林同炎――结构计算的奇迹

 

① 总介绍

林同炎(T.Y.Lin)是旧金山林同炎国积工程顾问公司的董事长，伯克利加州大学的名誉教授。曾有人问：“什么是创新?”林同炎：“我做的东西都是创新。” 1969年林同炎教授作为研究和设计的开拓者被选为华盛顿国家工程院院士。科学院和工程院的房屋研究委员会授予他“四分之一世纪奖状”，以表扬他25年来(1952-1977)对建筑科技的理论和实践所做出的贡献。他是1986年在白宫典礼上被总统授予“国家科学勋章”的20位美国人之一。他是《预应力混凝土结构设计》一书的作者，和《钢结构设计》一书的合作者，另外还著有100多篇有关技术和研究的论文。

 

② 生平详细介绍：

1912年12月22日出生于福建省福州市，约一年后移居背景

1924-1927年就读于北京崇德中学、汇文中学

1927年 考入唐山交通大学(现西南交通大学)土木工程系

1931年 以高学分毕业

1931年 于美国加利福尼亚大学伯克利分校土木工程系就读研究生

1933年 获得硕士学位后回国，京沪铁路车务处、铁路部公务处工作

1934年 硕士论文《力矩分配法》(1934年发表)，一鸣惊人，被命名为“林氏法”，受到美国建筑界的高度重视。

1936年 担任成渝铁路桥梁课长

1938年 担任滇缅铁路设计主任、叙昆铁路铺轨队长

1941年 结婚

1945年 台湾接收，管理铁路

1946年 加利福大学伯克利分校助理教授

1953-1954年 于比利时根特大学马戈涅尔实验室从事预应力混凝土的研究

1954年-1976年 伯克利分校任教退休，历任教授、结构工程与结构力学组主任、结构工程实验室主任、学校教育发展委员会主席

1954年 创立“林同炎工程事务所”，并在美国、亚洲、南美洲设有多家分公司，设计了大量的桥梁、道路、房屋、机场等工程，业绩斐然

1967年当选第一位亚裔的美国国家工程科学院院士

1961-970年 伯克利全校的教育发展委员会主席

1972年 创建“林同炎国际咨询公司”

1972年 当选台湾中央研究院院士

1974年 他获得国际预应力协会(FIP)弗雷西涅奖，这是该协会成立二十年来第一次将此奖颁发给非欧洲人的工程师

1976年 加利福尼亚大学伯克利分校退休，伯克利分校土木工程系授予其终生名誉教授

1980年，他建议建造上海黄浦江大桥，并提出他的设计方案

1986年，与陈乃东联合提出《开发浦东――建设社会主义大上海》的报告

1996年 当选中国科学院外籍院

2003年11月15日 离世

 

③ 代表性建筑作品：

1. 波多黎各蓬斯体育馆：1977年，由林同炎主持设计的波多黎各蓬斯体育馆落成，其屋顶平面面积84米×21米，全部支撑在四根柱子上，屋顶结构采用10.2厘米厚的双曲抛物面后张预应力混凝土壳体，外侧悬臂41米也采用后张预应力混凝土板，采用有限元分析计壳体应力，该工程受到高度赞赏。 [5]

2. 白令海峡大桥：20世纪冷战中期，长期秉持世界和平理念的林同炎设计了从阿拉斯加至西伯利亚的白令海峡大桥�D�D“世界和平桥”，表达他对改善美苏关系的强烈愿望。对于林同炎来说，桥梁不仅是连接两块有形土地的实体，也是连接两个文化和政治的象征。

3. 克拉巧起大桥：1977年，林同炎先生精心设计了世界上第一座半面弧形的克拉巧起大桥，轰动全美，并荣获美国全国建筑设计比赛的第一名。

4. 巴拿马运河的大桥：巴拿马拟建第二条运河大桥，各国建筑师纷纷竞标，结果著名美籍华人建筑师林同木炎竞标成功。林同木炎为巴拿马运河设计的大桥长1000米，高80米，上有6条车道，是一座大跨度悬吊式水泥桥。

