建築話題
建築仿生學原理
鳥巢與建築
鳥是春天的使者、人類的朋友，它不但有鮮豔的羽毛，婉轉的歌聲，還有被譽為“天然藝術品”的巢。在法國民間流傳著這樣一句諺語：“人類除了鳥巢之外什麼都能製造出來。”可見，這個天然藝術品不但漂亮，而且巧奪天工，是一種不朽的大自然傑作，是人類建築構思時取之不盡的創作源泉。
那麼，什麼鳥的巢最精美呢？
鳥巢精美之最要首推織布鳥編織的瓶狀巢了。它撕取長條的樹皮纖維，像織布工人那樣用它那靈巧的嘴和腳，穿針引線，並不時地打結打扣而成堅固的編巢。編巢時，一般先由雄織布鳥編織巢的主體，並以此作為向雌鳥求愛的資本，經炫耀求偶成親後，由雌織布鳥編織巢的細部。織布鳥的瓶狀巢像一個曲頸瓶，懸掛在樹梢，出入口在旁邊。織布鳥就住在隨風飄蕩、逍遙自在的“家”裏生兒育女。編巢時有時遇到大風，織布鳥還會銜一些泥團來“鎮風”呢！
什麼鳥的巢又最大呢？
鳥巢容積之最要首推禿鷲。美洲有一對禿鷲共同生活了36年，在一場大風暴中，築巢的大樹被掀倒，人們才有幸見到了它們的“家”，經測量得知：鳥巢直徑2.74米，深6.1米，整個鳥巢共重兩噸哩！
什麼鳥的巢最科學？
鳥巢科學之最要首推澳大利亞、新幾內亞和東南亞一帶的營塚鳥了，它們的巢能產生恒定的溫度34℃～35℃，是雌鳥孵化蛋的理想產房。
營塚鳥用粗壯的兩腿挖掘一個大深坑，在坑內填上落葉，又填上泥土和砂，有的竟高達5米，土丘周邊長50米，為了造巢得花上幾個月的時間哩！過了一段時間，樹葉腐爛，溫度開始升高。那時雄營塚鳥經常來測量巢內溫度，它挖開表層，把翅翼下部無羽的部分貼近腐土堆，或者把頭部和上半身都鑽進洞穴內，啄出土堆深處的砂子測量溫度。當巢內溫度達到35℃左右，它們挖一個深洞，雌鳥就在深洞裏產下第一枚蛋，雄鳥使蛋大頭朝上，以便雛鳥容易出殼，並用砂子蓋好第一枚蛋。經過2～4天，雌鳥又產下第二枚蛋。這樣一直下16～33枚蛋。然後雄鳥連續10個月精心守護著這個特別的產房。當溫度超過35℃時，雄鳥就挖通風洞降低溫度，但到了晚上又匆匆把通風洞堵塞以防止熱量散失；當溫度低於35℃時，就向土塚琢敷砂土。
鳥巢有如下幾大特點：
鳥巢結構巧妙。鳥巢結構巧妙的可多啦。縫葉鶯生活在我國最南部的山林中，它選取芭蕉、葡萄藤的大型葉片，將葉片卷攏，雌鳥用嘴在葉緣相距1～2厘米處，鑽上一個個小孔，然後用樹枝纖維、蜘蛛絲和細莖等，從一個小孔穿出，又從另一個小孔穿入，並隨時在孔外打結以防鬆扣。縫葉鶯這樣嘴、腳並用縫成了窩，又用絨毛、棕毛等柔軟的東西墊底，舒適的鳥巢就這樣建成了。
“銜泥兩椽間”的燕子，在田間地頭濕地處啄出濕泥丸，雙雙銜回椽間，逐一堆積，又配置幹草、草根、羽毛等，經一周左右而成“泥碗”巢。有一種燕子叫金腰燕，它能築成長頸瓶那樣的泥巢。還有一種燕子叫樓燕，它口腔裏能分泌出很粘稠的唾液，與泥丸、草棍摻合，築成表麵透明的巢。樓燕的近親金絲燕，它純粹用自己的唾液築巢，那就是高檔宴席上的“燕窩”。
鳥巢用材巧妙。鳥巢用材之巧妙也不勝枚舉：燕子用泥做巢；麻雀以幹草做巢；鷹用粗大的樹枝做巢；黃鶯用樹皮、麻以及草做巢；壽帶鳥以樹皮和草外麵纏蜘蛛絲做巢。
紅尾伯勞為了得到細如毛發的樹皮纖維築巢，要花很長時間偵察森林中理想的樹，然後一條條撕下成一束運回，尤其是楮樹，由於樹皮質地細致而纖維長，嫩枝又多而易於剝皮，是紅尾伯勞築巢的理想材料。
鳥類築巢，一般就地取材，有時還采用人類使用的材料，在鄭光美所著《鳥之巢》中，記載著1957年作者在吉林省樺皮廠火車站附近大樹上發現的4個喜鵲巢，其外壁幾乎全是用粗鐵絲編成的。
鳥巢選址巧妙。貓頭鷹和野鴿在岩石縫內築巢；翠鳥以吃小魚為生，在岸邊土崖啄穴為巢：啄木鳥以樹洞為巢；老鷹、白鸛以大樹頂為巢；葦鶯在葦莖之間用長的草葉在高出水麵1～1.5米處做巢；骨頂雞在蘆葦與蒲草叢中築巢，將草莖彎折搭編而成餅狀巢，巢隨水浮沉。
鳥巢一般築在地麵或草叢中，往往極為隱蔽。柳鶯的巢選擇地表有枯枝落葉的地方，或選在山間小溪旁，以苔蘚、樹皮偽裝。據國外資料，鷦鷯的雄鳥建造很多的巢，而與雌鳥成婚後一個也沒有用上，用的是雌鳥的巢，這也可能是為了安全的疑兵之計吧！
