不少朋友看了我的游记

说我写的钢结构偏多

其实结构材料的应用

是历史和科技发展的选择

埃及金字塔和狮身人面像

磅礴的巨石穿越远古震撼至今

上下五千年若论建筑材料耐久性无出其右

古罗马建筑遗址闪耀着砖石结构的宏伟辉煌

罗马斗兽场砖石砌筑出气壮山河的力量

建于公元前14年

因焚毁于公元123年重建的罗马万神殿(Pantheon)

古罗马人发明了

掺入浮石和火山灰的轻质混凝土用于建造

最早的万神殿穹顶结构有8根径向肋

环向设置了半圆小拱和水平环来联系径向肋

超越了拱圈结构的平面受力

形成了壳体结构的空间受力

半球形穹顶43.3米的跨度一直到19世纪才被突破

顶部最薄处1.2米

向下逐渐加厚

支承在6.2米厚的墙上

坚实的石柱和石墙支承起宏伟的万神殿

近现代

钢材和混凝土成为建筑材料的主流

混凝土（砼tong）

可理解为一种人造石

虽然拥有石材优秀的抗压能力

但抗拉能力很弱

我们建筑中常说的混凝土

是指内配钢筋增强的“钢筋混凝土”

巴黎拉德芳斯新区的

国家工业与技术展览中心(CNIT)