5. 美洲银行大厦：1972年12月23日中美洲发生大地震。尼加拉瓜首都马拉瓜灾情严重，市中心511个街区化成废墟，唯独林同炎设计建造的一座61米高、18层、四筒相连的钢筋混凝土结构――美洲银行大厦巍然屹立，仅局部连梁开裂。如今这座建筑被认为是抗风抗震设计的典范，因为它非常好地兼顾了地震和风对结构作用时的相互影响。

6. 莫斯康会议中心：中心地下展厅跨度90m，荷载34KN/m2，是典型的大跨重载结构。针对结构特点，林同炎提出了预应力混凝土拉杆拱体系，完美地解决了大跨重载的问题。他设计的莫斯康会议中心被誉为时“结构计算的奇迹，也是视觉的奇迹。”

7. 南宁大桥：林同炎先生亲自接手的最后一项重大工程是为中国设计的南宁大桥，这个“不对称拱形桥”设计是迄今唯一的同类设计。正是基于对预应力混凝土结构这种近乎完美的理解，林同炎先生改变了建造领域的历史――使得高耸、优美的大跨结构能够从容面对荷载、地震、飓风的光顾。

8. Ruck-A-Chuchy桥：1977年，林同炎先生和他的搭档D. Allan Firmage设计了跨越美利坚河(The American River )奥本坝库区的斜拉桥方案，取名为Ruck-A-Chucky Bridge(简称Ruck桥)。按照今天的环保观点来看，当年Ruck桥很好的利用了地形。在公路的回头弯上布置了一座没有桥墩的桥梁，最大限度的保护了自然生态，在保证行车功能与安全的前提下，独特的几何造型与自然环境恰好地融为一体，不能不说是一种巧夺天工的创举。Ruck桥曾在1979年赢得Progressive Architecture的设计首奖。虽然最后未能付诸于工程，该桥一直被公认为力学与美学结合的典范作品，而被称为“最著名的未建成的桥梁”。

 

④ 代表性论文、著作：

1.《直接力矩分配法》：预应力先生林同炎――力矩分配法创始人，为预应力技术发展做出极为巨大的贡献。硕士论文《直接力矩分配法》被称为“林氏法”，在后人的应用中发挥了巨大的作用。

2. 《预应力混凝土结构》：林同炎先生发表的著作《预应力混凝土结构》被公认为预应力学术界的权威著作，同时被美国土木工程学会评选为大学最好教科书之一，翻译成日、俄、西班牙等多种文字出版。

3. 《结构概念和体系》：这本书由林同炎与S.D・斯多台斯伯利创作，本书为结构工程师和建筑师提供了深厚而又具独特见解的基础知识和工程实例。书中阐述了结构设计方案中的基本力学概念，特别介绍了用整体概念来规划设计结构总体方案的方法，介绍了结构总体系和各分体系之间的力学关系，以及简化近似的分析计算方法。内容构思新颖，叙述深入浅出。对建筑师和结构工程师了解建筑空间形式和结构性能之间的相互关系，进而在设计中创造性地相互配合，提高设计方案的快速比较和选择的能力都大有裨益。《结构概念和体系》一书以它的从每一个项目开始就协调建筑和结构设计一致性的这种独特讲授结构设计的方法，在1981年首次出版时就收到了当时空前的欢迎。美国建筑学会期刊称赞道：“该书从头到尾充实了非常深厚的知识……学生以及从事专业工作的建筑师或结构工程师都会发现该书的内容是有裨益的。”另外，建筑科学评论也指出：“这本书对建筑学和结构工程专业的学生都有极大的价值。”

⑤主要成就

1.所获奖项

1956年 获美国土木工程学会授予他惠灵顿奖状

1966年 获贺瓦德金质奖章

1974年 国际预应力协会颁发佛里西聂(FREYSSINET)章

1986年 获美国最高科学奖

1986年 获美国国家科学奖

1987年 美国咨询工程师学会(ACEC)授予他杰出成就奖

2000年 美国土木工程师学会首届预应力混凝土奖(后称林同炎奖)