烏巢的選址，巢口是有講究的。鄭光美先生對吉林省21個喜鵲巢做了觀察，發現絕大多數朝向西南，與當地背風向一致。日本某地喜鵲巢的巢口，多數朝北或東南，很少朝西，這不但有風向問題，還有日照問題。
鳥是天才的建築師。織布烏會編織樹皮成巢，縫葉鶯會縫葉成巢，燕子會用泥丸壘成巢，營塚鳥能造出恒溫的巢，骨頂鳥會造浮巢……鳥為人們展現了無與倫比的建築藝術品。在科學發展一日千裏的今天，建築的造型、設計、計算、用材、施工、選址等都有待於創新與發展，鳥巢不正是我們模仿、借鑒、學習的好榜樣嗎？
中國古代書載“有巢氏”，說明人類最早也曾像鳥那樣巢居樹上，後來由樹上下來定居，在地麵上造起了房子。而建築的發展，跨度越來越大，高度越來越高，說不定人類又會像鳥兒一樣，重新居住在人工造成的“大樹”上呢！
鳥巢真是一個大自然的謎，而這個謎正有待於科學家去揭開。大自然存在著多少個謎呀！它正如希臘神話中的大神使者赫爾墨斯，變化無窮。美國學者瓦爾特·麥勒斯說：“自然正如生命一樣創造了各種形式。她美妙地把樣式和協調賦予她親手創造的各種元素，賦予她使之生氣盎然的各種力量中。因此世世代代的人類總是喜歡把她看做是神性的藝術創造，是一位不可捉摸的、變化多端的赫爾墨斯。”
建築，正麵臨著困境，時代的要求是大跨度、大高度，安全、經濟、美觀而適用，歐美等各地的學者正轉向對大自然結構形態的研究。德國斯圖加特大學著名工程師、學者F·奧托出版了《自然—知識—建築》、《自然建築》、《建築師的自我修養》三本專著。德國學者收集貝殼、海螺、蛛網、龜背、骨骼、頭顱、葉脈、樹枝以及昆蟲標本等，並考察山川地形、原始建築、山洞蟻穴、細胞構造後，提出的專題報告有最小網格、生物學與房屋、自然界和技術領域中的網格、自然和技術領域中的薄膜與薄殼、形態與力的性質的基礎、藻類植物結構等。
一門仿生建築學正在興起。近幾年來，德國學者K·鮑契進行了大量皂膜係統試驗，為薄膜結構提供了合理外形的根據。美國女建築師A·卡蘇巴仿造野居山穴，采用PVC塑料薄膜，它的造形形態萬千而又新穎、離奇、別開生麵。美國學者W·斯法特裏研究自然的優化並應用於分析建築的連續力學之中。美國學者M·哥爾斯密斯綜合分析了166個已經建成的大跨度鋼結構（其中最大跨度為230米），從自然的優化中得出，不同的跨度應采用不同的空間結構，為合理采用建築結構的形式闖出了一條新路。
青竹受力的啟示
文人墨客喜歡竹子的虛心，科學家喜歡竹子的“腹中空”。竹子的節節上升而成材，成功的秘訣正是竹子的“腹中空”。
力學的奠基人——意大利科學家伽利略曾經對中空的固體做過研究，他在《關於兩門新科學的對話與數學證明對話集》說道：
“我想再談幾句關於空中或中空的固體的抗力方麵的意見，人類的技藝（技術）和大自然都在盡情地利用這種空心的固體。這種物質可以不增加重量而大大增加它的強度，這一點不難在鳥的骨頭上和蘆葦上看到，它們的重量很小，但是有極大的抗彎力和抗斷力，麥稈所支持的麥穗重量，要超過整株麥莖的重量，假如與麥稈同樣重量的物質卻生成實心的而不是空心的，它的抗彎和抗斷力就要大大減低。”
“實際上也曾經發現並且用實驗證實了，空心的棒以及木頭和金屬的管子，要比同樣長短同樣重量的實心物體更加牢固，當然，實心的要比空心的細一些。人類的技藝就把這個觀察到的結果應用到製造各種東西上，把某些東西製成空心的，使它們又堅固又輕巧。”
一般竹子的橫向截麵，直徑為6厘米，壁厚為0.5厘米，假如把竹子做成實心的，則其抗彎能力是原來的1/10，由於竹子是細長的承受自身重量的受壓杆件，假如把竹子做成實心後，在自身重量的壓力下它會搖擺不定而失去平衡。由於竹子品種的不同，生長的高度也不一樣。毛竹可以參天，但把毛竹做成實心的，經科學計算，隻能長到高梁杆那樣高。
根據力學原理，一根杆件在其橫向截麵，應盡可能把材料向周邊分布，正由於這樣才形成了中空，而且，越是優質材料越是向邊緣布置。竹子就是這樣，竹子的表麵呈現出青色的叫竹青，往往是竹編的好材料。
竹子的“腹中空”，增大了抗彎和抗斷能力，而且降低了自身重量。任何植物，除了抗風以外，主要是抗衡自身重量。德國有一句諺語：“大自然很關心，不讓樹木長到天頂。”樹木之所以長不到天頂，是受風力和自重的製約，竹子之所以有現在的高度，功勞完全歸於“腹中空”。仔細觀察自然界，像竹子那樣“腹中空”的植物還真不少哩，如麥子、高梁、玉米、蘆葦等。
