机械结构设计四大基本原则

　　1、刚柔相济
合理的建筑结构体系应该是刚柔相济的。结构太刚则变形能力差，强大的破坏力瞬间袭来时，需要承受的力很大，容易造成局部受损最后全部毁坏；而太柔的结构虽然可以很好的消减外力，但容易造成变形过大而无法使用甚至全体倾覆。结构是刚多一点好，还是柔多一点好？刚到什么程度或柔到什么程度才算合适呢？这些问题历来都是专家们争论的焦点，现今的规范给出的也只是一些控制的指标，但无法提供放之四海皆准的 精确答案。最后，专家们达成难以准确言传的共识：刚柔相济乃是设计者的追求。 道也许都是相通的。
想想看，人应该是刚多一点好还是柔多一点好呢？思考的哲人们对此各抒已见，力求给出处世的灵丹妙方。总的来讲，做人太刚和太柔都不受推崇。过份刚强者，应变能力差，难以找到共同受力的合作者，便要我行我素，要鹤立鸡群，即使面对任何突然袭来的恶势力，亦敢于硬顶硬撞而不留变通的余地，这种时候必须有足够的刚度才能立于不败，否则一旦后继乏力，油尽灯枯就会发生脆性破坏，导致伤痕累累、体无完肤的灭顶之灾。在盛赞这种刚气之余，却鲜有人能够或者愿意完全去做到，英雄的眼泪大抵只有英雄自己能体味。人们唯有感叹道：精神可嘉，方法难取！
世人处世多以柔为本，退一步海阔天空，和为贵。柔者易于找到共同受力的构件以协同消化和抵抗外力。但过柔亦为人所不耻。因为柔必然产生变形以适应外力，太柔的结果必然是太大的变形，甚至会导致立足不稳而失去根本。处世极为圆滑者，八面玲珑，见风使舵，整日上窜下跳，左右逢源，活得游刃有余，这种柔得无形，表面上着实不容易受到伤害，骨子里却难免有似我非我的疑问，弄不好会个性丧失、面目全非，可能还免不了要背上奴颜婢膝的骂名。所以古人在长期的实践后发现了中庸之道最适合生存。用现代的话来讲大意是做人最好既有原则性又有灵活性，也就是刚柔相济。刚是立足之本，必要刚度不能少，如此方能控制变形在可以忍受的范围内，才不会失掉本质的东西；柔为护身之法，血肉之躯刚度毕竟有限，要学会以柔克刚，不断提高消化转换外力的能力，有时候，牺牲一点变形来抵抗突然到来的摧毁力是必要的，也是值得的，但应以不失去自我为度。
只可惜道可道，道难行。不是想刚就能刚，想柔便得柔的，刚柔相济只是理想中的模糊结构，每个人的组成材料千差万别，生存的地基也不尽相同，所受的外力更难统一定性。如此的差异下，企望哲人们找到统一的、万无一失的处世良方实在勉为其难。不过，每个人如果都能给自己多一点时间，去思考一下适合于自身的结构体系，想必这世界会有另一番光景。
2、多道防线
安全的结构体系是层层设防的，灾难来临，所有抵抗外力的结构都在通力合作，前仆后继。这时候，如果把生存的希望全部寄托在某个单一的构件上，是非常非常危险的。多肢墙比单片墙好，框架剪力墙比纯框架好等等，就是体现了多道防线的设计思路。也许我们会自信计算的正确性，但更要牢记绝对安全的防备构件是存在的，还是应该多多考虑：当第一道防线跨了，第二道防线能顶住吗？或者能顶住多少？还有没有第三、第四道防线？
人生也应该是多道设防的吧。毕竟，谁能坚信在一棵树上永远吊不死，或者谁又愿意在一棵树上吊死呢？再好的汽车，都会有一个备胎在后面。一辈子平平安安、无灾无难的人实在很幸运。而每当看到饱沧桑、历尽苦难的人尽力呵护甚至溺爱他们的子女时，也总有一股暧流涌入我的心中。可怜天下父母心，他们不希望自己的不幸际遇在下一辈去重演的！张开陈旧而温暖的大伞，他们时时设防，企图让子女在暴风雨来临时免受伤害。能有这样的父母作为人生的第一道防线是该知足了。但进一步想想，这第一道防线就已经足够了吗？父母是否也该注意到去督促和帮助子女学会构筑人生的第二、第三道防线呢？因为大多时候，最终陪我们走完一生路程的，可能不会是别人，不会是父母，而只有自己啊。
记得有个同行朋友，在精心做完一个建筑的结构设计之后对我说，他煞费苦心地设计了一道又一道的防线来抵抗可能出现的地震破坏，真希望来一场地震检验一下他的成果，可接着他又说心底里有点害怕地震真会到来。我对此很有同感：想一想，最好还是没有检验的机会吧，因为安全的储备能够名副其实，永远处于储备状态才是我们设计者的心愿。类似地，培养一个人坚强，当然决不是希望他去遭受磨难的，而是让他具有化解磨难的能力而已，如果能平平安安岂不更好？只是，我们千万千万不能放弃培养一个人变得坚强起来的努力。
偶尔在报上会读到百折不挠者，他们象坚不可摧的建筑，无数次风雨雷电、天崩地裂之后依然立在那里，让人肃然起敬。但我并不赞成经历磨难越多越伟大的观点，我以为我们的生命真的不需要用磨难来证明些什么：生命原来可以不伟大的，但应当快乐，所以我们要努力使其免遭伤害，因为生命只有一次。我想到的只是，虽然生命历程中最好没有任何灾难，但是抵抗灾难的防线却是越多越好，我们宁愿这些防线一辈子都用不上，可谁又会认为建立这些防线就是多余、是空费时间和精力呢？就象建筑结构的安全 储备，用不上可不等于没有用的！
