目錄 模型製作工作坊 ——高樓和塔的結構 第一課 高樓大廈簡介 建築物的負荷和受力 高樓大廈的常見結構系統 模型製作工作坊的作業簡介 垂直力 橫向力 內力 高樓大廈的常見結構系統 模型製作工作坊的作業簡介 | 模型製作工作坊 — 高樓和塔的結構 |
第一課 模型製作工作坊—— 高樓和塔的結構 | 模型製作工作坊 — 高樓和塔的結構 |
你認識這些高樓大廈嗎？ 它們有多高？ 它們的結構是甚麼？ 高樓大廈簡介 你認識這些高樓大廈嗎？ 它們有多高？ 它們的結構是甚麼？ 第一課– 高樓大廈簡介 | 模型製作工作坊 — 高樓和塔的結構 |
它們有多高？ 比薩斜塔高55.86米，於1372年建成。它按照羅馬式建築風格，以大理石為建築材料。因為地基的土層鬆軟，比薩斜塔至今仍在逐漸地傾側。 艾菲爾鐵塔是一幢樓高320米 的鋼架結構。它於1889年建成，是當年世界博覽會的入口拱門。 第一課– 高樓大廈簡介 | 模型製作工作坊 — 高樓和塔的結構 |
在2 0世紀，城市因逐速發展而變得人煙稠密。土地供應不足以應付人口膨漲的需求。高樓大廈成為了解決空間問題的必然方法。 各種的建築科技革新，如工業化的鋼筋混凝土、鋼鐵和升降機等，增加了大廈向高空發展的可能性。 樓高90米的利物浦皇家利物大廈是世界上其中一幢最早期的混凝土建築物。它 1911年建成。這座新古典式建築物由雷利．馬士設計。 © Chowells － 維基百科用戶 第一課– 高樓大廈簡介 | 模型製作工作坊 — 高樓和塔的結構 | 6 6
紐約公平人壽保險大廈於1890年建成， 是最早設有乘客升降機的建築物。 聖路易斯的溫萊特辦公大樓建於1891年。這座十層高的大廈是早期的鋼架結構例子。 第一課– 高樓大廈簡介 | 模型製作工作坊 — 高樓和塔的結構 | 7 7
建築物的結構穩定性與靜力學相關。處於平衡狀態下物體的外力的總和為零。 作用於建築物上的力來自哪裏呢？ 建築物的負荷和受力 建築物的結構穩定性與靜力學相關。處於平衡狀態下物體的外力的總和為零。 作用於建築物上的力來自哪裏呢？ 第一課– 建築物的負荷和受力 | 模型製作工作坊 — 高樓和塔的結構 | 8 8
建築物的負荷可分三類： 靜負荷 活負荷（又名動負荷） 環境負荷 靜負荷指建築物自身結構和固定設施的重量。 永遠存在的，在較長時間內保持不變。 由萬有引力產生。 活負荷（又名動負荷） 活負荷是因應建築物內日常運作的可變負荷，例如建築物內的人和倉庫內的貨物。 環境負荷 環境負荷是周圍環境對建築物施加的力，有可能包括風力、雨水、地震和溫度變化。 這些力的方向可以垂直，也可以橫向；可以從外部向建築物施加、也可以從內部施加。 第一課– 建築物的負荷和受力 | 模型製作工作坊 — 高樓和塔的結構 | 9 9
豎向力 靜負荷和活負荷都垂直地施加於結構上。 豎直的負荷從各樓層經柱和牆壁向下傳送，最後傳至泥土或基岩裏。 部分環境負荷也會豎直地施加於建築物上。 第一課– 建築物的負荷和受力 | 模型製作工作坊 — 高樓和塔的結構 | 10 10
橫向力 大部分施加於建築物的橫向力來自環境負荷，當中最常見的橫向力是風力。 建築師和工程師稱之為剪力。 設置交叉支撐和剪力牆可以加強高樓建築承受外加剪力的能力。 第一課– 建築物的負荷和受力 | 模型製作工作坊 — 高樓和塔的結構 | 11 11
