不要误以为我要开始研究玻璃结构了，绝对没那个意思。只是难得去一个不太常去的城市出差，临行前一天突然起意，去看看那儿有意思的建筑吧。

首先想到的是晓书馆，它所在的建筑是前男神安藤忠雄的作品。虽然在日本看安神的作品看到审美疲劳，但还真没在国内看过他的作品。然而一查地图，太远了，没时间去。。。然后想起来几年前曾擦肩而过的Apple Westlake，也不错呀，是前前前男神Norman Foster的作品，聊胜于无吧。然而上网一查，兴趣浓度立即提升一百倍。不是因为正立面的11块大玻璃是从德国运来的，每块价值60万美金，苹果有钱爱zuo跟我没关系；而是因为居然有人说那个正立面的玻璃幕是承重构件，甚至把它称为玻璃结构！玻璃结构！！！

因吹丝停！

我对玻璃结构有这么大的反应是有原因的。对我在地震工程学术研究方面有深远影响的Master Yoda，哦不，Professor Wada除了给我植入了『You must study hard』的观念之外，还植入了一个更专业一点儿的观念：

Glass is the last material you want to use in a structure.

为什么呢？因为它脆。给学生们讲脆性材料，举例子，第一是粉笔，第二就是玻璃。这下来了个玻璃结构，毁三观了。

脆又怎么样？杭州那旮沓又没什么地震，不要满脑子都是延性呀抗震呀好不好？职业病好讨厌的。

不过这次我还真没把抗震放在心上。对于结构而言，脆了为什么不好？从挤奶工的小板凳说起。传言，小奶凳都是三条腿的，以至于Milking chair在英文中已经成为三腿凳的代称。为什么是三条腿呢？因为三点确定一个平面。

假设挤奶的小姐姐体重600N，大概120斤吧，是不是有点儿胖了？Milk maid好像普遍都胖。当她坐在三腿凳上时，尽管地面坑坑洼洼不平整，三条腿总会同时着地，这样每条腿承受的重量大约是 600N / 3 = 200N。

如果凳子有四条腿呢？每条腿承受的重量是 600N / 4 = 150N 吗？或者因为地面不平，只有三条腿同时着地，所以仍然是 600N / 3 = 200N ？

或许都不是。四腿凳在不平整的地面上容易晃来晃去，同时着地的经常只有两条腿，这时每条腿承受的重量是 600N / 2 = 300N，反而比三条腿的时候受力更大！假设每条腿的承载力正好是200N，并且是用玻璃做的，那么着地的两条腿无法承重小姐姐的重量，会发生破坏，力又由剩下的两条腿承担，但是它们同样无法承受600N的小姐姐，于是小姐姐要摔屁股墩儿了。

但是如果凳子腿儿能发生较大的变形而不丧失承载力，四条腿之间会发生内力重分配：先着地的两条腿各承受200N的力并发生变形（缩短），直到剩下的两条腿也着地并开始受力，于是形成两条腿各承受200N的力，另外两条腿各承受100N的力的局面，凳子没有被坐塌。

根据塑性分析理论的下限定理：

对于一个结构，任意假设一种内力分布，只要它与外力作用相平衡，并且各处的内力均不超过各个构件的承载力，则与之平衡的外力总是小于等于实际承载力。

在小奶凳的例子里，虽然我们根据理想平整地面所得到的内力分布（下图左）跟实际的内力分布（下图右）很不一样，但因为前者符合下限定理的条件，所以它对应的外力（600N）总是小于等于实际的承载力（对于本例，实际承载力是800N）。

换句话说，结构的塑性变形能力使结构的承载力对边界条件不再那么敏感性。然而玻璃很脆，它对边界条件太敏感了。

“玻璃结构”是怎么解决这个问题的呢？在此之前，德国的Geralt Siebert教授承包了我关于玻璃结构的所有知识。

去年冬天，Siebert教授带着他强大的老婆Barbara Siebert来日本玩儿，顺便给我们做了个报告，题目是“Glass as Structural Element”。我总结就是两招：一夹二垫。