文學家歌頌竹子的氣節，從力學的角度來說，竹子的竹節是抵抗橫向剪切的關鍵，是竹子強度有機的部分。農業上小麥減產主要原因之一是“倒伏”，那是小麥返青拔節時，由於雨水過多，生長迅速而拔節快，形成節與節之間間距大，減低了麥稈的抗剪能力，頭重腳輕杆軟倒伏於地的緣故。
一個建築，都是由很多杆件組合而成的，有的杆件承受壓力，有的杆件承受拉力，有的杆件承受彎曲，有的杆件承受剪切，有的杆件承受扭轉，有的杆件承受以上幾種情況的組合受力。對於長而細的承受壓力的杆件，它的破壞並不是由於強度不夠而折斷，而是由於不能保持原來的直線而偏移，雖然沒有折斷，但偏移而離開了原來直線位置，同樣會導致整個建築的破壞，這種現象在科學上稱為“壓杆失穩”。
壓杆失穩在建築上產生過很多嚴重事故：
1907年加拿大魁北克的聖勞倫斯河上的鋼橋，當時正在架設中間跨橋梁時，由於懸臂鋼桁架中個別受壓杆失去穩定產生屈曲，造成全橋坍塌；1925年，前蘇聯的莫茲爾橋在試車時，也是受壓杆件失穩而破壞；1940年，美國的塔科馬橋，剛完工4個月，在一場大風中，由於側向剛度不足而失去穩定，使整個橋梁扭轉擺動而破壞；美國東部康涅狄格州哈特福市中心體育館，能容納12500人的大跨度網架結構，於1971年施工，1975年建成，在1978年的一場暴風雪中倒塌，事故的原因也是個別壓杆失穩。
麵對著自然界中的狂風暴雨，青竹節節上升，自然優化，適者生存，合理受力，給人們帶來了眾多的啟示。
仿蛋建築
雞蛋能承受多大的力？
人們有時會打賭——誰能用一隻手把雞蛋捏碎？血氣方剛的小夥子急著上陣，但總是一個個敗下陣來。人們不得不承認，雞蛋能承受很大的力。
雞蛋受力，原來為業餘科學家所青睞。
英國消防隊員為了試驗雞蛋的受力，把一輛救火用的消防車停在草地上，伸直救火梯子，消防隊員從離地21米高的救火梯頂端向草地扔下10個雞蛋，出乎意料的是隻破了3個。
英國皇家空軍飛行員也對雞蛋能承受多大的力產生了興趣，他們把直升飛機停在離草地46米高的空中，向草地扔下18個雞蛋，結果也隻破了3個。英國《每日快報》的工作人員，幹脆租了一架軍用飛機，以每小時241公裏的速度向飛機場俯衝，在俯衝中投下60個雞蛋，結果破了24個。
以上是用雞蛋所做的動力衝擊試驗。在靜力作用下，雞蛋可以承受更大的力。
記得有一年中央電視台春節聯歡會上，有一女孩表演踩蛋，女孩兩手各提一桶水，雙腳踩在4個雞蛋上，雞蛋安然無恙。
1989年，日本愛知縣的春日井市先生，在汽車前輪各用34個雞蛋，後輪各用52個雞蛋，總共隻用172個雞蛋支承起了一輛大卡車。
根據國外資料介紹，當雞蛋均勻受力時，可以承受34.1千克的力呢！
鳥類的蛋具有如此大的承受力，是與它特有的蛋形曲線和科學的結構分不開的。蛋的結構有三層，外層為表皮層，又稱閃光層，中層為海綿層，內層為乳頭層，不同的鳥類具有不同的三層顯微結構。
蛋殼中，主要成分是碳酸鈣，約占89％～97％，另有少量的鹽類和有機物。
應該說，真正的蛋殼成分仍然是一個謎，還需人們進一步探索。在蛋殼的成分中，隻要加入或減少某一成分都會影響蛋殼的強度，而且各種成分的比例更是至關重要的。根據國外資料，在美國已經發現有20多種鳥類的蛋由於受農藥的影響，而變薄變脆、降低了強度。
奇妙的雞蛋為我們展現了以最少的材料造出最大的空間，並承受很大的力的大自然的傑作。一個雞蛋長為4厘米，而蛋殼厚度隻有0.38毫米，厚度與長度之比為1∶130，以其特有的蛋形曲線塑造了它的外形。
具有曲線的外形，厚度又很薄，主要承受壓力的結構在建築上叫薄殼結構。在“山光物態弄春暉”的自然界中，像雞蛋那樣的薄殼結構是如此的豐富多彩而變化萬千，有禽蛋、貝殼、蚌、螺、蝸牛、蟹、魚子、眼球、頭顱、豆莢、種子、果核等等，它們以最合理、最自然、最經濟、最有效、最進步、最優美的形式競相媲美，爭放異彩。
