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古希臘建築柱式——結構與美學的結合│環球科學札記(20)

張之傑_96
・2021/03/31 ・2237字 ・閱讀時間約 4 分鐘 ・SR值 515 ・六年級

  • 文/張之傑

和平號離開聖托里尼,開了一夜,五月二十日清晨七時來到雅典外港比雷埃夫斯,預計將在此停靠兩天。二○一六年,希臘將該港百分之六十七的股權售予中國大陸的中遠集團,現該港由中遠接管,成為一帶一路的重要成果。

十六年前我們曾經到過希臘,內人只記得衛城,所以沒報名參加雅典衛城觀光,只報了翌日的埃皮達魯斯一日遊。吃早餐時,發現有幾位台灣團員揹著行囊預備下船自由行,都說從比雷埃夫斯到雅典,搭公車轉地鐵不過一個小時,聽了不禁怦然心動。

既然來到雅典,就再去一次衛城吧。

建築一覽——衛城所見所聞

我們依照工作人員的指示,買了公車、地鐵一日聯營票,每張五塊半歐元。搭上公車,沿著海濱大道前行。比雷埃夫斯的郵輪碼頭好大啊!走了兩站,仍是大小不一的郵輪或渡輪,可見觀光業多麼興盛。

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雅典衛城,上方從左至右為山門、厄瑞克忒翁神殿、帕德嫩神殿,下方為酒神劇場。
A. Savin 攝。圖:Wikipedia

公車走了約五站,來到地鐵綠線的起點站。我們搭乘的綠線地鐵,一部分地上,一部分地下,一部分半地下,即在露天的涵溝中行進。涵溝兩側的牆壁上,盡是塗鴉。希臘到處都有塗鴉,連地鐵車廂中也有呢!不知只能容得下一個人側著身子站立的涵溝,塗鴉者是怎麼進去塗的。

在公車或地鐵上,最能看出當地人的高矮和形貌。車上的希臘男子,不論高矮,年輕人的脖子都很長,也都有個希臘鼻子,臉部輪廓和古希臘雕像相彷彿。然而,古希臘人生機勃勃的創造力不見了,代之而起的是幾分慵懶、幾分頹廢。

我們坐到 Monastiraka 站,轉藍線,搭一站到 Syntagma 站轉紅線,也是搭一站,就到了 Acropolis 站(衛城站)。雅典的地鐵只有紅綠藍三條線,我們都搭過了。搭綠線時,車子剛離開某站,忽然聽到嘹亮而略帶悲戚的吟唱聲,一位少婦手上拿個紙杯子向人乞討。不久又上來一位帶著幼女的少婦,拉著手風琴乞討。

從衛城地鐵站到衛城有一小段路。衛城建於西元前四世紀,座落在一處高約一百五十公尺的小山崗上。門票每人二十歐元,連同博物館的門票是三十歐元。參觀衛城,主要是看古希臘建築,包括神殿和衛城下方的戴奧尼索斯(酒神)劇場。

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酒神劇場至今仍能使用,前幾年曾經上演《牡丹亭》,是個不小的新聞。古希臘劇場依山而建,亦即在山坡上挖出一個扇形的斜坡,砌上石材階梯。扇形底部中央的圓形部位,就是演出舞台。

從衛城入口,登上重重台階進入山門,右方為雅典娜神殿,正中央為帕德嫩神殿,左方為厄瑞克忒翁神殿,還有些不知名的大小建築,雖然多已殘破傾圮,但仍可看出古希臘建築之美。

排隊進入山門的遊客,山門之石柱為多利克柱式。作者攝。

古希臘由眾多城邦構成,是個文化共同體,不是個統一的大帝國,因而人性上較少受到鉗制。古希臘人喜歡運動,個性活潑,愛好自由,具有民主精神。在藝術上,表現出健康、自然、樂觀、優雅的特質。藝術工作者受到重視,譬如衛城神殿的建築師,姓名大多可考。