首届杰出成就奖[1]

2.荣誉称号

1970年 美国土木工程师学会预应力混凝土奖状改称“林同炎奖”

1976年 加大柏克利分校"柏克利奖"和"终身荣誉教授"称号

1999年 被世界权威杂志《工程新闻记录》选为“125年来125位最杰出的工程人士”

 

⑤ 建筑中的部分理论贡献

1. 力矩分配法

2.1963年，林同炎在《美国混凝土学会(ACI)学报》上发表题为《预应力混凝土结构设计与分析的平衡荷载法》的论文提出了概念清晰、便于计算的荷载平衡法，成为继弹性应力法和极限强度法之后的第三种预应力混凝土结构设计方法。“预加应力可认为是对混凝土构件预先施加与使用荷载相反方向的荷载，用以抵消部分或全部工作荷载”――荷载平衡法正是基于该原理。荷载平衡法对简支梁设计意义不大，主要是帮助设计人员合理选择预应力筋线型和预加力的大小，以减少使用条件下的挠度;但对连续梁、平板、框架等较复杂结构的设计则非常有用，可大大简化连续梁的分析计算。

3.林同炎在美洲银行大厦中首次提出了双连梁，以增大跨高比，在强震时发生弯曲破坏，起到保险丝的作用。同时在连梁中设置斜交叉配筋，增大连梁的抗剪性能。这些构造做法，在当时是非常领先的，在今天的规范中仍然可以找到。他在设计这座高楼时还应用了中国哲学中“柔能克刚”的思想，采用了分阶段体育馆56设计，使建筑物具有柔性，以柔化强，故能在强震中不倒。刚：通过外侧密柱深梁的框筒和内部剪力墙形成筒中筒结构体系，增加结构抗侧刚度。柔：剪力墙之间的连梁在地震过程中开裂，耗能，降低结构刚度，减小地震作用，从而形成多道设防。这与我国现在抗震思路是一致的。

4. 在旧金山莫斯康尼会议中心地下展厅设计中，林同炎提出了预应力混凝土拉杆拱体系，完美地解决了大跨重载的问题。结构横向为主受力方向，采用预应力拉杆拱。拱结构采用混凝土结构，拱内的压应力使得混凝土的材料性能可以充分发挥。拱脚巨大的侧推力由拱脚的拉杆承担，拉杆采用钢索，并在钢索内施加预应力，产生100mm的反拱，以抵消外荷载引起的变形。

 

⑥ 关于林同炎先生的小故事

1.林同炎的学生问他：“你设计这些创新的工程，不怕出问题吗?晚上睡得着觉吗?”林同炎笑着答道：“我睡得着，而且睡得很好。胆子要大，同时也要心细。思想要放开，而设计中各项细节都要想到，要想到底。施工工人、材料条件，风、雨、地震、监工等等等等，都要想到。有些问题比如风、地震、钢索材料维护等，还要请教专家顾问咨询，听他们的意见，才有把握。我设计的所有工程，没有一个出问题的。”

2.有一天，毕业于美国康奈尔大学的一位上级，将成渝铁路线上最大的沱江大桥的设计图纸拿给林同炎看。林同炎看得很认真，他发现图纸有问题，于是对上级说：“你的设计完全错误。”上级勃然大怒，骂道：“你这个乳臭未干的小子，竟然目中无人。”就把林同炎轰出门去。过了几个小时，上级把林同炎找来，说：“我们开会研究过了图纸，你的意见是正确的，从明天起，你就是桥梁课的课长。”这个故事当时被传为佳话。

 

