埃菲爾鐵塔是巴黎和法國(guó)的代表，可謂是眾所周知。那它為什么是這一樣子呢？只是是由于好看嗎？那為何這一樣子就漂亮呢？

撇開(kāi)其他要素，只是從工程項(xiàng)目視角考慮，為何并不是這類直筒型矩形框呢？當(dāng)時(shí)埃菲爾是怎么考慮到的呢？

針對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師們而言，或許一句“它是風(fēng)載荷的軸力圖的樣子”就可以了。但它是知乎問(wèn)答，我的目地也是科譜，因此我不想做那樣的回應(yīng)。使我們從中小學(xué)當(dāng)然現(xiàn)在開(kāi)始！

也許是虛構(gòu)，也許是確有其事，總而言之，大家都了解阿基米德教師以前說(shuō)過(guò)，“給我一個(gè)支撐點(diǎn)，我可以撬起地球”。

依據(jù)杠桿作用，針對(duì)傳動(dòng)軸點(diǎn)力矩平衡，假定地球的凈重是50，地球那一端的桿杠長(zhǎng)度是1，阿基米德這一端的長(zhǎng)度是10，50乘1除10相當(dāng)于5，那麼阿基米德只必須5的力就可以撬起地球。大家把這個(gè)力與轉(zhuǎn)動(dòng)軸心中間的安全距離稱為力臂，也就是在圖中中，地球的力臂是1，阿基米德的力臂是10。阿基米德這里的力臂越長(zhǎng)，需要的力就越低，假如力臂是500，那必須的力變成了50乘1除500相當(dāng)于0.1。

大破沖霄樓，大家把眼光放進(jìn)工程建筑上，假定是我圖中那么一個(gè)工程建筑，最上邊釋放一個(gè)水準(zhǔn)力。大家都是有推翻物品的工作經(jīng)驗(yàn)，一個(gè)紙盒子，一推就倒。那為何涂黑影的全部三層不容易繞著右下方亂倒呢？非常簡(jiǎn)單，由于二層左側(cè)的柱子把它給拉著了。依照大家剛剛的繞旋轉(zhuǎn)中心力矩平衡，外界釋放的水準(zhǔn)力是1，力臂L是10，柱子把黑影一部分拉著的力臂d是5，那麼柱子的抗拉力便是1乘10除5相當(dāng)于2。

一樣的大道理，三層加二層合起來(lái)的黑影一部分也是有很有可能被推翻，全部這雙層被一層左側(cè)的柱子給拉著了，此刻柱子抗拉力的力臂d還是5，可是水準(zhǔn)力的力臂L變成了20，柱子的抗拉力就變成了1乘20除5相當(dāng)于4。全部三層樓加起來(lái)也是有很有可能被推翻，只不過(guò)是，基本的抗拉力把全部三層樓拉著了，這個(gè)時(shí)候，外界水準(zhǔn)力的力臂L變成了30，基本的抗拉力相對(duì)的變成了6。

另外，大家也注意到，這種黑影一部分不僅有可能以右下方為驅(qū)動(dòng)軸往上旋轉(zhuǎn)從而亂倒，也有很有可能以左下方為驅(qū)動(dòng)軸往下旋轉(zhuǎn)。往往沒(méi)有這般，是由于被右側(cè)的柱子給抵住了。這一柱子的力多少錢呢？跟剛剛一樣，力臂是5，尺寸是1乘10除5相當(dāng)于2。針對(duì)一層、基本，一樣也是這般，右側(cè)的柱子要抵住自身上邊的一部分，受力尺寸跟左側(cè)的抗拉力一樣，分別是4和6。

換句話說(shuō)，大家最后獲得了這一結(jié)果。為了更好地抵御屋頂?shù)倪@一尺寸為1的水準(zhǔn)力，左側(cè)的柱子要把自己上邊的一部分“拉住”，右側(cè)的柱子要把自己上邊的一部分“抵住”，各層柱子受力的尺寸從上向下承線形增長(zhǎng)，分別是2、4、6。這就代表著，最下邊的柱子要比最上邊的柱子牢固3倍，要不變寬，要不用更強(qiáng)的原材料，總而言之，底端柱子必須擔(dān)負(fù)3倍的頂端柱子的受力。這也代表著，底端柱子的工程造價(jià)類似是高層的3倍。

