结构和材料，专业知识也可以很简单

记得小学时，语文书中有篇关于赵州桥的课文，那是我第一次意识到设计的奇妙。阅读《结构是什么？》之后，发现设计离不开结构，材料也离不开结构。赵州桥的建造中有结构的知识，甚至泰坦尼克号的沉没也与结构有关。

J.E.戈登毕业于格拉斯哥大学船舶工程专业，材料科学和生物力学研究领域的先驱者之一。他的三本结构和材料方面的普及读物影响深远，《结构是什么？》是其中之一。戈登的作品被翻译成多种文字，并进入中学和大学教材。《泰晤士报》称他是“材料科学的先驱之一”，他的书“文学造诣颇高，专业人士和学生都会感兴趣”。

一、无处不在的结构

生命出现之前，地球已经有石头之类的非生命体。随着生命出现，物种进化，生物之间的生存竞争越来越激烈，生物的表皮变得越来越坚韧，内在结构的进化也更多样化。戈登认为，生物进化的历程取决于更强生物材料和更精妙活体结构的发展。

大自然中，非生命体与生命体都有着丰富的结构，动植物的材料与结构更是在不断地进化。从古至今，许多人工创造的材料与结构与大自然有着相同之处。比如猴子上树摘桃时树枝的弹力与现今的蹦床何其相似，蝙蝠的翅膀、平底帆船的船帆在张拉结构方面有着诸多共同点。

材料与结构之间并没有明显的界限，材料本身可以是一种结构，材料构成的组织也可以是一种结构。比如树木本身就是一种活体结构，而木材搭建的桥梁、房屋等建筑也是一种结构。因此在本书中，作者戈登既会谈到结构，又会谈及材料，阅读时不必区分的太清楚。可以说，结构在我们的周边是无处不在。

二、越强不一定越好

局部强化导致整体弱化。——英国海军测量师罗伯特·赛平斯

材料的强度和刚度并不是一回事情，书中提到的材料强度指的是破坏该材料所需要的力量。

《结构是什么？》中提到两艘轮船，一艘是英国白星航运公司的雄伟号邮轮，另一艘是美国跨大西洋邮轮利维坦号。这两艘是当时世界上第一、第二大轮船，都在航行中发生过裂缝事件，好在最终安全抵港，没有出现人员伤亡。相比泰坦尼克号，这两艘船显然无比幸运。

建造大型结构，用到的材料，大部分强度数值比较高，一般会认为出现事故的可能性很小。然而戈登在书中提到，“二战”后，这类惊人的事故，在船舶、桥梁、石油钻井台等大型结构中出现的越发频繁。

材料的强度并不代表该材料每一个点的强度都是如此。比如一块布，直接用手撕开很难，但是当布上有一个小口，用手从开口处撕开就很容易了。材料中每一个点的强度并不平均，当受到应力的时候，缺口或裂缝的地方受到的局部应力也就更大，更易出现问题。除此之外，附加材料的强化也有可能导致问题的出现，比如在旧衣服上打新补丁，在军舰薄弱处加装护甲板。

三、结构的强硬与柔软

既能展现结构的刚，又能展现结构的柔的结构，桥梁应该算是其中的一类。

托马斯·特尔福德的梅奈悬索桥横跨梅奈海峡，跨度约166米，采用的是锻铁制作的铁链。

赛文悬索桥的桥梁长度接近梅奈悬索桥的10倍，采用的是高抗拉钢缆，抗拉强度也是锻铁的10倍。

从以前的铁链悬索桥到后来的钢丝悬索桥，采用的都是钢铁类的强硬的材料，利用的也是材料的拉伸性能。拉伸材料也会顺从其桥梁的拉伸力，自动形成最佳形状。

布料也是一种刚柔并存的材料。戈登在书中举例：一块方形手帕，当我们按照编织的纱的方向拉扯（一般是上下左右的方向），手帕的拉扯幅度并不大，这种拉伸状态下的手帕是强劲的。当我们将手帕沿斜对应的两个角，45°角的方向拉扯，这块手帕的拉伸幅度要大得多。

材料也好，结构也好，坚硬的、柔软的，构成了我们的世界。也许，我们的世界本身就是一种结构。

如果说一本科普书的及格线是专业，那么将专业阐述的通俗易懂一定是上佳的作品。而戈登的《结构是什么？》不仅专业、通俗易懂，还极具文学性，阅读起来如行云流水一般顺畅。只有亲自读过，才真正体会到这一番评价——“文学造诣颇高，专业人士和学生都会感兴趣”。