悉尼歌剧院的屋顶居然不是薄壳结构
或许你没有去过澳洲，但你一定听过悉尼歌剧院。它的外形像三个三角形翘首于海边，白色的屋顶犹如贝壳。你一定想不到，这座“壳形”的屋顶，并不是真正的薄壳结构，而是采用了肋拱结构。其设计建造过程极其曲折艰辛，历时14年，超支达1457%。从设计图纸被选中的那一刻起，正式拉开了建筑师和结构工程师长达十几年的“斗争”。
“灵感来源于切开的橙子”
悉尼歌剧院的外观为三组巨大的壳片，耸立在南北长186米，东西最宽处为97米的现浇钢筋混凝土结构的基座上。
由三大部分组成：音乐厅、歌剧厅和贝尼朗餐厅，前面两个是音乐厅和歌剧厅，后面较小的是贝尼朗餐厅。
“故事总有几分戏剧性”
时间回到1955年，澳洲政府为悉尼歌剧院举办了全球性的设计比赛，吸引了233名来自32个国家的建筑师参赛。最终意外胜出的是丹麦籍名不见经传的建筑师JørnUtzon(约恩.伍重)。
约恩.伍重的设计评委美国设计师埃罗.沙里宁看到后欣喜若狂，力排众议，最终确立了其优胜的地位。然而，约恩.伍重是著名的纸上建筑师，他曾经在18次建筑比赛中胜出了7次，最终仅有悉尼歌剧院落地建成。因为他的设计大多着重建筑的美学部分，从技术层面上看却存在较多问题，实现起来也是难倒了工程师们。这不，结构大师Arup就在悉尼歌剧院这个项目上倾力近10年的时光。
三.屋顶结构方案
“从建筑方案到落地是一个艰难而曲折的过程”
大家进入歌剧院内参观时，第一眼看到的是各种素面朝天的水泥柱子。很多人会觉得幻灭。然而，当年这一条条如肋骨状的预制混凝土嵌板可是伟大的建筑创新。这些混凝土肋一共有2194个嵌板，每个重量约15吨。
寻求解决方案是由建筑师和工程师团队之间紧密的沟通和交流相互推动的。为了保持伍重的原始想法，奥雅纳公司的工程师们在1957年至1963年之间开发了多达12种不同版本的混凝土屋顶设计。屋顶从建筑师原始草图的自由形状演变为最终设计的球形几何形状。
伍重手绘 抛物状屋脊，抛物状屋肋
单层混凝土薄壳 单层混凝土薄壳
100mm(屋顶处)~500mm(基座处)混凝土薄壳结构
混凝土壳结构形状合适的情况下，薄的混凝土壳结构才能得以实现。而伍重的结构显然不能满足要求。
C.抛物形设计，1959-61 D.圆形屋脊设计，1961
双层混凝土薄壳 混凝土包裹屋顶空间桁架
双向屋肋，结构百叶墙 百叶薄壳取代百叶窗
混凝土壳外壳+坚固的钢结构内部结构
建筑师弃用，壳的主要结构会被隐藏起来
仍然存在很多结构问题，并不完善
E 圆弧屋脊设计，1961 F 圆弧屋脊设计，1961
抛物状屋脊，圆弧屋肋 抛物状屋脊，圆弧屋肋
混凝土包裹屋顶空间桁架 预制混凝土屋肋
结构接点穿过百叶墙 结构塔墙
G 椭球面设计，1961 H椭球面设计，1961
椭球面屋脊，椭球面屋肋 椭球面屋脊，椭球面屋肋
钢结构外包混凝土表面 现浇及预制混凝土
1961年，由Arup高级结构工程师JackZunz提出采用以预制预应力Y形、T形水泥肋骨拼接的壳体及因之而带来的厚重边沿结构，其灵感来源于古代哥特式穹券。
这种三铰拱并列拼接而成的”壳体”结构，外表面呈球面形状，其凹面形成招风的“口袋”,因此拱在风吸力的作用下，其受力状态与平常拱在重力荷载作用下的情况完全相反，拱内力不是受压，而是受拉，必须利用拱的自重和施加预应力才能抵消其拉力。拱在风额荷载和自重作用下所引起的整体倾覆问题，则需在拱脚采取抗拉措施解决。
结构体系上的受力问题虽然得以解决，但是在施工难度上却有很大的问题。原来的设计不但没有规律，各扇型结构都有不同的弯曲度，完全没有逻辑可言，而且不同的弯曲面是互相接触的， 在无规律弯曲面的接合上，是很难确保施工的品质管理。
竖向力：沿着内部肋骨向下延伸到底座
水平力：外部载荷沿壳体向下传递
球状设计，预制混凝土肋拱结构
椭球面屋脊，椭球面屋肋 大圆屋脊，小圆屋肋
现浇及预制混凝土 现浇及预制混凝土
大圆屋脊，小圆屋肋 大圆屋脊，小圆屋肋
现浇及预制混凝土 现浇及预制混凝土
由建筑师约恩.伍重在肋拱方案的基础上提出。所有的壳体都是半径75米球体的一个部分。所有的混凝土都可以在相同的模具中铸造。
位于悉尼歌剧院门口的青铜浮雕模型
四.新技术在结构设计中的运用
“乌松的屋顶给结构设计带来了巨大的挑战”
南安普敦大学风洞试验模型
结构设计是一门艺术，没有唯一解。只有不断地探索去寻求相对的最佳，而无绝对的最优。
[1] “悉尼歌剧院”话题之一|结构大师彼得·莱斯的驻场故事
[2]汪达尊,傅涛.建筑的巨人结构的侏儒——从悉尼歌剧院谈起[J].建筑工人,2000(7).