我忽然乱想一通。战争来了人们寒暄：还活着呢？饥饿日子人们关心：吃饱了吗？混乱之后人们调侃：捞了多少？竞争年代人们试探：何时下岗？什么时候，人们会笑问：防线准备好了没有？是呀是呀，奔跑时常回头看看备胎是否带上，啊喔。
3、抓大放小
强柱弱梁、强剪弱弯等是建筑结构设计中非常重要的概念。有人问：为什么不是强柱强梁强剪强弯呢？为什么所有构件都很强的结构体系反而不好，甚至会有安全隐患呢？
这里面首先包含着一个简单的道理：绝对安全的结构是没有的。简单地说，虽然整个结构体系是由各种构件协调组成一体，但各个构件担任的角色不尽相同，按照其重要性也就有轻重之分。一旦不可意料的破坏力量突然袭来，各个构件协作抵抗的目的，就是为了保住最重要的构件免遭摧毁或者至少是最后才遭摧毁，这时候牺牲在所难免，让谁牺牲呢？明智之举是要让次要构件先去承担灾难。宁为玉碎，不为瓦全，如果平均用力，可能会玉石俱粉，损失则更大矣！在建筑结构中，柱倒了，梁会跟着倒；而梁倒了，柱还可以不倒的。可见柱承担的责任比梁大，柱不能先倒。为了保证柱是在最后失效，我们故意把梁设计成相对薄弱的环节，使其破坏在先，以最大限度减少可能出现的损失。如果梁柱等同看待，企图让他们都坚不可摧，则可能会造成同时破坏，后果会更糟糕，损失会更大。所以关键时刻要分清主次，抓大放小，也就是要取大舍小。有舍才有得，舍是为了得。但取谁舍谁，真是个难题。
整个社会缩小了就象建筑结构体系。人们竟不住要自问：在冥冥众生中，我是一根梁还是一根柱？我能做一根梁还是能做一根柱？我愿做一根梁还是愿做一根柱？取舍在所难免时，我是被取还是被舍？按理说，不管梁还是柱，都属于社会体系的一分子，都不可或缺。但我相信很少有人甘心去做陪衬、做垫脚石的--每个人都希望成为顶梁柱之类的重要角色。只可惜总要有人担任其他次要角色，去成为梁、楼板乃至填充墙等等的。于是这世界充满了竞争，充满了矛盾；于是在这种竞争和矛盾中导演了一出出角色互换的悲喜剧；于是这社会最后必然要论功行赏才显得公平。大概每个人都能在相应的岗位各得其所，社会才会变得有序起来。
身居高位者，承担的责任较大，他（她）的行动会影响到多数人的利益，所以他不能倒，他只能最后倒；所以在给予相应特权的同时更要严格要求他，以确保大众的利益。如果高官和平民享受同样的待遇，不知道还能有多少人想去做官想去承担更多责任。但是倘若手握重权而不慎用，享受特种待遇却没有做出相应的贡献，最终这样的官是做不长久的。就象一根柱子如果没有发挥柱子的作用，大厦将倾，最后倒掉的还包括它自己。可见柱的选材设计须当谨慎，否则即害了柱，还要殃及整个大厦的。担任次要角色、身处低位的人，身上的担子当然很轻，只能从自己的利益出发去要求社会，因为自身的存亡对他人影响不大，所以获得的特权保护相对很少，甚至没有什么特权，非常时刻还要舍车保帅，但幸亏大多时候还可以拥有活得轻松的心情，因为责任小嘛。不始寞者要想实现角色由低到高的转换，首先要搞清楚自己?承受能力，然后再去努力把能力提高，如此方能担起重任，好高骛远是不明智的。也许我们所需要的，我们想争取的，其实只是一份发热后轻松的心情。
如果说大材小用导致的是浪费，小材大用蕴藏的则是危险，所以严守大关实在很有必要。道理是简单的，比较起来却很残酷--谁愿意承认自己是小呢？
4、打通关节
在结构体系中，所谓关节，是指变化相聚之处，或变化出现的地方。不同类型的构件相接处，同一构件截面改变之处，是关节。广义上，诸如结构错层之处，体量改变之处，转换层亦是关节。关节无处不在，因为结构体系乃是变化的统一。外力突然袭来之时，对于单一的构件，力量的传递简明，因而容易控制。对于复杂的结构体系，关节的复杂性难于预测和控制,即使从理论上保证了每个组成构件的强度和刚度，但因关节的普遍存在，力量的传递往往不能畅通而出现集中甚至中断，破坏由此而发生。历次灾害表明，从节点开始破坏的建筑占了相当大的比例。
所以理想的结构体系当然是浑然一体的--也就是没有任何关节的，这样的结构体系使任何外力都能迅速传递和消减。基于这个思路，设计者要做的就是要尽可能地把结构中各种各样的关节打通，使力量在关节处畅通无阻。中医上云：通则不痛，痛则不通，结构就象一个人，气穴若不能畅通，症结和隐患就会产生。在设计的四项基本原则中，刚柔相济，多道防线，抓大放小是设计概念中的战略问题，但要想得让这些战略思想得以实现，靠的是打通关节