研究人员发现了意大利文艺复兴时期圆顶的秘密：砌体双螺旋

双重竞技场技术由成排的垂直人字形砖组成，这些人字形砖围绕圆顶盘旋，并由水平场砖填充。实际上，每排砖块都会创建一个结构元素，称为板带或平拱，该结构元素将内部砖块楔入垂直端盖之间，以在整个结构中分配载荷。

普林斯顿大学和贝加莫大学的研究人员在本月号的《工程结构》中进行了一项合作研究，揭示了意大利文艺复兴固有的自承重砌体穹顶背后的工程技术。研究人员分析了像著名的大教堂（佛罗伦萨的圣玛丽亚德尔菲奥雷大教堂的一部分）那样的冲天炉是如何自支撑地建造的，而无需使用通常所需的支撑或形式。

普林斯顿大学土木与环境工程教授Sigrid Adriaenssens与贝加莫大学的研究生Vittorio Paris和工程与应用科学教授Attilio Pizzigoni合作进行了分析。他们的研究是第一个定量证明意大利文艺复兴时期穹顶工作原理的物理学，并解释了即使在现代建筑中，也不需要典型的模板就可以建造这种结构的力。以前，在该领域中仅存在关于力如何流过这些建筑物的假设，并且未知如何在不使用临时结构来支撑它们的情况下建造它们。

对于Adriaenssens，该项目提出了两个重要问题。“人类如何在没有任何模板的情况下建造如此大而美丽的结构？从机械上讲，这是什么创新？”她问。其次，“我们能学到什么？”是否有一些“我们今天可以使用的被遗忘的技术”？

详尽的计算机分析说明了直至单个砖块的作用力，并解释了如何平衡。称为离散元素建模（DEM）的技术在构造的多个层次和阶段分析了结构。极限状态分析确定了完整结构的整体平衡状态或稳定性。这些测试不仅验证了结构的力学性能，而且还使重新创建现代建筑技术成为可能。

将他们的发现应用于现代建筑中，研究人员预计该研究将对开发部署空中无人驾驶飞机和机器人的建筑技术具有实际应用价值。将这些无人驾驶机器用于建筑将提高工人的安全性，并提高建筑速度并降低建筑成本。

从古代资源中发掘出新的建筑技术的另一个优势是，它可以带来环境效益。“建筑业是最浪费的产业之一，这意味着如果我们不做任何改变，就会有更多的建筑废物，”对使用无人机技术建造超大跨度屋顶感兴趣的Adriaenssens说。是自给自足的，不需要支撑或模板。

皮兹戈尼说：“总体而言，该项目讲述了一种古老的叙事，讲述了石头在理性的奇妙中找到了它们的平衡，从布鲁内莱斯基的穹顶到现代机器人技术的机械臂，其中技术是对空间及其社会使用的一种表现力。”

参考：Vittorio Paris，Attilio Pizzigoni和Sigrid Adriaenssens撰写的“以人字形螺旋式螺旋结构建造的自平衡砌体穹顶的统计数据”，2020年5月14日，工程结构。DOI：
10.1016 / j.engstruct.2020.110440