大剧院壳体设计分壳体钢结构和壳体屋面两部分。壳体钢结构的设计是在钢结构底部设底环梁，顶部设顶环梁，将纵向钢桁架的两头分别安装在顶环梁和底环梁上，再自上而下设多道横向连杆，外加斜杆，形成连续钢网架结构，中间没有任何支撑。屋面设计自外而内分为六层：钛板外装饰层、防水层、保温层、隔声层、吸声层、红木吊顶内装饰层。
安德鲁壳体手绘图
壳体的设计远比想象的要复杂，因此法国设计方投入了大量人力和时间，作了多次设计计算，其中大样图的制作比一般的欧洲水平还高。
壳体钢结构模型设计图
大剧院业主委员会在年组织对壳体钢结构设计进行了多方面实验和核算。对于壳体钢结构的设计规范和稳定系数，鉴于我国当时还没有大跨度钢结构的设计规范，因此采用国际先进且普遍认可的欧洲规范，稳定系数采用3.55，即当外部荷载大于设计荷载3.55倍时，壳体钢结构才会失稳。经计算机仿真模拟计算，按设计使用寿命年的标准取值，在风荷载、雪荷载、地震荷载的作用下，壳体的最大位移、最大应力均在规范规定的合理范围内，且壳体钢结构的稳定性满足规范要求。
国家组织的初步设计专家评审会对壳体钢结构的结论是：壳体钢结构体系新颖、可行、合理，满足建筑功能要求，是建筑与结构协调结合、具有独特建筑风格的大跨度空间钢结构体系。壳体稳定性计算在我国现行大跨度钢结构设计规范尚不能满足设计要求的情况下，可以采用欧洲规范。
钢结构局部模型图
但由于技术太复杂，在施工图设计阶段还是遇到了一些意想不到的问题，特别是壳体钢结构底环梁的支撑方式和壳体屋面的安装方式。这些问题不解决，施工无法进行。为此，万嗣铨在年6月中旬召集我和业主委员会周庆琳、朱正林与安德鲁及施工、监理的负责人连续多次召开设计施工方案讨论会。
底环梁是钢筋混凝土构造，周长米，下面由70根柱子支撑。有争议的是环梁与柱子如何连接。因为受热胀冷缩的影响，环梁会产生位移，所以两者之间不能硬连接，即不能固定连接，而必须软连接，即在柱子上做一个支座，既可支撑住环梁，又可使环梁在柱子上随着热胀冷缩而自由移动。法方设计的是橡胶支座，但我们认为橡胶至多十几年就会老化，到时候如何更换？安德鲁说可以用千斤顶将环梁顶起更换。我们又提出环梁和整个壳体重达1.3万吨，哪里有那么大的千斤顶？安德鲁说不是把整个环梁和壳体都顶起来，而是在每个柱子处轮流顶起。我们接着质疑道这样做环梁会不会产生裂缝，壳体会不会产生变形？安德鲁无奈加解嘲地说，那是十几年之后的事，但愿那时候有解决的办法。既然如此，我们提出可像大型桥梁那样用大钢珠的连接方式。但法方提出钢珠用久了也会磨损和变形，只不过是时间长些而已。
正当大家一筹莫展的时候，了解到北方工业大学的一位徐教授有一项专利技术，是用钢板做连接，即在柱子顶端和环梁连接处各镶嵌一块钢板，这种钢支座既可解决壳体的荷载支撑、热胀冷缩位移等问题，又耐久，且安装简单、造价低，还便于维护。但安德鲁却不同意采用钢支座，还是坚持橡胶支座，这个问题由此陷入僵局。
关于壳体屋面的安装方式，有争议的是壳体的防水做法。法方设计的是柔性防水，即满铺橡胶。但这样的话，钛板安装就必须在橡胶上打孔，穿透以后才能跟下面的金属板固定。钛板约有2万块，就要打近8万个孔，而要保证这么多的孔不漏水、不渗水是不可能的；且橡胶有使用寿命，10~15年就得更换，更换时还需把钛板都拆了。因此，业主方不同意这个方案，主张用刚性防水，即用1毫米厚铝镁锰合金板来代替橡胶，并做了一个模型试验，防水效果很好，且其年限与钛板相同，所以不用拆钛板。但安德鲁也不同意，仍然坚持橡胶防水，这个问题同样陷入僵局。
钢结构安装现场
直到年国庆节，万嗣铨和我及业主委员会相关人员又与安德鲁针对大剧院壳体钢结构和屋面设计问题进行了讨论。底环梁支座和壳体屋面防水是两个制约着工程进度的技术难题，巧的是这两件事都和橡胶有关。但双方仍各执己见，你来我往争论得很激烈。这个会开了很长时间，安德鲁还曾一度情绪失控，把一摞文件拿起来狠狠摔到桌子上，夺门而出……
最后，万嗣铨提出，钢支座和刚性防水是业主提出的，如果有问题，业主自然要负责任。但你既然是总建筑师，当然也要把关。我们可以签一个备忘录，说明这是应业主的要求做的，如果成功了，是你的功劳，如果失败了，由业主承担责任。
壳体钢结构外景
安德鲁有些激动地说，我可以接受刚性防水，但要提醒的是钢结构与防水如何结合，并保证壳体的几何图形不变，是个很大的难题。钢支座最大的问题不是技术，而是设计。徐教授只是提出了思路和技术说明，没有设计。我并不是想或不想采用橡胶支座，而是我们对此有完整的设计，而钢支座没有设计。
万嗣铨解释说，徐教授并非没有设计，而是因为钢支座是他的专利，我们没和他签约，他自然不会做设计，如果你同意，我们和他签约，他就会做设计的。
此后不久，我们将徐教授请到现场，向设计方和施工方详细介绍并解释了钢支座设计方案，与会各方就钢支座方案及有关问题进行了深入讨论，终于达成共识。业主委员会遂决定将橡胶支座改为钢支座，并作了设计变更，签署了备忘录。这个困扰了大家很长时间的棘手问题就这样解决了。
防水层安装完成后经受住了
盛夏几场大雨的洗礼
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