是一座钢筋混凝土薄壳结构建筑

跨度219m

混凝土壳折算厚度仅180mm

巴黎戴高乐机场清水混凝土拱壳干净大气

采光开洞颇具韵律

其实戴高乐机场混凝土薄壳的外面

组合了钢撑杆和弧形弦杆

我早年收集的国外杂志中

有一张施工中的照片

可以清晰看出

这种钢-混凝土组合壳体精巧的设计思路

不幸的是

2004年5月23日

巴黎戴高乐机场2Ｅ候机厅顶棚发生坍塌事故

造成包括两名中国公民在内

4人死亡，3人受伤

噩耗传来

戴高乐机场的设计人保罗•安德鲁

正在他设计的北京国家大剧院项目上

国内旋即掀起了一场奥运项目安全再审查之风

（鸟巢的移动屋盖就是这次风波中被取消的）

2004年这个紧要的时点

我正在北京设计水立方

戴高乐机场顶棚的破坏

始于混凝土局部被钢撑杆刺穿

可见钢与混凝土连接节点的设计多么重要

水立方巨大跨度的钢结构

也是坐落于下部混凝土梁之上

同样存在钢支座与混凝土结合的问题

我摒弃设置一个个支座预埋件的常规设计

而提出了钢板带连续预埋的设计思路

钢板带一定长度断开

避免超长钢板带与混凝土的内应力

为了追求经济性

我们将钢板与混凝土梁按组合梁设计

减小了梁上部负弯矩配筋

用钢板代替

这样既节约又安全地完成了钢与混凝土的过度

绝对不会出现单个钢支座下混凝土梁的局部损坏

相较于西方砖石结构的大量应用

我国古代则更多使用木材作为建筑材料

蜀地山上的树都砍光了

运来建造阿房宫

几千年来多少亭台楼阁轩榭廊舫

前些时间读《建筑学报》

1954年第1期刊载的

梁思成《中国建筑的特征》

我在无锡惠山古镇看到了一“间”小亭子

教科书插图一般极简的构造

诠释了梁思成先生的这段文字

古建的另一特点

举折，举架

（图片引自梁思成论文）

无锡这个亭子是简单的斜屋面

举架非常直观

我特别喜欢这个亭子

寥寥几笔完全写实

又像紧抓精髓的写意画

梁思成对中国建筑的特点做了这样的总结：

我国木结构建筑体系早在公元前15世纪已基本形成

它的基本特征一直保留到了现代

作为一个结构工程师我对古建筑是个门外汉

注意力不知不觉地聚焦到了结构受力

我看举架立即联想到“转换梁”上抬柱子（柁墩）

不是吗？累计多次转换形成斜屋面

（图片引自梁思成论文）

举架的“文法”千年传袭

福建古田会议会址

古田观寿公祠

天坛祈年殿发展到环状举架（转换梁）

举架将坡屋面所有的荷载按统一的模式转换数次

最终传递到最下面一根梁上

这根梁决定了结构的承载能力

其上的各层梁架对它没有任何结构受力的帮助

这种形式上近乎完美的“文法”难道不能打破吗？

苏州拙政园的长廊有所改进，增加了曲线斜撑

我想如果在举架斜向增加上弦杆

不就变成三角形桁架了吗？

桁架上弦受压下弦受拉

整体抗弯承受荷载

结构效率远胜于举架（转换梁）

西方木结构则一开始就走了桁架的路线

（图片源于网络）

即使采用边墙（或柱）承受推力代替桁架下弦杆

也是立足于斜向人字架受力体系

可以说西方桁架和我国的举架

是完全分道扬镳的木屋架体系

西方木桁架节点交汇杆件多

制作复杂

常需要金属连接

比如铆钉、螺栓、扒锔等等

我国的举架则为纯木的榫卯连接

工艺规范简便

西方注重受力效率

我国更坚守“营造法式”

2016年

成都大慈寺的一间在建仿古建筑

依然延续着举架的“文法”

西方的木桁架很自然发展到了现代桁架结构

木桁架、钢筋混凝土桁架

钢桁架在现代建筑中广泛采用

想仔细看桁架结构

我推荐两个好去处

▲在上世纪50年代建造的粤中造船厂旧址上

改建而成的工业遗产主题公园

▲摄影棚均由轧钢厂原有厂房改建而成

随着力学分析的发展

人们认识到桁架杆件

有受压和受拉两种受力状态

那些不受稳定控制的拉杆

可以用纤细的钢索代替

2018年国庆节

我在香港著名的上环燕窝街溜达

不知不觉来到了德辅道上一处爱德华式古典小楼

西港城（Western Market）

建于1858年

现被列为法定古迹

四层楼分别以“铺布食艺”为特色

它的地面层有古玩、特色手工艺品和食肆甜品店铺

一楼是现代shopping mall里已经绝迹的布匹店

二楼和三楼是老式情调的舞台和饭店

我深深地被它的屋顶结构所吸引

多么优雅的芬克式桁架！

拉杆采用钢棒

细细的、长长的

香港岛赤柱海边的一处长亭

欧式钢架结合中式瓦顶

材料应用中西搭配相得益彰

虽然注重“文法”的举架受力效率低于桁架结构

但是我国古代木结构另一个典型构造“斗拱”

却在追求形式完美和构成精妙的同时

无意间达成了空间受力的合理传力途径

特别是斗拱密排搭建而成的圆形或多边形藻井

受力精致程度绝不亚于西方的砖砌或混凝土穹顶

无锡惠山古镇一处斗拱藻井

天坛祈年殿圆形藻井

现代木结构并不局限于古代的“文法”

而是用木梁、木柱按现代结构构成来搭建

与钢结构和混凝土结构并无差别

德国汉诺威会展公园的一个宝马4S店

就是一座非常modern的木结构建筑

原木与钢节点完美配合

树形木柱和木梁

节点采用钢材

这种新“文法”显然更实用一些

矶崎新设计的深圳音乐厅黄金树大厅

是一座钢结构建筑

“钢树”却又被黄色表皮装饰成了木结构的感觉

真应了

“假作真时真亦假，无为有处有还无”