要造出像雞蛋那樣的建築確實不簡單呀！人類在蛋形建築史上經曆過相當艱辛的過程。在文藝複興時期建造的意大利佛羅倫薩主教堂，其跨度達到42.2米，主高度接近91米，當時的傳記作家和建築師瓦薩裏熱情地歌頌它與四周的山峰一樣高，連老天爺看了也嫉妒。但它的厚度卻隻在61～78.6厘米之間，厚度與跨度之比為1∶60，它並不是薄殼結構而是厚殼結構，而且它僅是由八瓣組合成的並非球形的建築。在文藝複興末期，意大利羅馬建成了聖彼得大教堂，圓圓的球形建築，像豎放的雞蛋，圓頂直徑41.9米，內部高123.4米，但厚度竟達1～3米，厚度與跨度之比為1∶40。直到1924年，德國的蔡斯工廠天文館才建成第一個半圓球形的薄殼結構。1925年德國耶拿斯切夫玻璃廠廠房采用了球形薄殼，直徑為40米，殼厚隻有60毫米，采用鋼筋混凝土為建築材料，厚度與跨度之比為1∶667。
現在，像雞蛋那樣的仿蛋建築已經很普遍了。美國通用汽車公司技術中心水塔，法國吐魯士電子加速器實驗站，我國新疆某機械廠的金工車間裏像水珠似的儲罐，它們都是絕好的仿蛋建築。
絕美的黃金分割
1509年，意大利威尼斯人盧卡·帕契奧裏在《上帝規定的比例》一書中，
興的巨人，是一位物理學家、生物學家、地質學家、生理學家、力學家、工程師、機械師、軍事家、畫家、雕塑家、歌唱家，被譽為集科學與藝術於一身的人物，他對“上帝規定的比例”愛用另一個名稱，即黃金分割，又稱黃金律。黃金律被認為在構圖中是最和諧、最完美的表現，是“神聖的比例”。德國傑出天文學家開普勒說：“幾何學中有兩件珍寶：一是勾股定理，二是中外比。如果第一件是黃金，那第二件就是寶石。”（黃金分割又稱中外比。）
15世紀，意大利數學家帕契奧裏為黃金分割列出了一大堆優點，他寫道：“黃金分割對我們的作用是：一、實質性的，二、特殊的，三、無法表達的，四、無法解釋的，五、……最後，十七、是寶貴的。”
1.618值，他在《幾柯原本》第五卷中說：“所謂量中第一與第二之比等於第三與第四之比，是指第一與第三的任何等倍數同第二與第四的任何等倍數有如下關係：前者的等倍數必相同地大於、相同地等於，或相同地小於相應
古希臘在公元前447年至前431年，建成了舉世聞名的雅典帕提農神廟，
文藝複興時期的“上帝的比例”，事實上是由我國經印度、阿拉伯傳入歐洲的，印度傳給阿拉伯之前稱為“三率法”，它在我國古算術書上均有記載，《九章算術》“粟米”章一開始，就列舉了各種米的出米率：“粟米之法：粟率五十，糲米三十，稗米二十七……”即5鬥穀去皮，可得糙米3鬥，又可臼得稗米2鬥7升等等。類似的問題在《九章算術》“衰分”、“均輸”、“勾股”諸章及其他古算書中均有記載，這些內容就是正比例、反比例、複比和比例分配等，由於這類問題都以“今有”二字起首，在我國古算書中統稱為“今有術”。
一般認為，黃金分割來源於自然界，如鸚鵡螺的螺曲線，其構成與1.618相關。在人的身上，廣泛存在著黃金分割的比例關係，成年人的腰部是人體的黃金分割點。近代建築大師勒·柯布西埃根據對人體的分析，創立了以黃金分割為依據的人體模度圖。
根據勒·柯布西埃分析，高舉左手，頭頂至腰的距離與手指尖至頭頂的
至腰的距離之比也是1.618，對於人的臉來說，其高度與寬度之比以及兩眼間的間距與嘴的大小之比都是1.618，在人體中，到處都充滿著1.618。正如文藝複興時期的數學家巴奇奧裏所說那樣：“……所有的度量和它們的名稱都來自人體，而且在人體中可以找到上帝揭示自然最深邃的奧秘的全部的比和比例。”在古希臘，人們認為人體是最美的東西，畢達哥拉斯認為：“人體的美由和諧的數的原則統治著一切。”當時雕塑家費地也說：“沒有比人類形體更完善的，因此我們把人的形體賦予我們的神靈”。
人體是美的數的集合體，建築要美，當然會自然地模仿人體的各種數及數量之間的比例關係。在建築上有兩種有名的柱子式樣，古希臘人以男人的腳掌長度是身高的1/6應用到柱的高度與直徑的比值上，創立了多立克柱，以女人的腳掌長度與身高的關係應用在柱子上，創立了愛奧尼柱。多立克柱比例粗壯，剛勁有力，恰如“塞外秋風駿馬”，顯出陽剛之氣；愛奧尼柱比例輕快，秀美華麗，恰如“杏花春雨江南”，亭亭玉立如少女臨風。柱式的創立，大大地推動了建築藝術的發展。
古羅馬建築權威維特魯威說：“建築物必須按照人體各部分的式樣製定嚴格的比例。”隻有這樣，建築才會越來越美。
