Structures: Or Why Things Don't Fall Down（結構：東西為什麼不會倒）

引用

Gordon, J. E. (2003). Structures: Or Why Things Don't Fall Down. Da Capo Press. (First published 1978.)

章節概要

全書共16章：一章導論，接著分為四個部分。與戈登先前的 The New Science of Strong Materials 一樣，每章標題都由直白的主題與俏皮的副標題組成。下文的頁碼範圍取自1978年版，其各章一直到第373頁；出版社列出的Da Capo平裝版為424頁。菲利普．鮑爾在為前一本書寫的導言中，稱 Structures 為它的通俗續篇，並指出兩本書都大量取材於航海史。

第1章：我們生活中的結構——或如何與工程師溝通

約14頁的導論章，討論結構在日常生活中為何重要，以及非專業人士如何就結構問題與工程師溝通。

第2–5章：結構為什麼能承受載重——或固體的彈性；應力與應變的發明——或柯西男爵與楊氏模數的解讀；安全設計——或強度計算真的可信嗎？；應變能與現代破壞力學——兼談弓、投石機與袋鼠

第一部分「彈性科學的艱難誕生」說明固體如何藉由彈性變形承受載重，應力、應變與楊氏模數的概念是如何被定義出來的，以及強度計算可以信賴到什麼程度。第5章將近40頁，是全書最長的一章，介紹應變能與破壞力學，並以弓、投石機與袋鼠所儲存的能量為例。

第6–8章：受拉結構與壓力容器——兼論鍋爐、蝙蝠與中國帆船；接頭、接合與人——兼談潛變與戰車車輪；軟材料與生命結構——或如何設計一條蟲

第二部分「受拉結構」討論以受拉方式工作的結構：壓力容器、接頭與接合（包括潛變），以及柔軟的生物材料。最後一章正是出版社以其副標題特別提及的一章。鮑爾的導言回憶，本書對自然結構的討論，例如鳥羽的抗衝擊性、蝙蝠翅膀，以及肌肉與肌腱的排列，啟發了早期的仿生學研究。

第9–13章：牆、拱與壩——或入雲的高塔與砌體的穩定；談談橋梁——或聖貝內澤與聖伊桑巴德；當一根梁的好處——兼論屋頂、桁架與桅杆；剪力與扭轉之謎——或北極星飛彈與斜裁睡衣；受壓破壞的種種方式——或夾層板、頭骨與歐拉博士

第三部分「受壓與受彎結構」是篇幅最長的部分，約130頁。它從砌體牆、拱與壩談起，經過橋梁、梁（包括屋頂、桁架與桅杆）、剪力與扭轉，一直談到挫屈與其他受壓破壞，其中包括歐拉的柱理論與夾層構造。

第14–16章：設計哲學——或形狀、重量與成本；事故一章——關於罪過、錯誤與金屬疲勞的研究；效率與美學——或我們不得不生活的世界

第四部分「於是結果是……」把視野擴展到設計本身：如何在形狀、重量與成本之間取捨，結構如何因錯誤與金屬疲勞而破壞，以及效率與外觀有什麼關係。

核心概念

第1–5章：導論與第一部分

• 彈性：固體在載重下變形又恢復，因而能夠承受載重的方式。
• 應力、應變與楊氏模數：描述載重強度、變形與勁度的量。
• 安全設計：在計算強度與預期載重之間保留餘裕，並了解強度計算的限制。
• 應變能與破壞力學：受載結構中儲存的能量，及其在裂縫擴展中的作用。

第6–8章：第二部分

• 壓力容器：器壁以受拉方式承受內壓的容器。
• 接頭與潛變：接合部位如何傳遞載重，以及持續載重下的緩慢變形。
• 軟結構與生命結構：生物材料與生物體如何承受載重。

