【史海回眸】悉尼歌剧院的设计灵感是橘子
【史海回眸】悉尼歌剧院的设计灵感是橘子？:59王军环球时报【环球时报综合报道】悉尼歌剧院近日迎来了自己的50岁生日。这栋坐落在悉尼港便利朗角的建筑于1973年落成，是20世纪现代建筑的杰作，于2007年被列入世界遗产名录。
20世纪40年代，不少世界级的指挥家来悉尼演出。他们能与当时的悉尼市政官员说上话，表示悉尼要想成为一个真正的大都市，需要一个文化繁荣的地方，他们需要一座歌剧院。许是指挥家的话触动了市政官员，1956年2月15日，新南威尔士州州长发布了“便利朗角国家歌剧院”的竞赛计划。
主办方收到来自世界各地的200多个参赛作品。2003年获得普利兹克奖的丹麦建筑师约恩·乌松在当时还名不见经传，他在12月份比赛结束前，将自己的12幅作品寄到了悉尼。
歌剧院的修建过程充满考验。1959年工程启动，计划建筑工期为4年，预算约为700万澳镑。但实际工程启动后，人们发现，当初令人折服的贝壳状设计实现起来极其艰难，加上施工中出现的矛盾和人员更迭，悉尼歌剧院最终历经14年才于1973年完成，整个建筑成本高达1亿澳镑。
作为主设计师，乌松对歌剧院的建设倾注全部热情，不断修改图纸，努力推进工程。然而1965年州政府人员更迭，在成本不断上升的情况下，介入项目，监督歌剧院的所有款项。当时，乌松提交的最新预算为1250万澳镑。支出越来越多，政府却没有看到明显的进展，便开始扣留工程款。乌松感到自己的创作自由受到限制，无法实现其完美的想法，于1966年退出项目。
直到2008年去世，乌松再也没有踏足澳大利亚，更没有亲眼看到竣工后的歌剧院。所幸这个充满创意的梦想最终还是得以照进了现实，乌松退出项目后，工程交由数位设计师共同负责。1973年10月20日，伊丽莎白二世女王为悉尼歌剧院揭幕。
据说，乌松在多年后曾经和人说起，这个看似船帆的设计灵感其实是他在看孩子剥橘子时产生的，只不过这件事并没有得到官方证实。有趣的是，为了最大限度地保留最初的设计理念，歌剧院后来进行改建时还请了乌松的儿子担任设计监督。至于他是不是那个当年剥橘子的小孩，就只有当事人才知晓了。责编：袁小存
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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。
A.竞赛设计,1957 B.早期抛物形设计，1958
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
J 椭球面设计，1961 K 球状设计，1961
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
L 球状设计，1962 M 最终球状设计，1962-63
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