⑦对土木工程的影响

1954年，林同炎从欧洲回到美国，着手两件事：一是创建“林同炎工程事务所”，并承接世界各地的工程。林同炎是个敢于创新的人，他将“预应力混凝土”的新技术应用于建筑工程，大大节省了建筑材料，既降低了造价，又缩短了工期，建筑物因而设计得更艺术，造型更美。林同炎指出在设计中胆子要大，同时也要心细。思想要放开，而设计中各项细节都要想到，要想到底。施工工人、材料条件，风、雨、地震、监工等等，都要想到。有些问题比如风、地震、钢索材料维护等，还要请教专家，甚至多位专家顾问咨询，听他们的意见，才有把握。美国同行也曾高度赞扬林同炎在建筑中应用中国哲学“柔能克刚”的思想，并尊称他为“美国预应力学的功勋人”。

林同炎着手的第二件事，就是创建了“预应力学会”，并在美国国家研究所的赞助下，集资约1亿美元，在旧金山组织召开了世界预应力混凝土讨论大会，亲任大会主席。与会者有27个国家的1200多名专家。会后，美国出版了《林同炎》专刊，给予林同炎高度评价。

从1960年到1972年，林同炎以工程教育上的杰出贡献一直担任柏克莱教育发展委员会主席。1972年，他将“林同炎工程事务所”改名为“林同炎国际咨询公司”，亲任董事长，还在世界各国分设了子公司，大规模开展建筑设计的施工业务，一年的营业额就高达10亿美元。

1992年，林同炎在北京创办“林同炎咨询公司”。他说，创办公司的目的主要不是赚钱，而有三个目标：对祖国做贡献、引进新技术、培训人才。林同炎说：“我急切希望把知道和掌握的国外新技术带回到国内来，传给优秀的工程技术人员。”

林同炎因在美国和世界各地设计、建造了百余座美仑美奂的悬臂拼装桥、悬臂浇铸桥、悬吊桥、斜拉桥、公路及房屋建筑而举世闻名。横跨欧非大陆地中海出口的直布罗陀海峡大桥，峡宽海深，桥址有14公里、30公里和44公里三个跨海宽度的选择，世界各国研究专家多采用30公里跨海设计多桥墩的方案。而林同炎设计了与众不同的桥式方案，不但更好地保持航道畅通和避免船只冲撞，造价估计也降低到84%，即节省大约10亿美元的资金。林同炎大胆的方案得到了普遍赞赏，他的论文获得国际桥梁及结构工程会颁发的第一名的奖状。该会称林同炎“远瞻人类和平与四海于一家。”

林同炎早在1958年就构思设计连接东西两半球之间的85公里长的白令海峡大桥。他的设计方案是《洲际和平桥――两半球再联成一气》。林同炎说，这座桥修成后，全球五大洲均可在陆路上交通来往，具有全球性意义，把它命名为“和平桥”再恰当不过了。他的构想是：220孔预应力混凝土预制桥梁，主跨550米，桥下净空60米，以便通航，其他跨度360米。桥修成箱形封闭式，箱上桥面在短暂的暖和季节可以走汽车，箱内有暖气设备，上层是双轨火车道，冷天汽车装进火车过桥，下层供管道和其他设备。

林同炎时刻想到科学家要为社会谋福利。他设计了核电站预应力保护罩，以防止核辐射、核扩散，受到高度肯定。他还设计出利用330米深处的海水温差进行发电的“预应力混凝土发电站”，为人类开发能源开拓了新领域。

 

心得体会

林同炎先生不仅在专业上有着极高的素养，还拥有着对建筑深深的情怀。面对质疑，坚持做自己，用在灾难中屹立不动的建筑来证明自己，一心为人类建筑师事业不断努力。他的科学分析、技术创新和丰富想象力的设计，不仅跨越了科学与技术的壕沟，还打破了技术与社会的隔膜。林同炎先生不仅建立了一座座真实存在的桥梁，还在每一位后代土木人的心里建起无形之桥，他的精神会一直留在我们心理，不断琢磨与学习。

 

 

参考文献

《林同炎的传奇一生》――《西南交报》第624期

《结构概念和体系》绪论

《有趣的举动和感言》――姚昆仑