第七章 梁（续）

如果我理解对的话，网状的拱和梁的共同祖先都是矮凳？

我倒想说，它们的共同祖先是两根柱子搭成的基本拱状体（以下简称拱），这种拱也是矮凳的祖先呀！我们已经研究了拱和穹顶系列……现在让我们将目光转向另一大系列，也就是网状梁系列。我们还是从基本拱说起，它由两根小棍组成，也就是两根梁（1）。就像我们看到的，两根钢的任意一根都可以在架起一个空间，前提是钢的长度要超过两边支撑的距离（2）。如果距离远过梁的长度（3），我们可以将两根梁收尾相连再架在支撑上（4）。但是组装可非易事，而且我们马上就面临变形的问题（5）。就像我们已经见到的，结构需要总体保持平衡，组装后各个部分和组装本身需要足够结实。此外，结构还不能过于容易变形，否则将毫无用处或者变得不稳定。与其将两个梁连在一起，我们可以试试基本拱这条路……

矮凳之路？

是的。为了避免拱的两支腿分开，我们只需要将拱的顶端连接点装一个轴（6）或者在两条腿的外侧放上两个墩子（7），或者将两只腿再用系梁接合起来（8）。以下就是两座桥的模型（9）……第一个例子，Lauzelle桥。其他例子在我们掌握了一些补充概念后再给出。

Lauzelle大桥

Lauzelle是在工程师米歇尔 普鲁斯特研究基础上于1980年建成的，桥身有两个相通并独立的桥跨。每一个桥跨长15米，有一个基本拱，拱的两个脚都被（系梁）固定。这就好像一个弓弦形梁，桥面就是下面那根系梁。桥面被吊索悬于空中，属于金属构架。这个外形与基本拱还是有细微差别的：一方面，吊索有好几根；另一方面，作系梁的桥面比基本拱的两个腿要高。

这种有系梁的基本拱比单一的基本拱架设的空间更大。但是如果空间更大怎么办（10）？我可以使用两个连续的拱……但是，它们立不住（11）！要怎么做？只需要避免让图中的两个S顶端靠近，在两点间放一根横杠使它们保持距离，塔就此建成（12）。持续这个操作，我们就完成了一个网状梁桥（13）。

我已经见过其它形状的带横杠的梁网状结构。

没错！还有其他类型的网状梁。我们已经通过对角线横杠进行了初级推论；我们本可以选择另外一条道路。

我们试试其他东西……如果我们不能从底部重新开始，那就从上部试试吧：使用吊索。

不合适也不实用（14）！让我们再做得更好点……
好主意，但是这样做不稳定（15）……这样好点（16）……但是（17）……我们成功了（18）！我们可以从同一边重复这个组装，或者从两边对称进行。一下就是另一种网状梁（19）！

这和我已经看到的更像……但是先前那个有真正的格子。

事实上，我们可以认为，一个梁就是一些方格的规矩组合（20）。但是，还需要注意每一个方格都是不易变形的。

这就是说？

用小木头片组成方格。我们加上负重，方格并不稳定（21）！

的确，我们已经说过，方格需要不易变形……

我们可以在中间加些系梁使其不变形，并且注意把系梁安放在合适的方向。

事实上，如果我把梁倒过来就撑不住了（23）！

除非对角线横杠可以抗压。（24）

出于经济的考虑，我们优先考虑使用牵引杠。由于不易燃烧，这些牵引杠可以存于于更小的区域。 让我们使用线缆吧，记得把它们摆到合适位置，无论负重大小都可以保持牵引状态。

还是说说我们的小梁，把它伸直……这就是我想到的网状梁！（25）所有这些都让我感觉很清晰，但是，在实际中……

布鲁塞尔WSP镇体育中心的屋顶就是网状梁的一个好例子。如果我们重复屋顶的构造，我们就得到了一个锯齿形屋顶（英语中的避难所，木棚子）或是不稳定结构。这类屋顶通常出现在大型工业车间。我们已经见到过，只是不知道如何取名。屋顶各部分依次靠在前梁的下面和后梁的上部。杠和梁之间的空间是半透明材料，阳光可以穿过进入车间。建筑师们注意让这些表面朝北，避免车间工人由于直射而看不清东西。这类建筑典型代表是布鲁塞尔的出租车停放站。

WSP体育中心

这个中心建于1975年，由建筑师RA，PR和工程师JR共同设计建造,拥有游泳池和小型体育馆。它的顶棚是金属构造，网状梁在此大型建筑中的应用为我们提供了两个好的例子。两个屋顶中的任意一个都被一根主梁支撑。这根金属网状梁很高，被放置在与建筑长度相同的方向。（是建筑长度的三分之一）在这跟支撑屋顶两个斜面的梁上，一个斜面在高处受挤压，另一个斜面在低处被拉伸。就这样，房屋的梁组成了房屋的玻璃表面。