神殿大多呈矩形,其基本結構包括柱頂楣構、圓柱、柱基平台三大部分。柱頂楣構以上的山形牆是古希臘建築特色之一,其作用係將屋頂之重量放於直立之石柱上。山形牆的形狀是個等邊三角形,以下面的那條水平飛簷,上面兩條傾斜簷口為框,中間部分大多飾以浮雕。

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希臘神殿柱式——結構與美學的結合

希臘神殿的柱式,是種兼具結構與美學的系統。一根柱子分為柱頭、柱身與柱礎三個部位。古希臘人發明了多利克柱式、愛奧尼亞柱式與科林斯柱式三種基本柱式,每一種柱式都和整棟建築的高度與規模形成一定的比例。

希臘建築的三種柱式,依次為多利克柱式、愛奧尼亞柱式、科林斯柱式。原載狄德羅編纂Encyclopédie(百科全書)第18卷,1761年出版。圖:Wikipedia

多利克柱式造型樸實沉穩,柱子只有柱頭與柱身,沒有柱礎。柱頭是一塊方形頂板,柱身上有二十個凹槽,中央微凸,略呈酒瓶狀。柱頭上是楣樑,與飾以豎條紋的橫飾帶。衛城的帕德嫩神殿是古希臘最大的多利克式神殿,周圍是由縱向八根、橫向十七根的列柱構成,整體比例在協調中帶有舒朗的節奏感。

愛奧尼亞柱式較為修長,柱身上有二十四條凹槽,立於柱礎上。柱頭擁有一對向下捲的渦卷,將柱子之承載力沿著楣樑展開,使得較為纖細的柱子得以在視覺上與楣樑以上的重量得到平衡。衛城的雅典娜神殿與厄瑞克忒翁神殿都採用愛奧尼亞柱式。厄瑞克忒翁神殿南壁還有女像柱,亦即以女性雕像作為建築的支撐結構,這是參觀衛城建築的重點之一。

科林斯柱式,柱頭是從愛奧尼亞式演變而來。愛奧尼亞式柱頭只能從正面欣賞,而科林斯柱式卻以圍繞毛茛葉的方式,使之從各個方向皆可欣賞。因此,科林斯柱式特殊的之處,在於其裝飾性效果。雅典衛城沒有科林斯柱式建築,十六年前我們參觀過的雅典宙斯神殿,就是座古老的科林斯柱式建築。

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古希臘建築由羅馬人繼承,此後歷經衍變,影響西歐達兩千年之久,說它是西方建築的開拓者一點兒也不為過。十九世紀末傳到東亞,我們在台灣的若干建築上,也經常可以看到希臘建築的影子呢。

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張之傑_96
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張之傑,字百器,出入文理,著述多樣,其中以科普和科學史較為人知。

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人體吸收新突破:SEDDS 的魔力
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2024/05/03 ・1194字 ・閱讀時間約 2 分鐘

本文由 紐崔萊 委託,泛科學企劃執行。 

營養品的吸收率如何?

藥物和營養補充品,似乎每天都在我們的生活中扮演著越來越重要的角色。但你有沒有想過,這些關鍵分子,可能無法全部被人體吸收?那該怎麼辦呢?答案或許就在於吸收率!讓我們一起來揭開這個謎團吧!

你吃下去的營養品,可以有效地被吸收嗎?圖/envato

當我們吞下一顆膠囊時,這個小小的丸子就開始了一場奇妙的旅程。從口進入消化道,與胃液混合,然後被推送到小腸,最後透過腸道被吸收進入血液。這個過程看似簡單,但其實充滿了挑戰。

首先,我們要面對的挑戰是藥物的溶解度。有些成分很難在水中溶解,這意味著它們在進入人體後可能無法被有效吸收。特別是對於脂溶性成分,它們需要透過油脂的介入才能被吸收,而這個過程相對複雜,吸收率也較低。

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你有聽過「藥物遞送系統」嗎?