那假如我不愿意多花這種錢呢？有哪些方法讓底端柱子受力和頂端柱子類似呢？

大家再想一下柱子受力的尺寸是怎么來(lái)的？水準(zhǔn)力1乘于水準(zhǔn)力的力臂L除于柱子的力臂d，d從上向下全是5，L從上向下從10提升到30，因此柱子的受力從2提升到6。外界水準(zhǔn)力1是毫無(wú)疑問(wèn)不容易變的，L從上向下無(wú)論怎樣變?nèi)��?0提升到30，那假如變化d呢？假如我將最下邊的寬度d從5提升到15，柱子的受力就變成了1乘30除15相當(dāng)于2。看，不會(huì)再必須能承擔(dān)6的柱子了，從上升小都能夠用受力工作能力為2的柱子，只需大家逐級(jí)更改d的標(biāo)值。

簡(jiǎn)易說(shuō)，為了更好地抵擋屋頂?shù)倪@一水準(zhǔn)力，針對(duì)每一個(gè)樓房，柱子受力的尺寸跟樓房的寬度d的相乘是一個(gè)時(shí)間常數(shù)。從上向下，假如d不會(huì)改變，那柱子的受力便會(huì)慢慢增大，相反，我要柱子的受力不會(huì)改變，那只必須慢慢提升寬度d的標(biāo)值。例如針對(duì)L為20的那一層，左側(cè)是受力4乘于寬度5相當(dāng)于20，右側(cè)是受力2乘于寬度10也相當(dāng)于20；針對(duì)最下邊，左側(cè)是6乘5相當(dāng)于30，右側(cè)是2乘15也相當(dāng)于30。實(shí)際效果沒(méi)變，可是提升了寬度，減少了受力。

見(jiàn)到這兒，各位朋友可能早已懂了埃菲爾鐵塔的基本原理。那大家就把眼光看向埃菲爾鐵塔，假定我有一個(gè)跟埃菲爾鐵塔一樣高的建筑立面矩形框的塔，這一塔承擔(dān)的不會(huì)再是簡(jiǎn)易的最頂部為1的水準(zhǔn)力，只是一系列風(fēng)載荷的水準(zhǔn)力。大家都了解，越高的地區(qū)風(fēng)越大，大家類似越重優(yōu)勢(shì)載荷越大，也就是樓房處的平衡力越大。

大家假定風(fēng)載荷是那樣的，最下邊是1，最上邊是19，正中間慢慢轉(zhuǎn)變，盡管不精確，可是能夠那樣大概估計(jì)。

用上邊大家的方式，最上邊那一個(gè)小方格是那樣的，最上邊2個(gè)小方格是那樣的，最上邊三個(gè)小方格是那樣的，依次類推，直至包含到最下邊的那一個(gè)小方格……

左側(cè)便是每一層的數(shù)值，再依照大家上邊提升d進(jìn)而減少受力的構(gòu)思，我將最下邊的d從1擴(kuò)大到7.6，相對(duì)的受力從2470變成2470乘1除7.6相當(dāng)于325。一樣的構(gòu)思，每一層都做一樣的解決，讓每一層的受力都變成325。例如，原來(lái)左側(cè)受力1196的那一層，寬度變成3.68，受力變成1196乘1除3.68相當(dāng)于325；原來(lái)左側(cè)受力364的那一層，寬度變成1.12，受力變成364乘1除1.12相當(dāng)于325。

最終，大家把大家獲得的圖型跟具體的埃菲爾鐵塔比照一下，如何？大部分就是這個(gè)樣子哦。自然，還是有差別的，由于風(fēng)載荷盡管是核心載荷，但也是有其他要素。另外，大家獲得的圖型看起來(lái)有點(diǎn)兒胖矮，讓一些預(yù)制構(gòu)件受力大一些，可是讓總體看起來(lái)雅致漂亮，這全是能夠接納的。

它是當(dāng)初埃菲爾公司的一張手稿，盡管看起來(lái)更為繁雜和詳盡，但理論依據(jù)和大家這一簡(jiǎn)單化的剖析是一樣的。

假如給你興趣愛(ài)好自身試一下得話，能夠嘗試偷點(diǎn)懶，終究，摁計(jì)算方式挺累的，還非常容易摁錯(cuò)。能夠嘗試用MathCAD或是Excel，省時(shí)省力，技術(shù)工程師家居旅游之必不可少武器。