布鲁塞尔出租车停放场

这个著名的工业车间始建于1904年，由建筑师EVH和JZ设计，是海关行政部门的办公场所。梁的长度是60米，高7米。大厅的屋顶共由14个锯齿形屋顶构成。

我认为，工字梁的使用在桥梁建设中也有很好的例子吧？

的确。但是网状结构会更复杂。不过，这些桥都会有X或Y型的斜杠或垂直杠。这些杠子连接梁的上部和下部。

什么是这些部分？

这些是位于网状梁上面和下面的水平杠。

我懂了。我们现在可以看例子了。网状梁在大型桥梁建设上的大规模使用出现在19世纪后三十年，比如在Allier的Bouble高架桥。

我们还提到了另外一个基本拱大桥的例子

的确。一个有趣的例子是中国的五家寨铁路桥，基本拱由两个网状梁构成。我们继续在杠的拉伸和压缩上做文章，可以得到很有趣的结果，佛吉尼亚州LB市的一座桥。但是，我们还没有学习所有的概念去理解它。我们会在接下来的章节涉及。在结束我们的例子前，我们提到一个拱和梁的组合：Cantal省的G大桥。大桥的梁靠在拱上，这样可以减少桥中间柱子的数量。我们回到梁上，一组不会变形的网格：如何使网格不易变形，这种思考为我们开辟了其它思路：

我们用放置对角线杠的方法使那些梁固定。除此之外还有其它办法吗？当然有！只需要把四个角固定，这样各个杠间不会互相移动（28）。

是的！那些用于固定四角的小三角形被称为角撑（29）。这种梁常见于用于火车通过的大桥，被称作V梁。V是比利时的工程师，在20世纪初发展了这项技术。它还被用在楼房建造中，有时可见，有时见不到。巴黎拉德芳斯的大凯旋门就采用了这一技术。但是，我们还是回到桥上，并看看布鲁塞尔L桥的例子。

在这个例子中，梁的高度不同，在中间最高。为什么（30）？

问得非常好！在开始前，我们再熟悉下梁的作用。我们先举一个梁的高度相同的。就像我们看到的那样，外部绳索力偶的受力与内部力偶的力相抵消，内部力偶是梁上下框作用的合力。这个力偶臂，也就是这些力的距离，就是框间的距离。

Ok，但是这还没有解释为什么高度变化？

那是因为内部力偶受力也在改变。当负重均匀分配时，梁中间部分受力更大，而越往两边而减小。这样做可以使迫近支撑时减少梁的高度。总体来说，我们为了节约材料使梁的高度各异。这样，梁对压力的回应与负重引起的外力更加匹配。我们改变梁的高度是一个对它优化的过程。（31）

我明白，如果我对一根梁负重，它的中间会弯曲，有断裂的危险。所以，我需要在此时此刻增加梁的韧度和它的高度。剩下的……

就是这样。目的不是全部领会而更多是去感受，再感受……那些想继续研究的人将找到他们的路。在结束这章之前，我们回到不能变形的方形上。我们看到了两种使它们不变形的方法：对角线和嵌入。还有第三种：只需要将薄片充满方形，我们又回到了我们的棱形梁。（32）梁最受力的部分是上框和下框。这就是为什么金属小梁都呈现I形：它们的框是semelle。在semelle之间的部分称作 ame。（33）

总结下！如果我回到三个结构性功能（架桥，支撑，加固）：

对于架桥功能，我们探索了拱，拱顶，穹顶的世界和梁的世界！
对于支撑功能，我们参观了柱子和吊索。
对于加固功能，我们已经离它不远了。

好主意，让我们到旁边看看。

例子

B高架桥（Allier）
这座铁路大桥始建于1868到1870年，横跨B山谷，由工程师WN和FM共同设计。桥中心下面分成六大部分，每个部分跨度50米，由4.5米高的两根平行网状梁组成。这两根梁靠在了旁边水泥大桥的边上，这座水泥桥作为整个大桥的墩子。而大桥的其他部分则被五根浇筑的网状柱子支撑。它们高度各异，从42到57米不等。为了改善建筑物横向稳定性，柱子越接近地面越粗。

五家寨铁路桥（云南）
这座铁路桥是连接Laokay和云南府铁路的重要组成部分，建于1903到1910年，8年的修建过程极度艰难。设计师PB也负责这条铁路其他部分的设计。整个桥只有一根67米的网状梁构成，被5个点支撑：在顶部被一个基本拱，在中间被两根梁qui le forment（不懂），在两边被山谷的斜坡。基本拱底部两个角的跨度是55米。

G大桥

这座桥由设计了埃菲尔铁塔的古斯塔夫.埃菲尔工程师设计。我们之前提到过他，这座铁路桥是19世纪末金属结构建筑最具代表性的杰作。桥面是一根长450米的网状梁。就像B桥的网状梁一样，这座桥的网状梁由桥两端水泥桥墩和8根中间支座支撑：其中的5根支座是深入到地下的桥墩，2根支座靠在拱上，最后一根根支座就是跨度165米的网状拱顶

L桥（布鲁塞尔）

这座横跨运河的L铁路桥建于二战期间，1944年启用，用于连接布鲁塞尔和安特卫普港的铁路。这座金属建筑的杰作主要由两根跨度54米的V梁（此种类型梁发明者的名字）和高度不等的小梁组成（桥两边梁高2.5米，桥中心梁高7.75米）

新凯旋门（巴黎）

在总统佛朗索瓦.密特朗的主推下，巴黎新凯旋门于1989年完工。这座真正意义上的现代凯旋门由建筑师JOVS和工程师Erik Reitzel共同设计。这座框架梁形状的大楼内侧形成了一个立方体的区域，两侧的高度约110米，属于预应力钢筋混凝土结构。它由两座上部连接的高塔组成，顶部是一些巨型梁组成的过梁，是大楼的最高几层部分。

红框部分（2个）

这些结构应该： ■ 整体上处于平衡状态 ■ 足够抗压 ■ （各部分间）处于足够紧绷状态

梁的种类：

网状梁（一个大类）
V梁
实腹梁（也称为工字小梁）
全棱形梁
立方体梁或藻井梁