為了解決這個問題,科學家們開發了許多藥物遞送系統,其中最引人注目的就是自乳化藥物遞送系統(Self-Emulsifying Drug Delivery Systems,簡稱 SEDDS),也被稱作吸收提升科技。這項科技的核心概念是利用遞送系統中的油脂、界面活性劑和輔助界面活性劑,讓藥物與營養補充品一進到腸道,就形成微細的乳糜微粒,從而提高藥物的吸收率。

自乳化藥物遞送系統,也被稱作吸收提升科技。 圖/envato

還有一點,這些經過 SEDDS 科技處理過的脂溶性藥物,在腸道中形成乳糜微粒之後,會經由腸道的淋巴系統吸收,因此可以繞過肝臟的首渡效應,減少損耗,同時保留了更多的藥物活性。這使得原本難以吸收的藥物,如用於愛滋病或新冠病毒療程的抗反轉錄病毒藥利托那韋(Ritonavir),以及緩解心絞痛的硝苯地平(Nifedipine),能夠更有效地發揮作用。

除了在藥物治療中的應用,SEDDS 科技還廣泛運用於營養補充品領域。許多脂溶性營養素,如維生素 A、D、E、K 和魚油中的 EPA、DHA,都可以通過 SEDDS 科技提高其吸收效率,從而更好地滿足人體的營養需求。

隨著科技的進步,藥品能打破過往的限制,發揮更大的療效,也就相當於有更高的 CP 值。SEDDS 科技的出現,便是增加藥物和營養補充品吸收率的解決方案之一。未來,隨著科學科技的不斷進步,相信會有更多藥物遞送系統 DDS(Drug Delivery System)問世,為人類健康帶來更多的好處。

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大直公寓陷落!連續壁能保護工地,為什麼會造成外側房屋坍塌?在軟弱地盤上蓋房子可行嗎?
PanSci_96
・2023/10/21 ・5106字 ・閱讀時間約 10 分鐘

「趕快下來、房子要倒了!」隨著工地主任一聲大喊,居民慌亂逃出。接著,基泰大直建案隔壁的公寓,就像坐電梯一樣往下陷落,原本的 1 樓,如今已成為地下室。

除了基泰大直案,台灣各處都偶有聽聞發生天坑、房屋沉陷等事件,這些災害,似乎又常常是地下工程惹的禍。

但這次事件是怎麼發生的?軟弱的地盤真的不適合蓋房子嗎?我家或你家,也會遇到嗎?

為什麼土壤會崩塌?

為什麼土壤會崩塌?大家應該都有過在海邊堆沙子的經驗,當砂子堆到一定的角度後,沙堆表面的沙子就會開始不穩定,這時如果繼續堆沙,沙子就會坍方。

土壤的「剪力強度」會使土壤坍塌到一定程度後就不會繼續坍塌,讓土壤的斜面與地面形成一個角度。所謂的剪力是指將物體推往相反方向的外力,例如用剪刀剪紙,或是用手撕紙。而土壤的剪力強度,指的是防止土壤發生平移破壞的阻抗,剪力強度愈大,代表愈不容易發生坍塌。

剪力強度的大小則受到土壤的顆粒形狀、大小分配比例、緊密程度以及凝聚力所影響。例如由不同形狀與大小的顆粒混雜而成的土壤,彼此之間的摩擦力比只有相同大小顆粒的圓形土壤,強度還要高。或是含水量較少的黏土,比含水量高的黏土黏滯性還高,凝聚力更強,因此剪力強度比較高,更不容易坍塌。

