折  253
特價期間:2019-05-24 ~ 2019-07-01