]]這些二十公分的杉木,算不得什麼很好的材料,根本不算棟樑之材。可是,只要知道它的能力範圍,就可以合理應用。腳手架的問題解決以後,李治就指揮著將作監泥瓦匠開始作混凝土版築的施工。
那六根主柱的截面,並不是實心圓柱型,而是中空的圓管型。圓管的外徑1.5米,內徑0.9米。這個柱子的承載能力怎麼樣呢?對比一下混凝土和木材的材料特性:
抗壓強度:混凝土30mpa,木材30mpa
彈性模量:混凝土50gpa,木材10gpa
經過和上一章節同樣的分析,這跟自重42噸的混凝土空心圓柱的載重能力是:
細長壓桿載荷公式:11859噸。
材料抗壓強度公式:3392噸。
所以扛起一個屋頂應該是毫無壓力,綽綽有餘了!
工匠們並不清楚這一切,他們只是按照李治的圖紙,首先在地下挖開深坑,用混凝土澆灌好地基。然後在地基上搭腳手架,用木板圍好空心圓柱體的柱形狀,然後一截一截的倒入水泥混合碎石和河砂的砼漿,然後隔一段時間就澆水來促使混凝土的凝固。
就這樣,不出一個月的時間,不到一百人就立起了六根宏偉的混凝土石柱。為了承載屋頂的大梁側面的受力,還額外的在柱子十米高的地方,澆築了角度三十度的斜撐。
接下來工人們在原來腳手架的基礎上,搭建了更高的,四層到五層的腳手架。為即將建造的木桁架拱梁做準備。
至於這個木桁架拱梁長什麼樣子,可以參考一下英國牛津康河上一座古老的橋的樣子。它的名字叫做「數學橋」。它修建於1749年,是一個拱形的,由木材拼接為三角形穩定的桁架結構。也成為了後來廣泛出現各種鋼桁架結構的前身。
只不過鋼桁架有著更穩固和更大的承載力,因此並不需要做成拱形,只需要做成和橋面一致的平直的形狀就可以了。
有人說這橋是牛頓設計的,不過牛頓1727年就死了。有人說這是從中國拱橋抄襲的。還有人說這個橋建成時一顆釘子也沒有,後來有個教授拆下來想研究結果不會裝回去,才敲上釘子。
但是劍橋大學官方網頁上對它的歷史介紹可以清楚的看出,這種橋並不是突然冒出來的。1741年西敏寺橋的修建中,為了建造那個石拱,人們搭建了一個類似的木拱的腳手架——他們的結構是非常相似的。
這個年代大英帝國常常公開向社會上招標,無數民間科學家蜂擁而上,設計出了很多種西敏寺橋的草稿。很多設計不乏超長木拱的方案。當然最後選中的就是現在看到的那個堅固的連拱石橋方案。當時的設計是全長314米,有十五個拱券。單跨不到二十米。後來為了提高泰晤士河的通航能力重修,改為254米長,7個拱券,單跨在28.7到34.9米之間。時至今日,成為了英國倫敦的地標之一。在橋上可以把泰晤士河,英國議會大本鐘,以及摩天輪「倫敦眼」以及滑鐵盧火車站一覽無餘。
回到正題。當六根主柱和斜撐完工以後,李治便組織工匠按照設計圖,把選好的三十公分粗,十五米長度的主材,拼接成跨度30米的桁架拱形。結合部位使用了多顆鋼釘加固,每顆鋼釘的粗細都由金手指系統計算了剪切應力的大小而確保安全。因為通過整個桁架結構相互鉗制,給主梁提供了穩固的支撐,每一根主材的支撐能力達到了108噸。每一個單個木拱券的承載能力達到了152噸。
相比之下,屋頂的重量是多重呢?現代工程技術規範規定一類屋頂,也就是最次的一類混凝土板屋頂的負載能力在每平米400公斤。自重大概在200公斤左右。那麼整個坡度約在45度的大禮堂屋頂的面積大概900平米,也就是全重254噸。這三組拱券的承載能力完全足夠。
當然,這三組拱券之間橫向平面外還需要用多跟檁條加固,讓它不至於在側面偏倒。就這樣,本來高達30米的跨度是無法通過單根主材作為梁架。可是在桁架結構的優勢之下,完美的利用了細長木材的效能,搭建好了屋頂的骨架。完成了這一步以後,閻立德手下的工匠們就知道該如何鋪設屋面的瓦片了。他們使用了唐代慣用的大斜面屋頂,雖然不是通過斗拱支撐起來,但他們效仿了主梁的桁架設計了挑簷,完善了四周屋簷的支撐。
最後,李治也沒有忘了給這個長安城裡目前最高的建築頂上,裝上了一整圈避雷針。好不容易修好的大屋頂,他可不願意哪天一個雷劈過來就給燒了。
就這樣,大禮堂的屋頂花了兩個多月才逐步的裝修完畢。這樣一個龐大,優雅的建築,自然成為了一處奇觀。大禮堂的舞台有多大呢?足足能和人民大會堂的主舞台媲美。它寬30米,深20米,台上高達28米。人民大會堂的主舞台的尺寸是寬32.6米,深32.6米,淨高32米。
舞台平時可以完全依靠自然采光。因為主要的支撐只是柱子,所以其它部分留下了大量的空間,可以讓光線直接照射進來。晚上,還可以通過懸在半空的大火盆照明。
當然,它的觀眾席由於不像人民大會堂那樣全在室內,因此可以容納更多的觀眾。觀眾席分為七層,最高處高達20米,形成一個層層階梯狀。基座是磚石通過多層拱券結構,也就是類似羅馬鬥獸場的結構修建,然後用較次的木料組成通道台階,觀眾席上還安裝了簡易的大長板凳作為座席。
工程臨近結束的時候,李治再次來到此地巡視。之間屋頂安裝好以後,臨時搭建的腳手架已經拆除的差不多了。地面也已經清掃掉多餘的水泥木屑。整個主舞台的地面是上好的結實木板,塗上了一層紅漆,顯得十分醒目。水泥柱子則保留了天然的灰色和石料的斑駁se,顯得十分粗獷。屋頂的木料同樣也是用層層油漆防腐,顯出紅黑相間的條紋。瓦片用的是上好的青瓦。考慮到擋風和調節的需要,閻立德還在四周安裝了重重的素白色的帷幔,需要的時候可以收起來。這樣一個龐大空間就這樣形成在兩萬人觀眾席的面前。
李治點點頭,十分滿意:「對,就是要這樣簡練,大氣的效果,才能顯出我泱泱大國的風度。老閻啊,你準備好大字和橫幅,掛在舞台後面,要大的足以讓最後一排觀眾都能看見。然後孤想辦法籌備一個大型的晚會,來慶祝它的落成。」
閻立德點頭稱是,問道:「殿下,橫幅的字怎麼寫?」旁邊的侍從心領神會,立刻遞來紙筆。李治不知有詐,提筆寫下「大禮堂落成典禮」幾個字,然後說:「老閻你自己改寫一遍,寫好看點。」
閻立德端詳許久,才滿足的回答道:「看到太子殿下的字,老臣才又找回了一點人生的信心和尊嚴啊!」說罷這老頭腳下生風,飛也般的逃走了。