通過(guò)效仿自然，我們應(yīng)用簡(jiǎn)化了的蛋殼——空間網(wǎng)架，作為建筑的骨架，充分利用了弧形薄殼良好的整體承力性能。同時(shí)，與悉尼歌劇院外觀(guān)是殼體結(jié)構(gòu)，實(shí)際上是鋼筋混凝土拱肋結(jié)構(gòu)不同的是，國(guó)家大劇院踐行了“外觀(guān)即結(jié)構(gòu)”的設(shè)計(jì)理念，不但從結(jié)構(gòu)和受力上效仿了蛋殼，而且在外觀(guān)上通過(guò)采用玻璃和鈦金屬飾面，將一個(gè)完美的橢球形形體、一顆璀璨的“湖中明珠”呈現(xiàn)在了我們面前（見(jiàn)圖5）。
　　總之，薄殼結(jié)構(gòu)的大空間、避免應(yīng)力集中等的優(yōu)越性在國(guó)家大劇院中得到了完美的體現(xiàn)，使得大劇院達(dá)到了它所預(yù)期的傳統(tǒng)與現(xiàn)代、浪漫與現(xiàn)實(shí)的有機(jī)組合的效果。同時(shí)成就了這個(gè)世界上最大的穹頂、這個(gè)北京最深的建筑、這座“城市中的劇院，劇院中的城市”。
　　
　　圖4國(guó)家大劇院的空間網(wǎng)架——頂環(huán)梁的分配力機(jī)制圖5國(guó)家大劇院外觀(guān)
　　當(dāng)然薄殼類(lèi)的仿生建筑也并不一定要規(guī)則對(duì)稱(chēng)。事實(shí)上，正如前述，只要結(jié)構(gòu)的傳力路徑簡(jiǎn)捷合理，那么這樣的結(jié)構(gòu)就是優(yōu)秀的結(jié)構(gòu)。由此我想到了法國(guó)國(guó)家工業(yè)與技術(shù)中心。它的整體結(jié)構(gòu)造型就像一個(gè)倒扣的貝殼，其造型非常獨(dú)特（見(jiàn)圖7）。這幢坐落在巴黎的陳列館平面為三角形，每邊跨度218米，殼頂高出地面48米，總建筑面積達(dá)90000平方米。整個(gè)殼體采用一種“細(xì)胞狀結(jié)構(gòu)”，每個(gè)細(xì)胞均有孔洞，用以通風(fēng)和平衡溫度時(shí)差的變化。[6]殼體采用分段預(yù)制的雙層雙曲薄殼，雙曲薄殼之間用預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土相連，從單層到雙層無(wú)疑是在生物殼基礎(chǔ)上的改進(jìn)和優(yōu)化，同時(shí)再加之鋼筋混凝土材料的支撐，進(jìn)一步提高了曲殼結(jié)構(gòu)受壓性能。另外，建筑的頂部用一個(gè)特殊的構(gòu)件把幾組殼體連為了一體，并把荷載傳遞到了三個(gè)棱柱形的支柱上。很難想象，這幢擁有當(dāng)時(shí)全世界最大的水泥蒼穹的建筑只有三個(gè)支撐點(diǎn)，而且盡管它的大跨度空間幾乎可罩住巴黎協(xié)和廣場(chǎng)，但它采用的混凝土殼層的厚度僅為12cm！從這個(gè)不可思議的純粹現(xiàn)代主義的建筑中，我們進(jìn)一步體會(huì)到了曲殼結(jié)構(gòu)的無(wú)窮魅力。
　　
　　圖7法國(guó)國(guó)家工業(yè)與技術(shù)中心與貝殼
　　大自然一次次地提醒我們，不一定用料多才安全可靠（蛋殼的厚度也僅為幾毫米），也并不需要為了建筑的某種造型就一定要犧牲結(jié)構(gòu)的合理性，相反，建筑安全可靠的關(guān)鍵是傳力的合理，有機(jī)的結(jié)構(gòu)與新穎的形式可以相互共生。讓每一個(gè)構(gòu)件，每一個(gè)細(xì)部都各司其職，各盡其能，才是我們不斷追尋的目標(biāo)。
　　2.3筒殼結(jié)構(gòu)——高聳建筑與抗風(fēng)
　　筒殼又稱(chēng)為柱面薄殼，它是單向有曲率的薄殼，由殼身、側(cè)邊緣構(gòu)件和橫隔組成。
　　我們都有這樣的常識(shí)：一張紙，如果將其立起來(lái)，它是幾乎不能承受豎向力的。而如果將其卷成筒狀，那么它的軸向承載力就會(huì)顯著提高。力學(xué)的奠基人伽利略也對(duì)這種中空體做過(guò)研究，他在《關(guān)于兩門(mén)新科學(xué)的對(duì)話(huà)與數(shù)學(xué)證明對(duì)話(huà)集》說(shuō)道：“我想再談幾句關(guān)于空中或中空的固體的抗力方面的意見(jiàn)。這種物質(zhì)可以不增加重量而大大增加它的強(qiáng)度，這一點(diǎn)不難在鳥(niǎo)的骨頭上和蘆葦上看到，它們的重量很小，但是有極大的抗彎力和抗斷力，麥稈所支持的麥穗重量，要超過(guò)整株麥莖的重量，假如與麥稈同樣重量的物質(zhì)卻生成實(shí)心的而不是空心的，它的抗彎和抗斷力就要大大減低。”