作者：彭超

过年回家，亲戚串门，或者街边撸串，这时候总归需要一些国民塑料椅，椅子的四条腿做成倒角也是为了增加整体的稳定。

日常生活中会许多“有想法”的设计我们习以为常，作为工程师有时候更能察觉到其中的力学小情趣。

装修房子的时候总归需要带上这个——钢卷尺，首先横截面是弯的形状，截面高度带来了一定的抗弯刚度，一般人都会凹侧向上去测量，很少有人反着来。

钢卷尺

所以刻度线也只在内侧有，因为凹侧向上悬挑能力更强，小i做了个测试，大概的悬挑能力正放为1.9m，反放为0.5m，且反放卷尺会弯扭失稳。

1.9m悬挑(正常测量）

0.5m悬挑（反放测量）

悬挑长度差异的问题归结到结构的稳定，我们都知道在压力作用下会存在失稳问题，悬挑梁都是上拉下压，正放时，拉压分布大概如下，受压范围略弯（如同塑料椅子）且两个侧边都受到了约束。

正放拉压分布

倒放时，受压范围较直且仅有一边受到约束，另外一边自由，所以更加容易压曲。

反放拉压分布

把卷尺放大一些就是函馆市的一个公交车站，由大野博史设计，“初期雨棚悬挑备选方案有箱型截面，T型截面，而后综合考虑了雨棚厚度以及用钢量，突然萌生了用一块下垂的钢板来做棚面的想法，考虑风雪荷载以及自重后确定了矢高及构件尺寸。”

函馆市车站雨棚

如何挑选跑鞋

现在越来越多的朋友喜欢跑步，除了需要了解正确的姿势和拉伸方法外，挑选一双适（hao）合（kan）自（jiu）己（xing）的跑鞋十分重要，选鞋之前首先你要知道自己的足弓类型，下面上图。

足弓类型

足弓实际上就是一个拱结构，拱脚之间拉结的就是我们常说的“足底筋膜”，非常合理的结构。足弓主要分为低、正常、高三种类型。随着足弓高度的降低，筋膜受到的拉力越来越大，这就是为啥扁平足容易得“足底筋膜炎”。

拱结构最怕什么？没错就是不对称荷载，所以在偏向腿骨一侧的脚骨非常的厚实，最大程度的保证压力线还在骨头的厚度范围内，如果我们把脚骨头镜像一下，这个形态有些类似Salginatobel三铰拱桥。

Salginatobel三铰拱桥

著名的Salginatobel三铰拱桥被国际桥协评为20世纪最优美的桥梁，由瑞士工程师罗伯特?马亚尔(RobertMaillart，-)设计，拱的截面形状契合了拱结构的弯矩包络图(对称和非对称荷载)，所以大家看到桥面加厚的那段就是考虑了非对称荷载。

弯矩包络图

如何测量足弓的高低呢，方法十分简单，可以在家用水浸湿脚部，踩在牛皮纸上，然后按照下图的方法判断自己足弓的高低。

足弓测量

一般高足弓跑步时=足内翻=脚背向外翻=脚心向内翻=缓冲/减震系跑鞋，所以适合一些减震带气垫的鞋子。

高足弓足内翻

低足弓跑步时=足外翻=脚背向内翻=脚心向外翻=支撑/稳定系跑鞋，适合挑选一些中部内侧支撑较好的鞋子，比如大家会发现有些鞋底中部内侧会有碳纤维板加强，有些鞋垫中部会突起一块。

低足弓足外翻

内侧加强

具体的挑选方法大家可以网上搜索下，资料很多。

弓箭与张弦梁

张弦梁，形似弯弓，是由上弦的刚性构件(Beam)和高强度的张拉索/杆(String)，再通过若干个撑杆(Strut)连接而组成的刚柔混合结构，利用形抗和预张力抵抗外部荷载，是一种高效的大跨度空间结构体系。

从系杆拱到张弦梁的演化

张弦梁一般上弦会上拱，具体原因是啥呢，大家可以在家做个实验，材料很简单，一把剪刀（一定要是圆头），一条绳子（或者耳机线）。

我们来张拉绳子，当双手位于身前时，相当于绳、剪刀和身体组成了一个上拱的张弦梁，此时你会感觉比较稳，可以控制住剪刀不容易侧翻。

俯视图

正视图

此时剪刀的转轴为与肚子接触点，而绳子的转轴为双手之间的连线，所以当错动时会有一个回复力偶将结构拉回中间位置。

侧视图

上弦上拱示意

当双手平行于身侧时，这时候剪刀就容易翻了，因为这个时候剪刀和绳子的转轴同轴，也就没有所谓的回复力偶了。

俯视图

侧视图

上弦平直示意

所以在日本兵库县朝来市温水游泳馆中，上弦是平直的，下弦的索杆处于不稳定的状态(瞬时稳定)，因此需要在撑杆两侧加斜向隅撑或稳定索。

日本兵库县朝来市温水游泳馆

而我们常见的上弦拱起的张弦梁，其撑杆和下弦索杆是处于非线性稳定的状态，撑杆两侧就不需要斜撑了。

轮毂辐数为何大多都是奇数

最近骑摩拜单车时候，发现轮毂是奇数（5辐）的，后来看看汽车，好像大多数也是奇数的，少数也有6、8、12辐的。

网上查了资料，有观点认为因为像轮毂这样采用一体化锻造或铸造的产品，双轴对称结构相对容易产生缺陷，而单轴对称结构则可以避免。

如果是轮辐是偶数，1和2出现冷却不同步，一长一短，则对边3、4也会受影响，有可能出现次品。

偶数辐轮毂

如果是奇数，假如1冷却快，2和3会拉住它，我们只需要保证里面的圆和外面的圆是同心圆即可，锻造工艺难度则相对较低。

奇数辐轮毂

还有一种说法是偶数轮辐产生的冲击振动会径直地传递给对边的轮辐，同时还会叠加产生共振。如果采用奇数的轮辐，就能很好地将源自一侧的冲击振动在轮圈上加以分散，减少共振的发生。

小i觉得大概的原理就好比大家手拉手后仰转圈，会有一个离心力，如果是3个人大家相互拉扯比较稳定，如果是4个人，旋转快的话很容易就把对面的人拉过来，让整个形态同向偏移旋转，需要花费比较大的力量让形状稳定为一个“十字”。

可能也是基于这样的原理，所以电风扇、风力发电机组也大多是3片叶子。

写在最后：除了公式的计算，有时候留个心，动动手，更能直观的感受到生活中的这些小趣味，印象也会更加深刻，反正图是画不完的，不如来找点乐子吧！

参考资料

1.日大講義建築設計

2.维基百科.

4.知乎:汽车有哪些冷知识？TT实验室

6.本文图片均来源于网络，版权属于原作者或网站

免责提示

文章中部分图片为网络转载，仅供分享不做任何商业用途，版权归原作者所有。如有问题，请后台联系我们，我们会立即删除，并表示歉意，谢谢！

服务与合作

我们很高兴与建筑师合作，提供结构咨询和设计服务。如有兴趣，请联系下方小i