內力 整座建築物結構承受內力的能力必須等於或大於施加在建築物上的總負荷，才能讓建築物保持平衡的狀態。 抵受負荷的能力取決於結構材料的尺寸、堅固性和彈性。 內力包括: 壓力和拉力 根據牛頓運動第三定律，所有力必定成對地作用。在建築結構上，作用力和反作力對可形成結構部件內的壓力和拉力。 扭矩 若外加力施加在結構部件不同的點上，結構部件可能會被扭曲。 結構部件的內力 第一課– 建築物的負荷和受力 | 模型製作工作坊 — 高樓和塔的結構 | 12 12
高樓大廈的常見結構系統 在環球貿易廣場安裝框架的情況 第一課– 高樓大廈的常見結構系統 | 模型製作工作坊 — 高樓和塔的結構 | 13 © Raymond Wong 第一課– 高樓大廈的常見結構系統 | 模型製作工作坊 — 高樓和塔的結構 | 13 13
內管及懸臂樑結構 環球貿易廣場是運用內管及懸臂樑結構。 內管是建築物堅固的中心部分，承受了絕大部分的垂直力。 結構外圍結構柱的受力相對較少。 負重經由懸臂鋼鐵框架傳送至內管，並平衡建築物的橫向力。 框架連接筒體和柱 環球貿易廣場的平面圖 第一課– 高樓大廈的常見結構系統 | 模型製作工作坊 — 高樓和塔的結構 |
鋼鐵 高樓大廈常見結構材料。 有良好的抵受壓力和拉力能力。 鋼製柱子可加強混凝土的結構性能。 防火能力較差。 中銀大廈屬鋼鐵桁架管體結構。整幢建築物就像一個管狀的桁架，以斜撐來傳遞負荷。 中銀大廈 第一課– 高樓大廈的常見結構系統 | 模型製作工作坊 — 高樓和塔的結構 | 15 15
桁架 建築物中常見的結構部件。 鋼鐵的構件結合成三角形，成為有效抵受外力的堅固結構。 可連在一起構成更大的桁架，應用於長跨度的空間。 第一課– 高樓大廈的常見結構系統 | 模型製作工作坊 — 高樓和塔的結構 | 16 16
桁架 常見的桁架類型 © Structural Building Components Association 第一課– 高樓大廈的常見結構系統 | 模型製作工作坊 — 高樓和塔的結構 | 17 17
總結 人類自古以來不斷嘗試建造高樓建築，造就了建築科技的創意和革新。摩天大廈於19世紀的後開始普及，全因鋼筋混凝土、鋼架結構和升降機等的發明而變成可行。 | 模型製作工作坊 — 高樓和塔的結構 |
建築物承受三種負荷：靜負荷、活負荷和環境負荷。 所有的負荷都可分解成垂直力和橫向力，以計算結構力學。 總結 建築物承受三種負荷：靜負荷、活負荷和環境負荷。 所有的負荷都可分解成垂直力和橫向力，以計算結構力學。 高樓建築常見的結構系統包括內管及懸臂樑結構、鋼架結構和桁架。 | 模型製作工作坊 — 高樓和塔的結構 | 19 19
課堂活動： 模型製作工作坊 － 塔 模型製作工作坊的作業簡介 | 模型製作工作坊 — 高樓和塔的結構 | 20 20
模型製作工作坊 — 塔 第一步 - 學生以四至五人的小組形式 第一步 - 建造一座塔的模型。這座塔必須： 結構穩固，外表美觀 競逐最高的高度 輕巧 能抵受水平方向的力 能承受豎直方向的負荷 模型製作工作坊的作業簡介 | 模型製作工作坊 — 高樓和塔的結構 | 21 21
模型製作工作坊 — 塔 需要的工具 草稿紙和鉛筆 剪刀、美工刀、膠紙和膠水 不同的重物 （10 g/ 50 g/ 100 g/ 500 g/ 1 kg） 磅 捲尺 電風扇 建議的材料 硬卡紙 竹枝 回收的鋁鑵 回收的塑膠瓶 釣魚線 模型製作工作坊的作業簡介 | 模型製作工作坊 — 高樓和塔的結構 | 22 22