伽利略的這段話(huà)極好得詮釋了筒殼結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)。它用料少、質(zhì)量輕、有極好的柔性，而且對(duì)于風(fēng)荷載有很好的抵抗能力。正如俗語(yǔ)所說(shuō)“疾風(fēng)知?jiǎng)挪?rdquo;，事實(shí)上這些植物的莖桿正是一種空心的結(jié)構(gòu)——維管束結(jié)構(gòu)。這種神奇的中空結(jié)構(gòu),給予了我們?cè)S多建筑方面的啟發(fā)。例如建筑結(jié)構(gòu)中常被采用的空心樓板、箱形大梁、工形截面鋼梁以及折板結(jié)構(gòu)、空間薄壁結(jié)構(gòu)等都是根據(jù)這個(gè)原理得來(lái)的。
　　受這種中空結(jié)構(gòu)的啟發(fā)，我們將建筑從實(shí)體結(jié)構(gòu)到中空的厚壁結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化，再?gòu)暮癖诘街锌盏谋”诮Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化，通過(guò)一次次得將結(jié)構(gòu)的材料外移，我們不斷提高著結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性，同時(shí)使得材料的受力性能的潛力發(fā)揮得越來(lái)越充分。盡管我們努力從自然中汲取智慧，但是我們的建筑終究不是自然的產(chǎn)物。就像瑞士生物學(xué)家施威德勒(Schwendener)在19世紀(jì)所分析的那樣：雖然草莖和樹(shù)干與高聳的建筑物經(jīng)受的荷載相似，但是考慮到植物細(xì)胞結(jié)構(gòu)在荷載作用下的變異和莖桿截面的變化，在最初生長(zhǎng)階段的樹(shù)干結(jié)構(gòu)與夾插在土壤中的懸臂的建筑有很大不同。隨著我們對(duì)建筑一步步的簡(jiǎn)化，建筑結(jié)構(gòu)局部穩(wěn)定性也向著越來(lái)越差的方向發(fā)展。目前，建筑還沒(méi)有像植物細(xì)胞一樣的自我調(diào)節(jié)機(jī)制，所以建筑僅能被動(dòng)地因?yàn)槠�心受力而造成失穩(wěn)破壞。
　　從受力角度來(lái)分析，筒殼的受力情況猶如由許多非常窄而薄的條板所組成的折板構(gòu)造。一方面荷載沿著折板而向下傳導(dǎo)，另一方面，它不斷地被分解為與相鄰條板相切的幾個(gè)分力，最后匯集到兩端的支撐處。[7]但是一旦筒殼失穩(wěn)，這一承載機(jī)制會(huì)遭到破壞，承載力也會(huì)大幅降低。那么如何有效防止這種破壞呢？自然界中的竹子給予了我們靈感。
　　竹子的細(xì)長(zhǎng)比可達(dá)1/100～1／200，在勁風(fēng)的作用下仍不會(huì)彎折。竹子為何有這么好的抗彎性和穩(wěn)定性呢？一方面，竹子的自重很輕。竹子腹中空，且越強(qiáng)的材料越是分布在外緣。一般竹子的橫向截面，直徑為6厘米，壁厚為0.5厘米。假如把竹子做成實(shí)心的，由于自重的增加和材料的不合理利用，導(dǎo)致它很容易在外力作用下?lián)u擺不定而造成失去平衡，其抗彎能力也僅為原來(lái)的1/10。另一方面，竹子的橫截面是圓形的。與方形、三角形等形狀相比，這種外形將力分配地更加均勻，避免了應(yīng)力的集中，而且表面積與空間的比值也更小，節(jié)省了材料。
　　此外，竹子的這種驚人的細(xì)長(zhǎng)比和抗風(fēng)能力還與其竹節(jié)的存在有著密切關(guān)系。究其原因，一方面竹節(jié)能夠很好得抵抗橫向剪力；另一方面，竹節(jié)將“長(zhǎng)桿”自然地分為多個(gè)“短桿”，從而減小了長(zhǎng)細(xì)比，降低了發(fā)生壓桿失穩(wěn)的可能性。如果留心觀(guān)察，這種類(lèi)似竹節(jié)的加勁結(jié)構(gòu)所產(chǎn)生的效果在大自然中比比皆是：小麥在返青拔節(jié)時(shí)，如果雨水過(guò)多，小麥成熟后的抗“倒伏”能力就會(huì)顯著降低。它的原因就是過(guò)多的雨水使小麥生長(zhǎng)過(guò)快，使得節(jié)與節(jié)之間間距大，正是由于這種“加勁構(gòu)件”的減少，降低了麥稈的抗剪能力，從而造成了所謂的“壓桿失穩(wěn)”現(xiàn)象。

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