今天大師系列小i為大家介紹一位華裔結構大師——林同炎。
“問：什麼是創新？林同炎：我做的東西都是創新”
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先生青年之時正值民國時期，這是一個最壞的時代，也是個最好的時代。國家遭遇連年戰爭，山河破碎，風雨飄搖，但大師輩出，胡適、季羨林、楊振寧、錢學森、梁思成等都是這個時代各個領域的大師。在當時中國資源極度匱乏的時代大背景下，憑藉自身鑽研與一腔熱血，在全球學術界為華人發聲。而對於建築結構領域，林同炎先生無疑就是華人中的翹楚。
先生的生平
那個時代的大師，總是身披一絲“孤膽英雄”的悲涼色彩，下面小i先介紹一下先生的生平。
林同炎，祖籍福建福清，1911年出生於一個小康家庭。從小就是學霸，14歲時便以第一名的成績考進當時的最高工程學府——交通大學唐山學院土木工程系。林同炎後來接受恩師茅以升的建議，把“棪”改為“炎”，意為“既好懂，又代表自己是炎黃子孫”。
1931年，林同炎畢業，繼而前往美國加州大學柏克萊分校工程研究院深造。1933年獲碩士學位。我們大學學習的力矩分配法，就是林同炎的畢業論文，在當時轟動了美國建築工程界，他所闡述的方法被命名為“林氏法”而廣泛應用。
1933年，林同炎回國任成渝鐵路橋樑課長（相當於今天的部門主管）、滇緬鐵路設計課長、工信公司總工程師等職。主持過沱江大橋、成昆鐵路及寶天鐵路的設計與施工，參與成渝鐵路1000多座橋涵的設計。
這裡還有一段軼事與大家分享。有一天，畢業於美國康奈爾大學的一位上級，將成渝鐵路線上最大的沱江大橋的設計圖紙拿給林同炎看。林同炎看得很認真，他發現圖紙有問題，於是對上級說：“你的設計不正確。”上級勃然大怒，責備道：“你這個乳臭未乾的小子，竟然目中無人。”就把林同炎轟出門去。過了幾個小時，上級把林同炎找來，說：“我們開會研究過了圖紙，你的意見是正確的，從明天起，你就是橋樑課的課長。”這個故事當時被傳為佳話。
1944年，他在夫人高訓銓的建議下，寫信給加州州立大學的傑姆遜教授，表示願意回到母校教書。1946至1976年間，他攜夫人赴美定居，先後擔任美國加州州立大學伯克利分校教授，結構工程系主任、試驗室主任以及全校教育改進委員會主席。
1963年，林同炎在《美國混凝土學會(ACI)學報》上發表題為《預應力混凝土結構設計與分析的平衡荷載法》的論文提出了概念清晰、便於計算的荷載平衡法，成為繼彈性應力法和極限強度法之後的第三種預應力混凝土結構設計方法。
“預加應力可認為是對混凝土構件預先施加與使用荷載相反方向的荷載，用以抵消部分或全部工作荷載”——荷載平衡法正是基於該原理。荷載平衡法對簡支梁設計意義不大，主要是幫助設計人員合理選擇預應力筋線型和預加力的大小，以減少使用條件下的撓度；但對連續梁、平板、框架等較複雜結構的設計則非常有用，可大大簡化連續梁的分析計算。
1967年，他當選第一位亞裔的美國國家工程科學院院士。1969年，美國土木工程師學會（The American Society of Civil Engineers）(ASCE)將該學會的“預應力混凝土獎”改名為“林同炎獎”，這是美國科技史上第一次以一個華人名字命名的科學獎項。1974年，他獲得國際預應力協會(FIP)“弗雷西內獎”(每4年一屆)，這也是第一位美國工程師、第一位亞裔工程師獲得此獎項。1976年，他從加州州立大學伯克利分校退休時獲得該校的最高獎狀——“柏克利獎”和“終身榮譽教授”稱號。1986年，美國總統里根將美國最高科學獎——“國家科學獎”頒發給林同炎。
先生的工程項目
“他是工程師，教師和作家。他的科學分析、技術創新和富於想象力的設計、不僅跨過了科學與藝術的壕溝，還打破了技術與社會的隔閡。”——里根
美洲銀行大廈
林同炎的項目最著名的應該就是這張照片了。
林同炎是個敢於創新的人，在當時將很多先進的理念和技術應用於工程實踐。如他通過將“預應力混凝土”的新技術應用於建築工程，大大節省了建築材料，既降低了造價，又縮短了工期。但新生事物難免遭受傳統聲音的質疑，認為林同炎刻意減少材料，影響結構安全，最終訴至公堂，要求吊銷林同炎公司的營業執照。官司打了兩年，雙方各執一詞，一時難分勝負。
恰恰此時，中美洲發生大地震。尼加拉瓜首都馬拉瓜災情嚴重，市中心511個街區化成廢墟，林同炎設計建造的一座60米高、18層的美洲銀行大廈巍然屹立，僅局部連梁開裂。林同炎不僅因此贏了官司，而且在建築工程界名聲鵲起。