從古希臘人崇尚五角星，創立雅典帕提農神廟及柱式，到費地的雕塑品及伊特拉斯坎人的陶器，黃金分割一直為人們廣為應用。達·芬奇應用黃金分割畫出了世界名畫《最後的晚餐》。意大利著名小提琴製造專家斯特拉迪瓦裏精通黃金分割，製作了近千把音質優美的小提琴。數學家華羅庚將黃金分割應用於優選法，可以合理地安排實驗和試驗，以較少的試驗次數找到合理的配方和合適的工藝條件。建築師勒·柯布西埃以人體模度圖，在長短、麵積、體積等方麵設計出一種比格，推動了建築的標準化、工業化。
黃金分割在人腦中是怎樣形成的呢？
根據國外資料，人腦具有精神意識、思維活動等功能，人腦中形成許多中子網格互相聯係起來的結構，中子依靠電信號相互作用，中子的網格、網絡的外形就是振蕩電路；人腦在活動中不僅有固定的電振蕩頻帶，而且人腦電振蕩的擺幅和頻率也不斷地變化。
的低頻帶頻率（在電磁波中低波長範圍內每秒振動的次數）為8.13赫茲（頻率的單位），高頻帶的頻率為12.87赫茲，高、低頻率帶頻率之和為21赫茲，
人腦中形成黃金分割的奧秘終於揭開，可見黃金分割並非簡單模仿自然界中呈現出來的現象，而包含著更深的哲理。自然界中有許多形形色色的“謎”，而這許多“謎”，正是大自然送給人類的絕妙的產品。
蜘蛛織網與建築工程
蜘蛛織網，一般利用三點，如牆角、挑出的樹梢、石頭尖處等，先由三點連成三角形組成網的邊，並由一根特殊的絲通過未來的網中心，然後由邊向網中心拉輻線，到網中心後在相鄰的地點向邊拉輻線，這樣來回拉了幾條輻線後，卻跑到相對的那一邊去拉輻線，很明顯，它正利用靜力學以維持網的平衡。
拉好了所有的輻線，蜘蛛由網中心以螺旋線向外盤旋拉絲線。蜘蛛到了最外圈後，沿著原路返回，返回時不時地抓起原有的網線聚成小球，固結在與輻線相交的點上形成很多的小點，在沿著原路返回過程中拉的絲線才是真正的蜘蛛網線。由外向裏盤旋的螺旋線越來越密，形成數學上的對數螺旋線，這樣，曲線由外向裏雖然密度增加，但在理論上永遠到不了中心點。
建造一所房子，一般有四個步驟：打基礎，安置骨架，搭腳手架，拆腳手架。這與蜘蛛結網真是有異曲同工之妙。蜘蛛以三個固定的點形成三邊的三角形，這與造房子打基礎對應。蜘蛛在三角形的三邊拉輻線如造房子的安置骨架。蜘蛛由裏向外拉螺旋絲線隻是為結真正的蜘蛛網做準備，正如造房子搭腳手架，隻是為了施工時臨時之用。蜘蛛由外向裏拉螺旋絲線，並隨時把原有絲線去掉固結在網點形成小點，正如造房子時，房子建成後拆去腳手架那樣。蜘蛛真是一個聰明的動物，蜘蛛結網與人類建築施工是何等的相似啊！
所有的柔性材料如藤、繩、索都具有極強的抗拉特性，由柔性材料組成的建築結構稱為懸索結構，它具有跨越大跨度的能力，而且特別節省材料。
蜘蛛網就是自然界中的懸索結構。蜘蛛網能承受很大的力，有的蜘蛛網上放上一個啤酒瓶也不會掉下地，古代還有人用它捕魚、捉鳥呢！
我國是最早應用懸索結構的國家，我國利用竹索造的橋在《前漢書》中已有記載。北宋時期，四川灌縣安瀾竹索橋橫跨岷江之上，長達344米，共分8跨，最大一跨為65.6米，用10根16.5厘米直徑的竹索組成。我國雲南景東附近蘭津橋，建於公元58～75年，用鐵鏈造成，橫跨瀾滄江，跨度達到82米，而西方最早出現的懸索橋是公元1515年，比我國落後1000多年哩！
懸索結構廣泛應用於體育建築。美國的阿拉美達體育館，就是一張像蜘蛛網那樣的圓形的鋼索網，直徑為128米，外環設置了32根鋼筋混凝土支柱，內環直徑為13.8米，內、外環設置了96根鋼絞線的輻線，體育館可容納15000多人觀看體育表演。北京工人體育館的雙層輻射式懸索結構，外形似平放的自行車的車輪，有上、下兩張網，兩張網之間有杆件相聯，人類創造的“網”到底比蜘蛛網要高明，由蜘蛛的一張網變成兩張網，承載能力也比一張網要大得多。
懸索結構，目前有單層的、雙層的，有圓形平麵的、橢圓形平麵的、長方形的、六邊形的，有馬鞍形的、雙曲麵形的、拋物線形的，真是五花八門，千姿百態。