例如我眼中的自己的MathCAD測(cè)算全過(guò)程。

盡管，如今看上去，那樣的剖析平常。如同牛頓三基本定律在大家今日來(lái)看如同基本常識(shí)一般，但在它出現(xiàn)的時(shí)代，確是不凡的造就。在埃菲爾鐵塔以前，基本上全部的總體設(shè)計(jì)全是憑工作經(jīng)驗(yàn)拍腦袋，埃菲爾鐵塔是人們第一批用有根有據(jù)、詳細(xì)詳實(shí)的數(shù)學(xué)分析來(lái)進(jìn)行總體設(shè)計(jì)的建筑項(xiàng)目之一。從這一刻起，結(jié)構(gòu)從老師傅帶徒的手工業(yè)者邁進(jìn)了擁有 牢靠五格數(shù)理基本的工程項(xiàng)目科學(xué)研究新時(shí)期。

諸位朋友又要問(wèn)了，即然可以用提升寬度的方式來(lái)減少柱子的受力，那為何如今的多層建筑全是直筒型矩形框呢？干什么無(wú)需這類方式呢？由于土地價(jià)格確實(shí)是太價(jià)格昂貴了，寧愿花大錢，還要空出總面積。一樣的底盤，自然是直筒型矩形框出的總面積多。你逐級(jí)內(nèi)收，柱子受力倒是變小，出的總面積也小，這不是因小失大嘛。

假如你觀查一下上海東方明珠、東京塔那樣的廣播電視塔，你能發(fā)覺(jué)，他們?nèi)匀辉儆眠@一對(duì)策。即便 是多層建筑，一樣也是有選用這一對(duì)策的。FazlurKhan的名篇漢考克管理中心便是往上內(nèi)收，而喬普拉教師的巨作《結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)》封面圖上的泛美大廈也是一個(gè)事例。

坐落于舊金山的泛美金字塔，就選用了相近的對(duì)策，從上向下寬度慢慢增大。

那是否有背面事例呢？自然擁有。我又要再次黑建筑之神們了。盡管我是柯布教師的死忠粉，我都個(gè)人收藏著柯布教師合集，可是，做為一個(gè)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師，我不得不承認(rèn)，最底層空架雞翅柱是個(gè)十分槽糕的設(shè)計(jì)方案。

在受力較大 的最底層，不但沒(méi)有增加寬度，反倒內(nèi)收服2個(gè)雞翅柱……這不科學(xué)��！

返回埃菲爾鐵塔這兒，埃菲爾鐵塔是十九世紀(jì)鐵構(gòu)造時(shí)期的最終一抹余暉，在它以后，大家邁進(jìn)了鋼和混泥土的時(shí)期。但另外，埃菲爾鐵塔也是一個(gè)時(shí)期的揭幕儀式人，它開(kāi)辟了精準(zhǔn)的的結(jié)構(gòu)特征的新時(shí)期，它是結(jié)構(gòu)行業(yè)不朽的里程碑式。

可能在那時(shí)候，明智的埃菲爾就早已預(yù)料到了他的鐵塔會(huì)變成工程項(xiàng)目科學(xué)研究的永遠(yuǎn)的豐碑。他刻意在塔桿的第一服務(wù)平臺(tái)刻著到了為工程項(xiàng)目科學(xué)研究做出巨大貢獻(xiàn)的72位法國(guó)生物學(xué)家、一位數(shù)學(xué)家和技術(shù)工程師的姓名，這在其中包含拉格朗日、拉普拉斯、居維葉、拉瓦錫、安培、納維葉、蓋·呂薩克、柯西、菲涅爾、庫(kù)侖、傅科、蒙日、泊松、傅立葉、拉扎爾·卡諾這些。

或許應(yīng)對(duì)埃菲爾鐵塔那樣的美麗風(fēng)景，腦中卻在想它是風(fēng)載荷軸力圖的樣子，挺煞風(fēng)景的�？墒�，我堅(jiān)信，美是真正的火苗�；蛟S恰好是由于這種特性，才讓埃菲爾鐵塔這般的雅致而又美麗動(dòng)人。

假如感覺(jué)非常好能夠關(guān)心大家哦！