[3]你所不知道的悉尼歌剧院http://blog.sina.com.cn/s/blog_4d43aa9c0102wd14.html
[4]违反常规的建筑—悉尼歌剧院(结构篇)
[5]建筑结构剖析之悉尼歌剧院
悉尼歌剧院位于澳大利亚悉尼，是20世纪最具特色的建筑之一，也是世界著名的表演艺术中心、悉尼市的标志性建筑。该剧院设计者为丹麦设计师约恩·乌松，建设工作从1959开始，1973年大剧院正式落成。在2007年6月28日这栋建筑被联合国教科文组织评为世界文化遗产。
悉尼歌剧院坐落在悉尼港的便利朗角BennelongPoint，其特有的帆造型，加上作为背景的悉尼港湾大桥，与周围景物相映成趣。每天都有数以千计的游客前来观赏这座建筑。
悉尼歌剧院主要由两个主厅、一些小型剧院、演出厅以及其他附属设施组成。两个大厅均位于比较大的帆型结构内，小演出厅则位于底部的基座内。其中最大的主厅是音乐厅，最多可容纳2679人。设计的初衷是把这个最大的厅堂建造成为歌剧院，后来设计改动了，甚至已经完工的歌剧舞台被推倒重建。音乐厅内有一个大风琴，是由罗纳德·沙普RonaldSharp于1969年至1979年制造的。号称是全世界最大的机械木连杆风琴，由10,500根风管组成。
主厅中较小的一个才是歌剧院。由于当初是将较大的主厅设计为歌剧院，小厅被认为不太适合做大型的歌剧演出，舞台相对较小而且给乐队的空间也不便于大型乐队演奏。
其他附属设施则包括戏剧院、影院以及摄影室。在入口的阶梯前也经常举行一些免费的公共演出。
歌剧院规模：悉尼歌剧院整个建筑占地1.84公顷，长183米，宽118米，高67米，相当于20层楼的高度。
悉尼歌剧院，SydneyOperaHouse，位于澳大利亚新南威尔士州的首府悉尼市贝尼朗岬角。这座综合性的艺术中心，在现代建筑史上被认为是巨型雕塑式的典型作品，也是澳大利亚的象征性标志，被联合国教科文组织列入世界文化遗产名录。
悉尼歌剧院不仅是悉尼艺术文化的殿堂，更是悉尼的魂魄，清晨、黄昏或星空，不论徒步缓行或出海遨游，悉尼歌剧院随时为游客展现不同多样的迷人风采。从远处看，悉尼歌剧院就好像一艘正要起航的帆船，带着所有人的音乐梦想，驶向蔚蓝的海洋。从近处看，它就像一个陈放着贝壳的大展台，贝壳也争先恐后地向着太阳立正看起。
悉尼歌剧院的外型犹如即将乘风出海的白色风帆，与周围景色相映成趣。悉尼歌剧院是从20世纪50年代开始构思兴建，1955年起公开徵求世界各地的设计作品，至1956年共有32个国家233个作品参选，後来丹麦建筑师约恩·伍重的设计屏雀中选，建设从1959年3月开始，直至1973年10月竣工，斥资1亿零200万澳大利亚元完成建造，为了筹措经费，除了募集基金外，澳大利亚政府还曾於1959年发行悉尼歌剧院彩券。
通常用於举办交响乐、室内乐、歌剧、舞蹈、合唱、流行乐、爵士乐等多种表演。此音乐厅最特别之处，就是位於音乐厅正前方，忠实呈现澳州自有的风格。