夹

你是不是和我一样以为玻璃结构一定要用钢化玻璃？其实钢不钢化没那么重要，重要的是夹胶！先简单科普一下玻璃的种类。

最普通的就是浮法玻璃（Float glass）。它的强度其实也还好，但非常脆，看似光洁平整的表面其实布满微裂缝。在外力作用下微裂缝悄无声息地扩展，直到有一天突然破裂，玻璃就碎了。是不是挺像地震的？孕育地震的岩层也像玻璃一样是脆性材料。

对玻璃进行热处理可以使玻璃表面具有一定的初始压应力，从而减缓表面微裂缝的扩展，于是提高了玻璃的强度。根据加热后冷却速度的不同，以及与之相伴的表面压应力的大小不同，热处理的玻璃分为钢化玻璃（thermal-tempered glass, ESG）和半钢化玻璃（heat strengthened glass, TVG）两类。别问我为什么是ESG而不是TTG，或者为什么是TVG而不是HSG。那是德语，我不懂。

钢化玻璃的强度远高于浮法玻璃，半钢化玻璃介于二者之间。钢化和半钢化玻璃破碎的形态大不一样。刚化玻璃因为表面初始压应力较大，一旦自平衡的应力状态被破坏，就立马碎成小渣渣。半钢化玻璃则跟浮法玻璃类似，会碎成尖锐的大玻璃块，很吓人。

但有了夹层玻璃，这些都变得不那么重要了。夹层玻璃跟所谓的中空玻璃可不是一回事儿哟。它指的是多片玻璃通过胶层粘合成一整片。其中的单片玻璃层可以是普通的浮法玻璃，也可以是半钢化或者钢化玻璃。胶层也可以有多种选择。

由于胶层的存在，玻璃即使破碎，也不会立即四分五裂，而是仍保留在原位且具有一定的剩余承载力。用于结构构件的玻璃，一定是夹层玻璃。Apple Westlake也不例外。下图是它的正立面幕墙玻璃肋的截面。

“层合”真是一个神奇的存在。Laminated rubber bearing解决了橡胶支座隔震的问题；Cross-laminated timber成了主流的结构木材；Laminated glass又解决了结构玻璃安全性的问题。一招鲜，吃遍天。

垫

钢化只让玻璃变得更脆，夹胶其实也没有解决玻璃变形能力过小的问题。对此，Sieber教授的忠告是：

永远不要让玻璃直接与钢材接触！

总之所有的连接处，都有垫片。具体怎么垫，就五花八门了。下图是在福神的网站上找到的Apple Westlake正立面顶部檐口大样。你们感受下。反正我看不懂。

（Source: www.fosterandpartners.com）

不论是夹层玻璃还是各种垫块，实际上并没有增加结构的塑性变形能力。垫块当然有助于减小玻璃边缘的应力集中，也可以使结构发生更大的变形，但那也不过是弹性变形能力。仍然不能适用下限定理。

那么，怎么让玻璃结构战胜边界条件的不确定性呢？

目前我能想到的办法：要么只做静定结构；要么使用很高很高很高的安全系数。真想不出别的办法了，求拯救

最后说一件令人沮丧的事情。费了半天劲儿一直在说玻璃结构玻璃结构玻璃结构，但可能它跟Apple Westlake没什么关系，因为它根本算不上一座玻璃结构——价值660万美金的玻璃面板并不承重。当然啦，那片幕墙还是要承受自身的重量以及风荷载的，但是据目测，它不承重其他竖向荷载。

从结构的剖面图上看，销售大厅顶部的屋面采用了和夹层楼面同样的做法——钢结构悬臂出挑。屋面的跨度只比夹层楼面多了2米多。能悬挑出12米的，不在乎再多挑出两三米。

不过别灰心。通体透明的玻璃结构还是很吸引人的。看看同样的Foster设计的位于土耳其伊斯坦布尔的Apple Zorlu Center的玻璃盒子，不要放弃梦想。

（Source:www.fosterandpartners.com）

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