【物理之美】建筑中的比例美、结构美

建筑中的黄金分割

中世纪的德国数学家、天文学家开普勒曾经指出：“在几何学中有两件瑰宝，一是毕达哥拉斯定理，另一个是黄金分割率。”我们知道，黄金分割是将实物的整体一分为二，其中较大部分为全段的0.618。这种比例被公认为是最美的比例。

帕提农神庙

世界上许多有名的建筑，都蕴含着“黄金分割”，如古希腊建筑帕提农神庙的正立面轮廓是一个矩形，它的长约是宽的1.6倍，这种矩形被称为黄金矩形（黄金矩形的短边与长边的比为0.618，换算一下，长边则约为短边的1.618倍），帕提农神庙因而成为现存古代建筑中最具美感的建筑物之一；再如法国的埃菲尔铁塔塔身高300米，塔身与平台的比例匀称，在距离地面57米、115米和276米处，各有一个平台。在115米的平台处，比值为（300-115）：300≈0.617，这个比例与黄金比0.618相差甚微。所以，埃菲尔铁塔第二层平台的位置，非常接近于全塔高度的黄金分割点，这也正是塔身张开的四条腿开始收拢的转折点。埃菲尔铁塔因而有“钢铁维纳斯”之美称，法国人甚至给它起了一个“铁娘子”的爱称。

充满美感的“钢铁维纳斯”

三角形结构与“鸟巢”

“鸟巢”立面由许多三角形结构组成

中国国家体育场又称“鸟巢”，是2008年北京奥运会的主场馆，因其外观酷似鸟巢而得名。这是世界上第一座钢结构的大型体育馆。整个建筑通过巨型网状结构联系，看台是一个完整的无遮挡碗状造型，如同一个巨大的容器，但空旷的内部没一根立柱，这样的“鸟巢”能坚固耐用吗？

如果你仔细看就会发现，“鸟巢”错综复杂的钢结构中包含许多三角形。学过数学的人都知道，三角形具有稳定性，而“鸟巢”的结构就是利用这个数学原理。

许多超高建筑的立面、空间跨度大的建筑，如火车站、飞机场航站楼等，都会使用三角型钢架结构。

另外，某些需要巨大跨度空间的建筑，还会使用空间网架结构，即空间三角形结构。

拱形结构与赵州桥

世界著名古厂桥——赵州桥