玻璃是现代建筑中广泛应用的一种材料

但它大多是以幕墙、门窗和隔断等形式

附着于主体混凝土、钢或木结构之上

自身不参与结构整体受力

有一些通高的玻璃幕墙

采用了玻璃肋加强玻璃面板

在一个局部范围内形成了纯玻璃的受力结构

出差广州常住的索菲亚酒店

干净的纯玻璃幕墙结构

被世界各地的苹果店发挥得登峰造极

成都太古里苹果店

香港尖沙咀苹果店高大玻璃墙须自承重并抗台风

香港中环国际金融中心苹果店的玻璃楼梯

圆弧玻璃作为竖向受力弧墙

意大利米兰苹果店的玻璃盒子与水景令人迷恋

特别是下沉广场玻璃墙与水帘间的窄廊

更引得游客争相穿行

苹果卖的真的不是手机

是创意！

这种把玻璃当受力板（平板或曲面板）

像混凝土墙板一样应用

虽效果绝伦但实在是简单粗暴

我个人还是更偏爱受力巧妙的玻璃应用

在德国汉诺威会展公园

看到的一棵“细柱”很值得玩味

其实这棵柱并不细

它是用曲线索加劲了的体外预应力柱

此类柱的索与钢管之间

通常用钢压杆撑着

但这里用玻璃板取代了钢压杆

大家忽略了玻璃

以为受力只靠中心的细钢管

颇具欺骗性

米兰机场有一个有趣的玻璃楼梯

它由不锈钢拉条、L形撑杆

（同时是玻璃的点驳爪件）

玻璃扶手板、踏步板巧妙地组装而成

既是建筑又是结构

亦或是一件机械装置

膜材是在纤维基层表面

涂以高分子面层的涂层织物

主要有

聚酯纤维覆以PVC（聚氯乙烯）涂层

和玻璃纤维覆以PTFE（聚四氟乙烯）涂层

伦敦泰晤士河边的千年穹顶

就采用了新型的索膜结构

来纪念新世纪的降临

千年穹顶的结构形式是桅杆斜拉索膜结构

桅杆和索膜的节点设计和施工都非常精致

2011年IASS年会期间

中国空间结构专家们考察了千年穹顶

千年穹顶是高技派大师理查德•罗杰斯的作品

本文写作过程中传来了罗杰斯先生

于当地时间2021年12月18日

在英国伦敦去世的消息

大师为世界留下了众多永恒的建筑艺术遗产

在深圳深南大道上可以看见世界之窗对面

有一片非常漂亮的张拉膜

它覆盖着威尼斯酒店裙房屋面的游泳池

不论是钢结构桅杆、脊线和边线拉索

还是膜材的剪裁焊接

都是那么精致优雅

设计和施工都不输于伦敦千年穹顶

建筑立面采用膜结构也能达到标新立异的效果

最为标志性的就是迪拜帆船酒店

2019年春节我们一家在此度假

海上这叶小舟的白帆

挂于一整片巨型钢支撑构架上

这片构架相当强壮

担当了建筑三角形平面的一条边

另两条边则是酒店客房高楼结构

无独有偶

伦敦奥运会篮球馆

屋面墙面一体化采用了膜结构

它是一座临时场馆

赛后100%拆除回收

充分体现了绿色和可持续发展的理念

这里科普一下膜结构的曲面特性

膜材可以类比为我们日常熟悉的弹性布料

它必须始终被张紧才能不起皱褶

就像穿着紧身衣一样

必要条件有二：

3D裁剪和曼妙的身材

因此膜结构造型一定是曲面而不能是绝对的平面

这个曲面还得有一正一负的主曲率

即“负高斯曲面”