圖/公共工程品管班教材

若是開挖基地的土壤剪力強度不足,很難形成垂直度高的壁面,這個時候若是沒有足夠的空間設立明挖邊坡,就需要擋土壁來擋住側向的砂土,保護開挖面,讓工程順利進行。

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大家在這次事件一直聽到的「連續壁」,是一種常見的地下擋土設施,就可以擋住側向的沙土。開挖建築地下室前,常會在基地周圍施作一圈連續壁,阻擋地下水與土壤,再進行開挖工作。由於連續壁適用範圍廣、可以擋水、所需空間不大,對臨房影響較小,常被用在軟弱黏土以及都市密集區的工程。而連續壁的貫入深度,通常是開挖深度的 2~3 倍。

以台北市為例,根據臺北市建築工程基礎開挖安全措施管理作業要點,在有鄰房的狀況下進行地下開挖,深度只要達 8 公尺以上就要採用連續壁擋土工法。這些連續壁不僅能用來保護工地,還可以成為未來完工後,建築物地下室的永久外牆。

開挖建築地下室前,常會在基地周圍施作一圈連續壁。圖/PanSci YouTube

那麼,這次事件又發生了什麼事呢?

大直民宅坍塌事件是怎麼發生的?

為了抵擋側向土壓力與水壓力,通常擋土壁還需要配合基地內的支撐系統。常見的施工流程首先會在施作擋土壁之後打入中間柱,並且開挖第一階土方。接著在中間柱上架設一層臨時性的水平支撐與施工構台,才會繼續往下開挖下一階土方,重複這樣的步驟直到挖至設計深度。全部開挖完成後,最後在底面鋪設混凝土底版,由下往上開始施作地下室結構。

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圖/公共工程品管班教材

這次基泰大直事件中,基地位於軟弱黏土地盤。當開挖作業進行到一定深度後,連續壁外側的土壤重量,超過連續壁底部黏土的抵抗力,開挖底部失去平衡。外部的黏土沿著破壞面流動,湧入開挖區。緊接著,基地內的土壤連同中間柱被湧入的土壤向上抬起。當中間柱被向上推之後,橫向的水平支撐也隨之崩解,失去保護連續壁的作用,最後失去側向支撐力的連續壁朝基地內擠進破壞。

災難如連鎖反應,除了基地結構被破壞,基地外側的土壤也會因為向開挖區內流動,導致地面大量沉陷,蓋在上面的房子,也就是這次事件中受害的民宅,隨之下陷。這種工程災害稱為「隆起破壞」。

過程雖然是這樣,但導致這次事故發生的確切原因,目前還在調查當中。可能是調查與設計單位對地質狀況的判斷過於樂觀,連續壁的設計貫入深度不足,或是因施工不慎,導致連續壁與支撐系統並沒有完全發揮作用。

那麼你可能最擔心的是,我家會不會也遇到相同問題,買房前是不是也要挑地質?

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常見的開挖災害有哪些?

這邊要先說明,其實不同的地質,需要對應不同的考量與施工工法,我們應該因材施工。而不同地質,也會面臨不同的挑戰與風險。例如基泰大直的隆起破壞,容易發生在軟弱黏土進行的開挖工程,而在透水性良好的砂質土壤中,則可能會因為地下水位差,發生管湧與砂湧等災害。

什麼是管湧呢?它指的是地下擋土壁因為施工不慎導致壁面出現裂縫,在裂縫處將容易形成透水路徑。如果沒有即時修補裂縫,滲出的水流會愈來愈大,並夾帶砂土,形成滲流管道。水流夾帶砂土持續湧入開挖基地,就會使得擋土壁外側逐漸被掏空,導致上方鄰近道路及房屋沈陷。

圖/臺灣公路工程第 43 卷第 1-2 期

而砂湧,也是另一個容易發生在砂質地盤的災害,這種現象主要發生在基礎開挖時,基地內側與外側水位落差很大。水位差會使地下水由擋土壁底端上湧,當上湧水流的壓力大於開挖面底部土壤的重量,水壓會將基地內的土砂舉起,冒出開挖面,進而導致開挖基地的破壞。

圖/臺灣公路工程第 43 卷第 1-2 期

不過除了先天的地質問題,擋土壁與支撐系統,也可能會因為設計與施工上有所疏失,使得擋土壁牆身的強度不夠或位移太大而發生破壞。

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話說回來,這些軟弱地盤,是不是根本就不適合蓋房,爛泥扶不上牆,不對,是爛泥扶不住牆呢?

