自然和人類社會正常運作的背后，看不見的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)像一張精妙的網(wǎng)，承載著我們的日常。萬事萬物都有結(jié)構(gòu)，都需要保證自己受到某種結(jié)構(gòu)性力量而不至于損壞。那么今天為大家解讀的書是作家J.E.戈登創(chuàng)作的《結(jié)構(gòu)——萬事萬物為什么不會倒塌？》。
材料與結(jié)構(gòu)密不可分，因為即便是在木材、鋼鐵、人的肌體這些材料的內(nèi)部都有著復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，并承受著各種作用力。材料或結(jié)構(gòu)若是要和某種力對抗，就必須依靠相反的作用力進行抵消。倘若結(jié)構(gòu)上的作用力無法得到平衡或互相抵消，結(jié)構(gòu)就會被破壞。
科學(xué)家們研究結(jié)構(gòu)受到的作用力，誕生了彈性科學(xué)。1822年，法國物理學(xué)家奧古斯丁·柯西提出了“應(yīng)力”和“應(yīng)變”這兩個概念，應(yīng)力指的是要讓物體發(fā)生形變的力度，而應(yīng)變主要指的是物體能夠被拉伸或壓縮的長度?？茖W(xué)家們還用“剛度”一詞來表達材料受力時抵抗彈性變形的能力，材料的剛度越強，就越穩(wěn)定，形變就越小。
一切理論的發(fā)生往往都是為了實踐開路，為了幫助我們設(shè)計出更為安全有效的結(jié)構(gòu)和裝置，并且借助對其原理的了解延緩結(jié)構(gòu)的毀滅。然而，直到19世紀，大多數(shù)的工程師都借助抽象和數(shù)學(xué)去計算材料或結(jié)構(gòu)所能承受的力。
科學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，孔洞、裂縫、尖銳的邊角會顯著提高局部地區(qū)的應(yīng)力，使物體受到的力更集中。在現(xiàn)實生活中，應(yīng)力集中的現(xiàn)象數(shù)不勝數(shù)，當工程師嘗試去運用材料的“延展性”來減少“斷裂”的可能性。
張拉結(jié)構(gòu)是一種只需要對抗拉力的結(jié)構(gòu)，比如繩子、桿子、植物等等。在人造物中，船舶的帆索和景點的空中索道設(shè)計也是張拉結(jié)構(gòu)。由于拉力而導(dǎo)致過分彎曲的形變會影響結(jié)構(gòu)的整體性。設(shè)計師在處理張拉結(jié)構(gòu)時，應(yīng)當考慮到材料的剛度和強度，使其盡量減少延展或形變。
世界上最古老且最令人滿意的承壓結(jié)構(gòu)便是磚石建筑物，磚石之間只承受壓力。建筑的墻由磚石建成，層層疊疊只承受著重力，一般不會倒塌。唯一需要擔心的是，建筑物不夠筆直，會由于側(cè)方的力傾斜倒塌。
現(xiàn)代拱橋下方的懸吊路面其實充當了“梁”的作用，它將拱的兩端連接起來，用自身的拉伸力去對抗拱的推力，實現(xiàn)了力的平衡。同時，在拱與梁之間，鋼纜和繩索起到了“桁架”的作用?！?a class="keyword-search" >桁架”是一些較短的支撐物，常常交叉著支撐結(jié)構(gòu)。梁和桁架便是作者介紹的承彎結(jié)構(gòu)。
不管是自然界的生物，還是人造物，都有著復(fù)雜的結(jié)構(gòu)。工程師在設(shè)計裝置的時候需要考慮形狀、重量、成本等多重因素，同時，作者指出，他們還應(yīng)當考慮到設(shè)計本身的審美要求。設(shè)計師應(yīng)當合理地運用工程技術(shù)，與審美相結(jié)合，創(chuàng)造出更多優(yōu)秀的作品，優(yōu)美的裝置。
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