人們在建築時，總是自覺地追求美，按照美的規律來建造，隨著社會生產力的發展和人類智能水平的提高，對美的追求和創造更豐富、更凝煉、更富有哲理、更強調美的綜合效果，在認識自然、改善自然中，科學、技術和藝術的綜合的趨勢已經形成，正如加拿大學者米克教授指出：“現在，有了一種新的創造精神，開始重建一個包括藝術、科學和技術都在內的完整而統一的世界。”在這一方麵，美籍華人林同炎成功地設計了一座曲線斜拉橋，它如眾多的“蜘蛛絲”拉著一片細長的樹葉一樣，構思之獨特、工程之巧妙、造型之優美受到全世界工程技術人員的好評，獲得了全國第26屆優秀建築比賽一等獎，被譽為“結構工程與美的理想相結合”的典範。
林同炎設計的曲線斜拉橋位於美國加利福尼亞州的一條狹穀河流上，兩岸山高陡峭，穀深流急，若是采用一般直線形橋，則兩岸引橋要挖去大量山崖，假如采用抬高橋麵的方案，雖然避免開挖山崖，但引橋很長，兩者都會使工程造價昂貴。而林同炎先生設計的曲線形橋，很自然地與兩岸線路聯接，達到橋與路的有機結合，正如長虹臥波，複道行空，天塹變通途。這橋另一個特點是采用很多斜拉的索，直接固結於兩岸山崖上，一根根斜拉索交叉網勝似蜘蛛網，奏出一曲美妙的“蜘蛛網”暢想曲。
奇異的螺旋形建築
你知道江河湖海裏有多少螺嗎？它們有滇螺、駱駝螺、天狗螺、萬寶螺、馬蹄螺、筆螺、鳳凰螺……真是數不勝數。
你知道哪裏有螺旋線嗎？自然界中到處都有螺旋線：所有有回旋形貝殼的軟體運動——螺，都有螺旋線；蜘蛛以螺旋形結網；牛角按螺旋形生長；向日葵的花子按螺旋形排列；人的內耳耳輪也是螺旋形的。
螺旋形往往是建築造型的母體，而螺的外形也是建築師構思的素材。海灘上各種各樣的海螺、貝殼，在波濤洶湧的大海中為生存而搏擊，自然的優化形成了它們優美的螺旋線。當前，“回歸自然，崇尚自然”已成熱門話題，所以，一批直接模仿螺的外形的建築也應運而生了。
我國北國海濱旅遊勝地北戴河，有一座可以登高觀海的“碧螺塔”，塔的上部三層模仿海螺殼的十二瓣螺旋，形成層層起翹的挑簷，在海灘的“碧螺塔”上觀看碧螺的家，不是更具有詩情畫意嗎？我國東南大學齊康教授設計的福建省長樂度假村小島上的海蚌塔和大廳，雖然並非直接模仿海蚌，但卻體現出藝術的“神似”，內涵之中蘊藏著海蚌、海螺的螺旋美。印度尼西亞雅加達泰曼公園有一座金蝸牛電影院，其外形像一隻蝸牛，在“蝸牛殼”中看電影情趣盎然。
世界建築大師賴特設計的美國古根海姆博物館，它是倒置的圓錐螺旋線的外形，參觀的人流由中央電梯直送至頂層，然後讓他們由螺旋形的樓梯到各層參觀，博物館由上至下層層縮進，造成既連續又有變化的空間；參觀過程中，博物館建築的本身就使參觀者產生動態的韻律感。新加坡聖淘沙海上旅館高15層，采用渦旋螺線的海螺形，整個旅館像一個雕塑品，而且具有動態感，真是美極了。
1920年，前蘇聯建築師塔特林曾設計了“第三國際紀念塔”，采用螺旋形，曾轟動一時。80年代，美國建築師海蒙特設計了“太平洋之塔”，高達548.6米。高塔由螺旋形結構和中央桅杆組成，像一棵大樹爬滿了螺旋形上升的藤，象征著太平洋沿岸國家欣欣向榮、蒸蒸日上的氣象。“太平洋之塔”是作為衛星通訊的地麵接收站，意味著太平洋沿岸各國信息的交流、文化的交流。
隨著高層建築的崛起，在高層建築中采用螺旋形也日益增多。在1968～1972年，意大利建築師尼柯萊特和馬斯曼塞設計了由三個渦旋螺絲組成的渦形螺旋摩天大樓，高達540米，其核心是由三個桅杆組成的筒狀體，具有力度感和時代感，美學造型精美絕倫。
螺旋線，奇妙的曲線，優美的曲線，“生命的曲線”。它像對數螺旋線那樣，盤旋擴大而上升至遠方、更遠方，以至無窮，向下盤旋而縮小，又無法找出其出發點。自然界的一切，都像螺旋線那樣的美；自然界的一切，都像螺旋線那樣呈現出無限寬廣的圖景。
“泡泡大樓”
氣泡，在自然界裏是很多的。藍蜻蜒的翅膀由很細的薄膜肋構成，肋之間就是一張極薄而柔軟的薄膜，那是不封閉的“氣泡”，叫做不封閉的充氣結構，類似的還有蝙蝠的翅膀。像青蛙的囊袋的“氣泡”，叫做封閉的充氣結構，其他還有，如魚肚中的“氣泡”，動物身上貯存尿的囊袋等。現在，封閉的充氣結構在建築上已廣為應用。
充氣的封閉薄膜有一個很好的受力性能，那就是各處的表麵張力都相同，由於用材少、重量輕，因而是一種很好的建築結構。
最早設想把充氣結構用來建造房屋的是英國工程師蘭切斯特，他在1918年取得了關於此事的一項專利，並設計了直徑為650米的充氣結構，但遺憾的是他過早地離開了人世，沒有使理想成為現實。