軟弱地盤真的不適合蓋房嗎?

就像蛋糕不是只有蛋,建築的地盤不只有土壤,而是由土壤、地下水及空氣所組成。依照不同的比例及成份,有著不同的特性。若是地質沒辦法讓蓋在上面的建築物穩定安全,就是所謂的軟弱地盤。

軟弱地盤通常位於沖積平原、湖沼地或是人工回填區。這些地方的土壤因為沒有經過地質變動等物理作用,通常由軟弱黏土、沉泥、或是鬆散的砂土所構成。例如台北盆地是河流所形成的沖積平原,因此大部分的地區都是屬於軟弱地盤,而桃園、台中的地質則穩固許多。

直接在軟弱地盤上蓋房子,就像將建築蓋在豆腐上,不僅施工時容易發生災害,建築也可能會因為自身的重量而沉陷。但隨著都市發展,所需要的土地大量增加,我們很難完全避免在這類地盤上興建工程,因此工程師會利用各種方法,來克服困難的地質條件。

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軟弱地盤並不是完全沒有辦法蓋房子,我們可以選擇深基礎,透過數十公尺長的基樁,穿過軟弱土層,將建築固定在更深處的堅硬岩盤上。

或是透過地盤改良,改善土壤的特性,防止破壞、液化以及沉陷等問題發生。

除了加入岩隱村習得土遁忍術以外,地盤改良的方式非常多,同樣需要依據地盤的性質、改良的方向以及工程的類型來選擇最適合的工法。這裡介紹幾種台灣常見的地改方式。

第一種是振動夯實,這種方法是利用機械振動等外力,使基地土層的密度增加,加強支撐力,減少發生沉陷或液化的可能,這種方法適用在非黏性的土層。

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第二種,排水預壓工法。這種方式則是在蓋房子前,在基地加上額外的載重,同時也可以搭配排水帶,縮短土壤孔隙水的排水路徑,讓水更容易排出,進而增加土壤的壓密速率,減少土壤內的孔隙與含水量,克服未來建築完成後的沉陷問題。

第三種,也是在都市建築中最常見的地盤改良,是深層攪拌工法,利用特殊機械,透過高壓噴射或是機械攪拌等方式,在地層中注入水泥,並同時攪拌土壤,讓水泥與周圍的土壤拌合成固結體,與原本的地層組成複合基地,以提高土壤強度,我們常聽到的地盤改良樁,就是屬於這種工法。

也就是說,透過合適的地盤改良、基礎形式與開挖工法,軟弱地盤也是能蓋房子的。

如果你對你家,或是你想要買房子地方的地質很好奇,那事不宜遲……就來介紹查詢看看你家地質吧。

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我該怎麼知道我家的地質?

依照經濟部地質法的規定,只要是政府機關或公營事業所辦理的地質調查,都需要將調查結果提交給中央主管機關。而這些資料都會被上傳至中央地調所建置的公開平台——工程地質探勘資料庫,也就是說,如果你家附近曾經有公共工程進行過地質調查,就可以在上面找到鑽探資料。

另外,政府也公布了全台的地質分佈資料土壤液化潛勢區以及活動斷層的分佈,資料都公開在網路上,有興趣的觀眾可以上去查看,更瞭解自己的居住環境。除此之外,國家地震研究中心甚至有有簡單的試算方式,可以評估自家住宅的耐震能力。

當然這些公開資料,只能作為工程設計的初步參考,還是需要請專業的地質調查公司進行鑽探與實驗,才能比較完整地瞭解基地的地質。因為即便知道自己家裡附近的地質類型,地質條件還牽涉到各種土壤參數,工程設計和施工品質也有重大的影響。此外,像順向坡角、土石流及易淹水潛勢區這類危害很大的地方,一般民眾原本也鮮少將此列入尋覓住處的考量。

如果有哪些關於買房要注意的眉角你還想聽我們分析,例如房價、交通、裝潢、空氣品質甚至是風水,歡迎留言告訴我們。最後也想問問大家,在挑房子時,哪項指標是你最在意的呢?

