一二八 木桁架拱

    [[[CP|W:210|H:140|A:C|U:http://file2.qidian/chapters/20136/2/2541789635057471822746250499771.jpg]]]这些二十公分的杉木，算不得什么很好的材料，根本不算栋梁之材。可是，只要知道它的能力范围，就可以合理应用。脚手架的问题解决以后，李治就指挥着将作监泥瓦匠开始作混凝土版筑的施工。

    那六根主柱的截面，并不是实心圆柱型，而是中空的圆管型。圆管的外径1.5米，内径0.9米。这个柱子的承载能力怎么样呢？对比一下混凝土和木材的材料特性：

    抗压强度：混凝土30MPa，木材30Mpa（是的你没看错，它们的抗压强度其实差不多）

    弹性模量：混凝土50GPa，木材10GPa

    经过和上一章节同样的分析，这跟自重42吨的混凝土空心圆柱的载重能力是：

    细长压杆载荷公式：11859吨。（其实这个柱子的比例应当不属于细长压杆，这里只是做一个比较）

    材料抗压强度公式：3392吨。

    所以扛起一个屋顶应该是毫无压力，绰绰有余了！

    工匠们并不清楚这一切，他们只是按照李治的图纸，首先在地下挖开深坑，用混凝土浇灌好地基。然后在地基上搭脚手架，用木板围好空心圆柱体的柱形状，然后一截一截的倒入水泥混合碎石和河砂的砼浆，然后隔一段时间就浇水来促使混凝土的凝固。

    就这样，不出一个月的时间，不到一百人就立起了六根宏伟的混凝土石柱。为了承载屋顶的大梁侧面的受力，还额外的在柱子十米高的地方，浇筑了角度三十度的斜撑。

    接下来工人们在原来脚手架的基础上，搭建了更高的，四层到五层的脚手架。为即将建造的木桁架拱梁做准备。

    至于这个木桁架拱梁长什么样子，可以参考一下英国牛津康河上一座古老的桥的样子。它的名字叫做“数学桥”（文后附图）。它修建于1749年，是一个拱形的，由木材拼接为三角形稳定的桁架结构。也成为了后来广泛出现各种钢桁架结构的前身。

    只不过钢桁架有着更稳固和更大的承载力，因此并不需要做成拱形，只需要做成和桥面一致的平直的形状就可以了。

    有人说这桥是牛顿设计的，不过牛顿1727年就死了。有人说这是从中国拱桥抄袭的。还有人说这个桥建成时一颗钉子也没有，后来有个教授拆下来想研究结果不会装回去，才敲上钉子。

    但是剑桥大学官方网页上对它的历史介绍可以清楚的看出，这种桥并不是突然冒出来的。1741年西敏寺桥的修建中，为了建造那个石拱，人们搭建了一个类似的木拱的脚手架——他们的结构是非常相似的。

    这个年代大英帝国常常公开向社会上招标，无数民间科学家蜂拥而上，设计出了很多种西敏寺桥的草稿。很多设计不乏超长木拱的方案。当然最后选中的就是现在看到的那个坚固的连拱石桥方案。当时的设计是全长314米，有十五个拱券。单跨不到二十米。后来为了提高泰晤士河的通航能力重修，改为254米长，7个拱券，单跨在28.7到34.9米之间。时至今日，成为了英国伦敦的地标之一。在桥上可以把泰晤士河，英国议会大本钟，以及摩天轮“伦敦眼”以及滑铁卢火车站一览无余。

    回到正题。当六根主柱和斜撑完工以后，李治便组织工匠按照设计图，把选好的三十公分粗，十五米长度的主材，拼接成跨度30米的桁架拱形。结合部位使用了多颗钢钉加固，每颗钢钉的粗细都由金手指系统计算了剪切应力的大小而确保安全。因为通过整个桁架结构相互钳制，给主梁提供了稳固的支撑，每一根主材的支撑能力达到了108吨。每一个单个木拱券的承载能力达到了152吨。

    相比之下，屋顶的重量是多重呢？现代工程技术规范规定一类屋顶，也就是最次的一类混凝土板屋顶的负载能力在每平米400公斤。自重大概在200公斤左右。那么整个坡度约在45度的大礼堂屋顶的面积大概900平米，也就是全重254吨。这三组拱券的承载能力完全足够。

    当然，这三组拱券之间横向平面外还需要用多跟檩条加固，让它不至于在侧面偏倒。就这样，本来高达30米的跨度是无法通过单根主材作为梁架。可是在桁架结构的优势之下，完美的利用了细长木材的效能，搭建好了屋顶的骨架。完成了这一步以后，阎立德手下的工匠们就知道该如何铺设屋面的瓦片了。他们使用了唐代惯用的大斜面屋顶，虽然不是通过斗拱支撑起来，但他们效仿了主梁的桁架设计了挑檐，完善了四周屋檐的支撑。

    最后，李治也没有忘了给这个长安城里目前最高的建筑顶上，装上了一整圈避雷针。好不容易修好的大屋顶，他可不愿意哪天一个雷劈过来就给烧了。

    就这样，大礼堂的屋顶花了两个多月才逐步的装修完毕。这样一个庞大，优雅的建筑，自然成为了一处奇观。大礼堂的舞台有多大呢？足足能和人民大会堂的主舞台媲美。它宽30米，深20米，台上高达28米。人民大会堂的主舞台的尺寸是宽32.6米，深32.6米，净高32米。

    舞台平时可以完全依靠自然采光。因为主要的支撑只是柱子，所以其它部分留下了大量的空间，可以让光线直接照射进来。晚上，还可以通过悬在半空的大火盆照明。

    当然，它的观众席由于不象人民大会堂那样全在室内，因此可以容纳更多的观众。观众席分为七层，最高处高达20米，形成一个层层阶梯状。基座是砖石通过多层拱券结构，也就是类似罗马斗兽场的结构修建，然后用较次的木料组成通道台阶，观众席上还安装了简易的大长板凳作为座席。

    工程临近结束的时候，李治再次来到此地巡视。之间屋顶安装好以后，临时搭建的脚手架已经拆除的差不多了。地面也已经清扫掉多余的水泥木屑。整个主舞台的地面是上好的结实木板，涂上了一层红漆，显得十分醒目。水泥柱子则保留了天然的灰色和石料的斑驳色，显得十分粗犷。屋顶的木料同样也是用层层油漆防腐，显出红黑相间的条纹。瓦片用的是上好的青瓦。考虑到挡风和调节的需要，阎立德还在四周安装了重重的素白色的帷幔，需要的时候可以收起来。这样一个庞大空间就这样形成在两万人观众席的面前。

    李治点点头，十分满意：“对，就是要这样简练，大气的效果，才能显出我泱泱大国的风度。老阎啊，你准备好大字和横幅，挂在舞台后面，要大的足以让最后一排观众都能看见。然后孤想办法筹备一个大型的晚会，来庆祝它的落成。”

    阎立德点头称是，问道：“殿下，横幅的字怎么写？”旁边的侍从心领神会，立刻递来纸笔。李治不知有诈，提笔写下“大礼堂落成典礼”几个字，然后说：“老阎你自己改写一遍，写好看点。”

    阎立德端详许久，才满足的回答道：“看到太子殿下的字，老臣才又找回了一点人生的信心和尊严啊！”说罢这老头脚下生风，飞也般的逃走了。