现如今，我们所见到的现代建筑外观造型独具一格，浦东国际机场、上海中心，北京大兴国际机场、鸟巢国家体育场、广州电视塔等等，这种大跨度空间建筑和超高层建筑通常会采用减隔震技术来抵御地震，保证人员安全。然而这些建筑自身独特的造型结构也在提升抗震性能方面贡献了意想不到的力量，这种结构有一个不太为人所熟悉的名字，那就是“非欧几何结构”。

大兴国际机场

    什么是非欧几何结构呢？首先让我们通过一个小实验，来对它有一个直观的认识。

    相信很多人都看到过这样一个实验：一只手用力握一个鸡蛋，但是无论怎么用劲，都无法把鸡蛋捏碎，即使你是一个大力士！为何薄薄的鸡蛋壳可以承受如此大的压力？这就是造物者的神奇之处！鸡蛋壳不碎的关键在于，它所承受的外力被均匀地分散到壳体的各个部分，而内部体积又可以达到最大。因此，鸟蛋、鸭蛋、龟蛋、企鹅蛋……无不呈椭球曲面状——保持了非欧几何的曲面，也就保护了后代的安全。

一只手无法捏破一个鸡蛋

    那么究竟什么是欧式几何和非欧几何？简单来说，我们在中学所学的几何就是欧式几何，比如说“两条平行线不相交”、“三角形内角之和为180度”、“两个点之间的最短距离是直线”等。

    非欧几何在19世纪30年代才取得理论突破，由俄国罗巴切夫斯基（M Lobatchevsky，1792-1856）和德国黎曼（B Riemann，1826-1866）完成。在非欧几何中，上述欧式几何中公认的常识居然被颠覆了！两条平行线可以相交、三角形内角之和可以大于180度也可以小于180度、两个点之间的最短距离是曲线。

欧式几何与非欧几何的差异

    如果你还是不清楚的话，可以看看下面的这个例子。两个人沿着垂直于赤道圈的经线向北而行，如果是在欧式几何中，两条路径肯定是永不相交的平行线。但是到了北极，两个人却相聚碰脑袋了。

    生活中常见的非欧几何结构有很多，比如牛仔帽、马鞍、树叶的叶片、椅子靠背等等，它们都有很强的能力来保持自己形态的稳定。

生活中常见的非欧几何结构

    地震动的破坏力（S波）主要是在水平方向，而房屋的重力在垂直方向上，二者合成的效应：一是墙体的X型破裂，二是结构铰接点的断裂。不同类型的建筑结构采用不同的减震方法。比如对于大多数的大中型建筑来说，最直接的减震方法就是给建筑物增加斜撑，来减轻水平方向的破坏力，显然这种建筑在美观与经济上并不能达成统一。而像上海中心这样的超高层建筑一般采用增加阻尼器的方式，但是成本非常高。‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍

地震破坏建筑物的机理

    当内部空间很大的时候，传统的建筑需要很多立柱来作为支撑，会产生很多不便，这时候就到了非欧几何结构大显身手的时刻了。非欧几何的椭球体曲面能实现内部空间的最大化，屋顶面积的最小化。它充分利用了材料强度，把承重（柱）与围护（墙）的两种功能融合为一，减轻了外压力，消除了结构力学的应力奇点，故而又从另一方增强了建筑的抗震性能。

    现今，大跨度、少立柱、又对外观有艺术性需求的空间建筑在设计建造时或多或少都会考虑采用非欧几何结构，下一次当你去博物馆、机场、高楼大厦时试着去找找这些藏在建筑里的非欧几何结构吧！

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