  1. 事件發生後,我覺得地質與買房地點,才是最重要的
  2. 在多地震的台灣,房屋的耐震係數最重要
  3. 氣候變遷之下,節能省冷氣且防淹水防空污最重要
  4. 以上這些都是多說的啦,房子貴到買不起,對我都不重要。

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【成語科學】鈎心鬥角:撐起華麗屋簷的特殊支撐系統——斗拱
張之傑_96
・2023/08/09 ・1140字 ・閱讀時間約 2 分鐘

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西元前 206 年,項羽率軍進入秦國的都城咸陽,縱火焚燒秦始皇所建的阿房宮,大火延燒了三個月。唐代的杜牧,寫過一篇著名的賦——〈阿房宮賦〉,藉著阿房宮被焚的事,抒發自己對時局的憂心。

阿房宮遺址。圖/wikimedia

〈阿房宮賦〉一開篇,就敘寫阿房宮的宏偉壯麗:「覆壓三百餘里,隔離天日。……五步一樓,十步一閣。廊腰縵迴,簷牙高啄。各抱地勢,鈎心鬥角。」這就是成語「鈎(勾)心鬥角」的出處。

在〈阿房宮賦〉中,鈎心鬥角的原意,是形容宮殿建築群的錯綜複雜。當它成為成語,卻帶有貶意,用來比喻人與人間各用心機,明爭暗鬥,互相排擠。讓我們造兩個句。

商場上經常鈎心鬥角,你要當心留意才是。

他的個性單純,哪懂得政治上的鈎心鬥角。

接下去讓我們談談中國傳統建築,以及杜牧為什麼用鈎心鬥角來形容建築群的錯綜複雜?首先要了解,中國傳統建築都是木造的。受到材質(木材)的限制,單一建築不可能蓋得太高大,所以宮殿、寺院都由一大群建築構成。北京的故宮就是個例子,它由 980 幢房屋構成,壯觀極了。

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於景山公園向南俯瞰北京故宮(紫禁城)。圖/wikimedia

中國傳統建築的牆面缺少變化,以群體建築的屋頂變化,使之豐富多彩。傳統建築的屋頂至少有八種基本樣式,以此為基礎,可以變出更多花樣。以中正文化中心來說,中正紀念堂、國家劇院、國家音樂廳的屋頂就各不相同,有機會的話不妨注意看看。

除了龐大的屋頂,中國傳統建築還有如鳥翼般,向外(出簷)、向上翹(起翹)的屋簷。出簷的目的是為了遮蔽風雨,起翹的目的是為了採光。為了支撐出簷、起翹的屋簷,我們的祖先發展出一種特殊的支撐系統——斗拱。斗,指方形的木材,而拱是略為彎曲的木材。斗和拱縱橫交錯,層層疊疊,逐層向外伸出,托起出簷、起翹的屋簷。

斗拱。圖/wikimedia

杜牧為什麼用鈎心鬥角形容建築群的錯綜複雜?鈎心的心,指宮室本身。鬥角的角,指屋簷角。當建築物密集,從遠處望去,眾多建築物的屋簷和屋簷角上下錯落,當真像在比試爭鬥似的。從這個自創的詞彙,可以看出杜牧的才思。

元朝以前,屋簷較長,所以斗拱特別顯眼,但殘存的極少。日本建築是中國建築的一個支系,從日本的古建築,可以看出中國魏晉或唐代的建築風貌。

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