1970年日本大阪世界博覽會上，博覽會的遊樂場采用在一根立柱上的充氣結構，在立柱頂端有向四周布置的纜索掛著四周布置的一個個充氣結構，充氣結構的另一端支承在離頂端不遠的立柱環上，當纜索收緊時，蘑茹狀的充氣結構就收攏，撐開時就像一個大圓盤，其最大直徑可達35米，博覽會上這種紅黃相間、向不同角度撐開的一個個“蘑菇”，為遊樂場增添了節日的歡樂。
充氣結構還可以用來作水壩。由英伯遜設計的水壩在1957年建成，水壩高1.5米，長40米，充氣薄膜用螺栓固定在水下的混凝土基礎上，可以充氣、放氣以調整水壩的高度。目前，充氣水壩已經發展到高可4米，長可達600米。假如給充氣水壩定期地塗以海普隆（高級塗料），壽命可達20年以上。充氣水壩造價便宜，比一般水壩可節省75％的造價，而且施工簡單。
充氣的帳篷千姿百態，由英國M.L.航空公司設計製造的一係列充氣夾心板可以構成大小不同、形狀各異的任何多邊形的帳篷。
英國的軍事工程試驗處，1965年設計製造了軍用充氣橋，橋跨度5.5米，橋本身很輕，隻有350千克重，打仗時，遇到小河可隨時充氣讓卡車通行，用完則放氣縮小成一小團讓卡車運走。
充氣結構打破了傳統的建築結構形式，在有壓氣體壓力的調整下，隻要塑造出封閉的外形，任何形狀都可以實現。它不存在梁、柱等構件，當充氣結構受力時，結構內受壓氣體把力傳給整個結構，充氣表麵薄膜各處受力相同。
1970年日本大阪世界博覽館中，日本的富士館因其體量宏大、造型新穎而大出風頭。它由16根直徑為4米、長度為78米的充氣管柱組成，把它們兩頭分別安置接地，於是中間拱起形成一個個拱門，由於圓形平麵，兩頭接地的一個個拱門隨著跨度的不同（最大的跨度為圓形平麵的直徑）拱起的高度也不同，造成馬鞍形的外形，充氣管由聚乙醇薄膜製成，外塗海普隆，內塗聚氯乙烯。
美國在1959年建造了波士頓藝術中心劇場，有2000多個座位，建築平麵為圓形，直徑44米，采用氣墊屋頂，層頂的中央高7米，飛墊式屋頂鉚固在鋼製多邊形體的各個柱上。
氣泡泡能蓋成大樓，能蓋成很大很大的“大樓”，甚至使你不敢想象。
德國充氣結構專家奧托曾設計了充氣薄膜與網殼相結合的巨大的罩，其直徑為2000米，高為240米，可以覆蓋擁有15000～45000居民的城市。在寒冷的北極，有了這樣一個“罩”，就可以調節氣候，就可以開發北極了。所以，奧托的設計又叫做“北極城設想”。
美國建築師富勒，也是一位充滿想象力的工程師，在1962年，他也設計了用充氣薄膜與網殼結合的圓穹，直徑為3200米，想把紐約的整個曼哈頓地區罩起來，這就是建築中最著名的“烏托邦”充氣結構。
樹木參天高樓立
腹中空的竹子、麥杆，把材料盡可能分布在橫截麵的四周以增大抗彎、抗斷的能力。
樹，肉眼所見是實心的，但在顯微鏡下卻到處布滿著細孔，它同樣地把有限的實體盡可能向四周擴展，也具有很大的抗彎、抗斷的能力。
你去過泰山嗎？你是否留意過泰山峽穀通風口的樹長得怎麼樣？泰山峽穀通風口的樹與眾不同，它的樹幹橫截麵不是圓的，而是橢圓的。由於通風口風相當大，要生存必須提高迎風的抗彎能力，這種橢圓形樹幹是樹木長期適應自然優化的結果，這種橢圓形樹幹的樹不是很美嗎？！不是很科學嗎？！
建築師吉奧·慶蒂設計的意大利米蘭的皮爾利大樓，其構思是4棵並排的“樹”。樹與高樓之間，在具備抗彎、抗斷能力方麵是一致的，越是接近地麵，其受力越大。從樹的外形可知，樹幹由樹梢向樹根越來越粗，從樹的外形聯想高樓受力的核心部分，也必須從上到下越來越粗。把樹幹切片置於顯微鏡下，研究樹的水分、養料的輸送，會發現它與城市道路立交網係統又是何等的相似呀！
近幾年來，出現了一批高技術建築，這是一種表現技術美的建築，正如芬·裏德所說：“……探求、研究並且為建築帶來詩意般充滿信心的願望。在這種建築中，科學——我們時代的‘上帝’——和技術也已富於人性。這種建築物能夠塑造和表現。”
高技術建築一方麵從新技術的產物如高速賽車、航天飛機等形式中尋求啟示，一方麵從自然界中尋求靈感。