有凸有凹才能绷紧

我接触膜结构始于九十年代末

在浙大读博士时期

我去导师董石麟院士家讨论课题

遇到了一个披着长发带有艺术家气质的年轻男子

我还以为他是一位建筑师

没想到他是当时国内很新潮的膜结构从业者

北京光翌膜结构公司的刘文光

光翌正在杭州武林广场边的游泳馆和羽毛球馆

实施浙江省第一个张拉膜项目

后来我毕业来到深圳工作

在高交会会场偶遇刘文光摆台参展

原来他南下创建了

深圳市欣望角空间膜技术开发有限公司

（Kingwolf）

做了长隆野生动物园大马戏馆

深圳大学体育场

龙岗自行车赛场等项目

长隆野生动物园大马戏馆

深圳大学体育场

当钢结构遇见膜结构

我俩一拍即合

我兼职作了欣望角的技术总监

第一次现场踏勘是长隆马戏馆的膜打算翻新

穿过野兽区时大白虎从笼子中伸出爪子

抓了一下我背后的书包

吓得我魂飞胆破

膜结构在工程项目中属于末端分包

建筑师和业主定了膜结构方案后

不论是设计院还是施工总包单位

都不再自己深化

于是给了膜结构公司

设计、采购、施工一条龙服务的机会

在这个小的专业细分领域

一直是EPC的模式

甚至有些项目是直接从建筑方案和渲染图开始

我当时强调钢结构和膜结构整体建模分析

因此做膜结构的同时也设计了钢结构

帮很多设计院解决了无钢结构设计能力的难题

深圳福田保税区福朋喜来登酒店

紧邻深圳河正对着香港河套地区

可以看到福田口岸通往香港的过境桥

山水景观非常壮观

业主希望在六楼裙房屋面的露台上

加建一个开放式酒吧

酒店管理方是外国人

找来了一个英国建筑师Patrick做方案

Patrick从功能出发设计为膜结构篷子

深圳是台风多发地区

在这样一个正对开阔河套的风口露台上

两边又有高层塔楼相夹形成风廊

膜结构蓬子被台风掀翻的风险相当大

一旦结构选型错误那几乎是100%会被吹毁

刘文光和我考虑再三

没有选择威尼斯酒店那样的张拉膜

而是向Patrick推荐了

钢结构受力为主的骨架式膜方案

正对风口的那部分结构为单层钢网壳

另一部分

Patrick设计了高低膜片拥抱的造型

由于此位置露台上

原有一片弧形玻璃幕墙可以阻挡来风

膜的风损概率大为降低

我们就仅做了边缘钢架

靠膜面张拉来造型

实现了非常干净简约的天面效果

Patrick很满意

愉快的合作使我们成了好朋友

2011年我去伦敦开会

Patrick专程从伯明翰赶来请我喝下午茶

他还憧憬着我若能配合英国项目该多好

这个膜面自2008年建成以来

经历了深圳多次强台风的洗礼

包括2018年“山竹”超强台风

依然婷婷“屹立”

2021年

我在喜来登酒店开会顺便看望了这个“孩子”