為什麼看似輕柔的結構反而巋然不動？林同炎說，他在設計這座高樓時應用了中國哲學中“柔能克剛”的思想，採用了分階段抗震設計，使建築物具有柔性，以柔化強，故能在強震中不倒。
剛：通過外側密柱深梁的框筒和內部剪力牆形成筒中筒結構體系，增加結構抗側剛度。柔：剪力牆之間的連梁在地震過程中開裂，耗能，降低結構剛度，減小地震作用，從而形成多道設防。這與我國現在抗震思路是一致的。
同時林同炎在美洲銀行大廈中首次提出了雙連梁，以增大跨高比，在強震時發生彎曲破壞，起到保險絲的作用。同時在連梁中設置斜交叉配筋，增大連梁的抗剪性能。這些構造做法，在當時是非常領先的，在今天的規範中仍然可以找到。
舊金山莫斯康尼會議中心地下展廳
舊金山莫斯康尼會議中心地下展廳跨度90m，荷載34KN/m2，是典型的大跨重載結構。針對結構特點，林同炎提出了預應力混凝土拉桿拱體系，完美地解決了大跨重載的問題。
結構橫向為主受力方向，採用預應力拉桿拱。拱結構採用混凝土結構，拱內的壓應力使得混凝土的材料性能可以充分發揮。拱腳巨大的側推力由拱腳的拉桿承擔，拉桿採用鋼索，並在鋼索內施加預應力，產生100mm的反拱，以抵消外荷載引起的變形。
Ruck-A-Chuchy橋
1977年，林同炎先生和他的搭檔D. Allan Firmage設計了跨越美利堅河（The American River ）奧本壩庫區的斜拉橋方案，取名為Ruck-A-Chucky Bridge（簡稱Ruck橋）。
Ruck橋位於距加里福利亞（California）10英里的奧本壩水庫上。橋樑長度約396米，主樑方案為鋼箱曲梁，曲率半徑457.20米；眾多的鋼拉索組成了空間雙曲面索麵，四個索麵的拉力代替了橋樑墩臺，承載了整個橋樑的荷載，所以全橋沒有一個橋墩；拉索按照曲線的佈置規律地錨固在兩邊上坡上，利用兩邊山體的岩石自重及巖體地質特性來充當強大的地錨結構，以此來平衡橋樑的荷載。
按照今天的環保觀點來看，當年Ruck橋很好的利用了地形。在公路的回頭彎上佈置了一座沒有橋墩的橋樑，最大限度的保護了自然生態，在保證行車功能與安全的前提下，獨特的幾何造型與自然環境恰好地融為一體，不能不說是一種巧奪天工的創舉。Ruck橋曾在1979年贏得Progressive Architecture的設計首獎。雖然最後未能付諸於工程，該橋一直被公認為力學與美學結合的典範作品，而被稱為“最著名的未建成的橋樑”。
雖然Ruck橋沒有實施，但是這些設計上的思想與技術已被用於後續的橋樑上了，並在已經建成的工程中得以證明技術的可靠與可行。這些技術包括岩石錨固，後張預應力，空間索麵，懸臂施工，正交異性板，抗震及風震的動態分析，應力控制和計算機仿真分析等。
其他項目
由於篇幅所限，無法一一列舉先生的作品，下面選擇一些項目照片，和讀者一同欣賞。
亞利桑那老兵體育館（鞍形索網結構）
里奧-科羅拉多大橋
臺北關渡大橋
日本明石海峽大橋，1991
南寧大橋（先生人生中的最後一個作品）
先生的著作
先生一生著作等身，其中不乏一些書被傳為經典，下面小i就擇其中兩本為大家推薦。
《預應力混凝土結構》被公認為預應力學術界的權威著作，同時被美國土木工程學會評選為大學最好教科書之一，翻譯成日、俄、西班牙等多種文字出版。這本書由於年代較為久遠，雖然大名鼎鼎，但是小i查了一下各個圖書網站，已經沒有購買渠道。個別網站還有電子版下載，讀者如果有興趣可以自行下載下來閱讀。
《結構概念和體系》在我國可謂是赫赫有名了，在小i的同學和同事之間也是人手一本。書中闡述了結構設計方案中的基本力學概念，特別介紹了用整體概念來規劃設計結構總體方案的方法；介紹了結構總體系和各分體系之間的力學關係，以及簡化近似的分析計算方法。好書適合多讀，小i層在大學和工作後不同階段讀這本書，由於自己設計經驗的增加，每次讀感覺有新的收穫。
林同炎的學生問他：“你設計這些創新的工程，不怕出問題嗎？晚上睡得著覺嗎？”林同炎笑著答道：“我睡得著，而且睡得很好。膽子要大，同時也要心細。思想要放開，而設計中各項細節都要想到，要想到底。施工工人、材料條件，風、雨、地震、監工等等等等，都要想到。有些問題比如風、地震、鋼索材料維護等，還要請教專家顧問諮詢，聽他們的意見，才有把握。我設計的所有工程，沒有一個出問題的。”
作為工程師，刮颱風時小i也每每會為自己的項目擔心。讀到先生幾十年前對自己作品的從容和淡定，小i頗為感慨，並深以為然，在此與諸位共勉。
謹以此文向大師致敬。
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