倫佐·比阿諾在設計休斯頓曼尼爾博物館時，集中精力研究屋麵的形式和構造，他從采光調節、陽光輻射的控製、結構、細部四個方麵來構思，以樹葉為原型設計屋麵檔板，既輕柔又完美。
進入樹林，成排的樹幹構成了“豎向線條”，顯示出高潔、希望，給人以緊張感、上升感。保羅·克利給線賦予了詩意，他說：“一條線就是一個點在散步。”那末，像樹林那樣的豎向線條，則是眾多點在向青天進軍了。日本建築特色之一，就是有很多的豎向線條，如日本的法隆寺，它顯示出像樹林那樣日新月異，天天向上。
城市用地的緊張，促使城市的規劃向空中發展，日本建築師磯崎新在1962年設計了空中城市，設想把建築集中在一棵棵人工大樹上，好像一個個果實，樹幹與樹枝都是有效的交通係統，樹與樹之間也有交通之便。城市建在空中，充分享受了陽光和空氣，而且還土地於綠化，人類的生活再次上了樹，成了新的“有巢氏”，過著鳥兒般的生活了。
樹，作為探索科學哲理的素材，具有著更寬更廣的研究領域。樹長得高，枝葉繁茂而“招風”。但仍然屹立於大地之上，關鍵是紮根於地下，見縫插針地深入、深入、再深入。再看看人類創造的房子地基，其中之一叫樁基，是一根根樁打入地下，房子建在樁的頂部。與樹根相比，彎彎曲曲的樹根要比直直的樁不知高明多少倍呢！
美的構想——對稱建築
在“天河夜轉漂回星，銀浦流雲學水聲”的茫茫宇宙有著奇妙的對稱，在微觀世界裏的細胞、分子、原子……也有著奇妙的對稱，凱庫勒的苯環結構式，華森、克裏克提出的DNA的螺旋結構，都顯示出一種對稱的科學美。在自然界中，飛禽走獸、草木花卉都顯示對稱的美。
對稱被視為“和諧與美”的定義。一般對稱的物體具有對稱軸，在對稱軸的兩邊等距離處具有大小、方向相同的物件，如常見互相垂直的十字軸線的對稱形式：正方形，正圓形，正六邊形，正八邊形等；另外如“十”字，“田”字，“井”字，“亞”字等。這一類稱為具有兩個對稱軸的對承稱物體。更普遍的是具有一個對稱軸的對稱物體，如人、虎、蝴蝶、鴿子……
在科學上，科學理論也有美與不美的問題，它決定於和諧、對稱、簡潔、新奇。和諧，即邏輯的正確性和構造的嚴密性。對稱，即反映出自然形態和運動的廣泛對稱性。簡潔，即豐富的多樣統一。新奇，即科學思想的獨創性和科學方法的新穎性。對稱，作為決定科學理論美與不美的四大要素之一，含義是很廣泛的，科學家維爾寫了一本專著《對稱》，書中說：“對稱，無論廣義或狹義，我們都不理解這個詞。對稱是一種思想。多少世紀來，人們希望借助它來解釋和創造秩序、美和完善。”
對稱，表現出一個整體的各部分和成分的配置的勻稱和協調，給人帶來優美和精確的感覺。對稱的理論幫助了德國化學家凱庫勒發現了芳香化合物分子結構，分子中的原子以對稱形式組成閉合的環形聯接的鏈，分子模型完美、漂亮。自然現象的對稱原則啟迪了狄拉克，使他預見了粒子的電性能能夠轉變。1979年美籍華人物理學家楊振寧談道：愛因斯坦開辟的“對稱性支配著相互作用”的原理，有力地促進了“規範場的對稱性”、“超對稱性”新理論的出現；對稱性可以說是理論物理學的一個重要觀點。
自然界的對稱現象是如此強烈地影響著建築，以致於所有的建築和建築群都包含著對稱的原則。
1403年，我國明朝永樂皇帝下令遷都北京，在元朝大都的基礎上建立了北京城。1557年，明朝嘉靖皇帝在城南外加築外城，形成了今天的“凸”字形平麵的北京城，從南端的永定門向北經皇宮、景山到鍾鼓樓，直到北城牆結束，形成了一條7.5公裏長的中軸線，這就是北京城的對稱軸，它可謂世界上最長的對稱軸了，宮殿建築就在這軸線左、右對稱的位置上。皇宮層層殿宇，錯落有致，以太和殿、中和殿、保和殿為核心，由對稱形成莊重、整齊、穩定的格局，充分顯示皇權的精神作用。
我國古都西安，隋朝統一後模仿漢魏的洛陽城，南北長8651米，東西長9721米，唐朝定都後改名長安，和北京城一樣以中軸線規劃建築，體現出對稱的特色。
雨果的小說《巴黎聖母院》轟動了全世界，哥特式建築（歐洲古典建築風格之一）的巴黎聖母院也因此蜚聲世界。經曆了72年才建成的巴黎聖母院教堂是中世紀歐州哥特式教堂的“元老”和典範，教堂西立麵是典型的左右、上下三段式劃分的建築，底部是深深內凹的三座券門，券內側的層層線腳中布滿了雕像，教堂的東立麵是一圈環形的聖壇和小禮拜堂。對稱布局在其中處處可見。