除了膜材旧了之外

质量还很好

连钢结构都几乎没锈蚀

这里是沿海室外环境

又一次证实了钢结构防腐

是经得起环境和时间考验的

接着我们跨过了口岸

去菲律宾接了几个价格非常好的膜结构项目

广州一个做外贸生意的印度人联系我们

他叫Raj

发来了一个很简单的小凉棚建筑方案

说他的菲律宾老板在询价

此前我们也遇到多起外贸买办的询价

后来均无下文

我们草草给出了膜结构的设计图和材料报价

后来Raj发我email询问了几次

没想到他的老板Renault M. Lao很满意

立马飞深圳考察

看了深圳的几个小品类的膜结构

最后到了大梅沙海边的沙滩帐篷

大梅沙张拉膜

接着就签合同了：

欣望角负责钢结构设计与膜结构的设计加工

并提供与膜有关的所有配件和膜现场热合工具

钢结构由菲律宾当地加工安装

欣望角派技术人员现场指导安装

这一切实在太顺利

我们生怕被骗

我也是第一次写英文合同

除报价外

我主要写了规避风险的条款：

报价为深圳海关装箱交货价格

不含后续运费及到港费用

不含所有税费

以人民币价格结算

对方按汇款当天汇率付美元

预付款80%，海关装箱后10%，安装完工10%

设计费每平米100元人民币单算

施工指导人员菲律宾差旅费对方承担

并付每人每天100美元补贴

我们特意制作了附着于节点上的不锈钢铭牌

印有欣望角（Kingwolf）

和菲律宾建筑公司的联系方式

就这样我代表欣望角

战战兢兢地与陌生的外商做起了生意

货物到达马尼拉港口后

Renault安排我们飞往菲律宾

我、刘文光和技术工人李东星3人同行

这个项目业主是菲律宾最大的地产商AYALA

包含多个小凉棚

其中2个现场钢结构已施工完成

我们这次的货物就是要装在这两个钢结构骨架上

现场工人正在对其它几个钢构架做表面处理

由于按美标设计

我们要求焊缝打磨达到AESS的C级

让人感觉各构件是一个整体，看不出焊缝痕迹

等待货物清关非常漫长

Renault带我们从马尼拉飞往他的家乡

著名的旅游胜地——宿务

Renault和他的合伙人不仅开有建筑公司

还经营自己的餐馆和酒吧

我们品尝了美味的烤乳猪

菲律宾歌手英语歌唱的非常棒

在北京、广州、东莞等地的歌厅

也常有菲律宾驻场乐队

Renault餐厅的歌手不会唱中文歌

得知我们来自中国

特意为我们演奏一段《甜蜜蜜》的旋律

席间

Renault道出了爽快与我们签约的原因

哈哈

我这一介傻傻的书生还能谈成生意

酒足饭饱也玩累了

刘文光事务繁忙先回国了

货物4天后终于清关出来

我们晚上连夜开工

好事多磨

我们发现

现场钢构件的一个开孔与我们运去的配件不符

只好违规操作

用木板遮挡保护住膜

现场烧焊开孔

我顺手拍下了这朵黑夜中绽放的绚烂焊花

留下了残缺的美

第一片膜安装完毕已是黎明时分

我和李东星回到酒店睡觉

打算上午天亮再装第二片

然而当我们一觉醒来开车来到工地

远远看见另一片膜已经装好了

那些工人没有睡觉

通宵工作

我颇为诧异

Renault曾告诉我们这里的工人非常懒

干活很慢

工资是一星期一发

发完工资就去喝酒不干活了

但这次我分明感受到他们高昂的劳动激情

我问他们不累吗？

他们说以前没干过装膜的活儿

有中国人来教他们

他们很想学会

我恍然大悟

对人的最有效激励不是金钱、表彰和崇高的口号

而是激起人性本能的兴趣爱好和求知欲

一旦心底对所做的事情虔诚地渴望

干活就变成了一种快乐

又快又好

你看他们开心的笑脸儿上

哪有一丝彻夜未眠的疲惫

后来

我们与Renault合作

在菲律宾大大小小承接了很多项目

有的大型钢构件

Renault在菲律宾的小作坊没有加工能力

也是欣望角在中国找钢结构厂加工出口过去

不过我就没有再去过现场了

李东星独自出国

他一句英语都不会

那时还没有微信

我就给他写好各种英语字条

让他在海关、机场、酒店、街上遇到不同的情况

就打开相应的字条去问旁人

那几年我带着欣望角的设计团队

锻炼了做国际工程的能力

美标欧标设计、出英文图纸、写英文计算书

供外方注册工程师签字和报批

工程师能直接与外方email联系

独自出差去国外现场

不须另配专职翻译

我们还参与了几个中东项目的膜结构顾问

其中最有特色的是配合Gensler伦敦公司

在科威特Garden OASIS & Grand Avenue项目中

提出并论证了

柔性索边界ETFE气枕超轻屋盖结构的可行性

我很感激刘文光大哥和嫂子常红

像亲人一样帮我在深圳立了足

后来我多地奔波工作

未能在欣望角继续兼职

欣望角的发展一直还不错

最近刚刚完成建筑大师MAD马岩松的

衢州体育场膜结构

网红得很