第9–13章：第三部分

• 砌體的穩定：在受壓狀態下依靠形狀與自重而屹立的牆、拱與壩。
• 梁與桁架：以彎曲承受載重的構件與構架。
• 剪力與扭轉：錯動與扭轉變形。
• 挫屈：受壓構件因不穩定而破壞，可用歐拉理論描述。

第14–16章：第四部分

• 設計取捨：形狀、重量與成本之間的平衡。
• 金屬疲勞：在反覆載重下發生的破壞，是書中討論的事故原因之一。
• 結構效率與美學：好的結構與好的外觀之間的關係。

評析

優點

• 不靠術語解釋概念。 出版社把本書介紹為對日常事物中各種力的通俗說明，從建築與人體到飛機與蛋殼，並強調其對應力、剪力、扭轉、破壞與受壓的講解。Scientific American 稱它「內容豐富、引人入勝」。
• 例子範圍驚人。 單看章名就能看到鍋爐、蝙蝠與中國帆船、戰車車輪、蟲、高塔、水壩、橋梁、桅杆、睡衣、頭骨與袋鼠。工程結構與自然結構並列討論，鮑爾把這種做法與仿生學的創立連結起來。
• 歷史與科學並重。 第一部分講述彈性、應力與應變如何被認識，第四部分討論設計、事故與外觀，讓學生把這門學科看作人們發展出來、至今仍在爭論的東西。
• 工程判斷。 關於強度計算是否可信、關於由錯誤與疲勞導致的事故的章節，不只談結構如何運作，也談結構如何以及為何破壞。

局限

• 不是計算用書。 本書是通俗讀物，沒有發展系統化的結構分析方法，不能取代教科書。
• 文本年代較早。 本書初版於1978年，反映的是當時的工程狀況；例子大多是歷史性的，此後材料、分析方法與結構形式的發展都沒有涵蓋。
• 內容有所取捨。 各章依戈登的興趣展開，因此有些主題（破壞、受壓破壞）篇幅很長，而另一些土木工程課程的核心主題，例如靜不定結構，根本沒有成為章節題目。

在課程中的定位

在土木與結構工程課程中，戈登的書應該最先讀，或在技術課程的最初幾週同時閱讀。Ji、Bell與Ellis的 Understanding and Using Structural Concepts 是最接近的配套讀物：它同樣以培養直覺為目標，但為每個概念提供定義、簡短的理論與簡單的實物示範，因此能在戈登的敘述與技術教科書之間搭起橋梁。Hibbeler的 Structural Analysis 與Megson的 Structural and Stress Analysis 提供戈登只用文字描述的靜定與靜不定結構分析方法。

更進階的書要很久以後才讀：McGuire、Gallagher與Ziemian的 Matrix Structural Analysis 發展以電腦為基礎的勁度法，Chopra的 Dynamics of Structures 討論振動與地震工程。戈登關於挫屈、疲勞與事故的章節，為這兩本書提供良好的背景。他列在材料力學課程中的 The New Science of Strong Materials 談的是同一個故事中材料的一面。

如何使用本書

本書適合土木、結構、機械與航空工程學系的一年級學生、建築學系學生以及一般讀者。除了中學算術與好奇心之外，不需要任何技術背景。

實用的閱讀計畫：

• 先讀第1章與第一部分（第2–5章）。這幾章建立應力、應變、勁度、安全與破壞等概念，全書其餘部分都會用到。
• 結構工程師的核心： 第三部分（第9–13章），談拱、橋、梁、剪力、扭轉與挫屈，與第一門結構課程直接對應。
• 依興趣選讀： 想了解壓力容器、接頭與生物結構，讀第二部分；想了解設計哲學、破壞與美學，讀第四部分。談事故的第15章適合在修任何疲勞或破壞分析課程之前閱讀。

與技術課程並行閱讀：每讀完戈登的一章，就在結構分析或材料力學教科書中找到對應章節，針對同一概念做幾道題。記下他提到的歷史人物，如柯西、楊與歐拉，並查一查他們的成果在教科書中如何表述。