数学家揭示了文艺复兴时期大教堂圆顶的秘密

　　塔斯社，5月18日。数学家们发现了十五世纪在佛罗伦萨创建的佛罗伦萨圣母百花大教堂的砖穹顶如何承受自身的重量，并且在没有外部支撑的情况下如何在建造过程中被重力破坏。他们的工作结果发表在科学杂志《工程结构》上。

　　“对我来说，最有趣的是如何在没有任何模板的情况下建造如此美丽而大型的穹顶，是什么创新帮助其建造者取得了成功。反过来，这些知识将帮助我们了解如何将这种被遗忘的技术应用于现代技术中。研究的作者之一，美国普林斯顿大学的教授西格里德·阿德里安森斯说。

　　梵蒂冈圣彼得大教堂的穹顶之一，以及文艺复兴初期意大利其他许多寺庙的穹顶，都是采用独特的技术建造的，由于当时的大师们从下而上建造了这些穹顶，而没有模板和其他不允许穹顶在建成前倒塌的装置那些建筑。

　　十五世纪的意大利建筑师菲利波·布鲁内莱斯基在佛罗伦萨大教堂-圣玛丽亚·德尔菲奥雷的建造过程中发明了类似的技术。它包含以下事实：圆顶由两种类型的砖石构成：一种是垂直放置的“网格”砖，该砖相对于地球表面以45度角旋转；另一层是水平的砖，填充了该网格单元内部的空隙。

　　新文艺复兴时期的遗产

　　Adrienssens和她的同事们指出，了解这种杰作的建造方式并不能解释这种结构在建造完成后和穹顶组装时如何不被破坏。数十年来，工程师，物理学家和数学家一直试图弄清楚这一点，但到目前为止，他们还没有答案。

　　美国和意大利的数学家通过计算未完成的穹顶内部的力和应力的分布如何随每层新砖的添加而变化，从而解决了这一问题。此外，他们研究了定期添加所谓的边界（用砖制成的特殊壁架）如何影响大教堂顶部的结构特性。

　　这些计算有助于科学家弄清楚建筑师将这些“边界”以一定角度（始终大于10度）放置在圆顶中的原因。在这种情况下，这些插在入物本身，并且整个结构始终稳定且永不动弹。由于这个原因，大教堂的圆顶没有塌陷，并且在建筑的所有89个阶段中他都不需要支撑。因此，布鲁内莱斯基和他的学生可以不用模板和大量工人就可以建造这样的教堂。

　　科学家建议，在现代庙宇和其他建筑物中建造圆顶时，可以使用类似的原理来降低建筑材料和其他资源的成本，以及使用无人机或机器人创建全自动的建造方法。