​建筑结构·人物丨华东院黄永强：路漫漫其修远兮，吾将上下而求索

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导读

当下建筑行业市场变幻莫测，与其踌躇不定，不如立足当下。为此，《建筑结构》杂志社邀请部分结构专家，谈一谈工作中的成长经历，聊一聊值得学习借鉴的设计思路，说一说自己的感悟和期待等等，报道当代结构工程师的所做、所为、所思、所想。愿为迷茫犹疑中的您带去亮光，为砥砺前行中的您加油鼓劲。

本期受访嘉宾

黄永强  华东建筑设计研究总院事业四部副总工程师和结构团队总监

路漫漫其修远兮，吾将上下而求索

我2005年参加工作，一直在华东院工作至今，项目做了不少，感悟也有，但等到真正开始写的时候，才发现牙膏还是有点难挤的。

No.1 经历

我来自于山东省青州市的农村，1998年参加高考，分数不高不低，当时父亲说同济大学的土木很有名，就报了，也顺利考上了。

当时是第一年大土木，我们土木工程系就是十几个班。本科成绩中等，还好英语、力学、数学、混凝土、钢结构和地基等主干课的成绩不错，本科毕业后可以保送本校的研究生。研究生很庆幸就读于陈以一老师门下，在陈老师的教诲下养成了一个好的学习习惯和对工作认真负责的态度，受益至今。

本科和研究生阶段按部就班的学习，直到硕士毕业，也不是很清楚到底要选择什么样的工作。好在2004年的研二暑假期间，本科同学帮忙联系了去到华东院实习的机会。难忘那个夏天我汗流浃背去面试的场景，姜文伟总和包联进总看着我的本科成绩单，问了一些问题后，就说你来吧。

每每回忆起来，进入到华东院的第一站是CCTV项目组，对我来讲是一件很幸运的事情。实习期间，包总让我按照03钢规编组合梁的计算表格，怕理解的不对，自己就去买编制组出版的钢规培训资料，并按其中的组合梁算例去校核，通过手写计算书和编写EXCEL计算书互相验证多次后，最终的成果让包总很满意。也许组合梁表格的编制成了我能实习结束留在华东院的一个敲门砖，当时05年的表格竟然修修改改一直沿用到现在，并在院内广泛使用。

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▲组合梁表格截图‍‍‍‍‍‍

CCTV大楼的计算是采用SAP2000，构件承载力校核都是用EXCEL自编表格，所以与很多人不一样的是，自参加工作后的多年以后，我做设计的工具一直是ETABS、SAP2000和EXCEL，而不是PKPM、YJK。

▲CCTV大楼

刚开始工作时，囊中羞涩，周末的时间就去上海图书馆看书，在那里看到了对我帮助很大的《空间结构的发展与展望》，后来自己买了一本后就反复看，通过阅读我了解到结构发展的历史、众多知名结构工程师及其代表作，逐渐认识到结构设计的本来面目，让我对力学概念的养成和对于建筑美的理解有了一个良好的开端。

▲空间结构的发展与展望

研究生阶段在陈老师的教诲下，养成了一个好的思考问题和解决问题的习惯。参加工作后，遇到问题时，开动大脑去不断找寻答案的过程，让我乐在其中，也一直保持着对结构的热情，组里分配的难度较大的任务，都能按照预期完成，并且能有自己的思考，后面就越来越多得承担一些难度大的项目。

No.2 执着的追求，不断地思考，有时在最后一瞬间突然闪现出意想不到的灵感

我们在工作中总会遇到各种各样的难题，有时候限于知识面不够，或限于进度紧张，许多问题总是没办法在第一时间解决，但如果能保持持续的关注，不轻易放弃，总会有解决的一天。

CCTV项目采用了高含钢率的异形钢骨SRC柱，姜总指导王建博士编制了基于平截面假定的异形截面压弯承载力excel表格，但数据输入工作量过大，后来我在原来的基础上不断改进后，可以很方便地计算矩形、圆形截面的SRC柱、钢柱的柱脚、螺栓端板节点、组合楼板的抗火承载力设计和剪力墙的压弯承载力等等。

由于表格只能计算单向的PM曲线，如何扩展到三维，困扰了我很长一段时间，在看到混凝土规范附录的方法，把思路打开后，再借助于一个师兄博士论文中的内容，完善了异形组合截面双向压弯承载力的P-Mx-My程序，实现了Autocad画图导入ansys计算→excel输出内力→origin三维图的一套完善设计校核流程，随后在上海中心的第三方咨询工作中快速的给出了漂亮的校核结果。从开始接触，到逐步完善应用，整个的过程持续了5年之久。

▲CCTV高含钢率SRC柱  

 ▲ 上海中心巨柱承载力校核

自2005年参加工作就主要做钢结构设计，对于钢结构的节点设计总是有很多的不理解之处，2016年去日本旅游时买了日本的钢结构节点设计指南，正好碰上组里的“小朋友”懂日语，我们就趁此机会结合《新钢标》和《高钢规》对于钢结构节点的设计方法，提出了自己的观点，整理了两篇文章，并在2020年8月在《建筑结构》主办的“结青之声”第7期做了一次报告后，引起了设计同行对于钢结构节点设计方法和热轧型钢推广应用的关注。对于钢结构节点近15年的关注，才有了一些相对全面的认识。

▲点图可阅读全文

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▲点图可观看回放视频

对屈曲约束支撑的理解，始于2010年的上海世博会世博中心项目，当时姜总和包总确定采用屈曲约束支撑，我负责画屈曲约束支撑的节点。此后就一直自己学习屈曲约束支撑和减震的内容。后来在上海世博会博物馆新建工程项目中，我们创新性地将屈曲约束支撑引入到桁架下弦，提出了延性桁架抗弯框架的设计方法，将桁架端节间第二跨采用屈曲约束支撑作为耗能段，既不影响桁架的竖向承载能力，又可在地震作用下屈服耗能，我们称之为竖向承重和水平抗侧分离的减震设计方法。2014年我和包总去合肥参加第六届结构工程新进展，做了相关的报告。报告后，李国强老师特意过来对这种做法给予认可和鼓励。

▲上海世博会世博中心

▲上海世博会博物馆新建工程项目

▲屈曲约束支撑引入到桁架下弦

该设计理念又应用在白莲泾M2码头，采用摇摆柱+屈曲约束支撑+自平衡拱壳的结构体系，创新性地引入高强拉索与BRB的组合应用，组成刚柔并济的抗侧力减震体系，使得所有钢柱两端铰接，只承担竖向荷载，轻薄的屋面壳体进一步减小了钢柱的负载，最终实现了钢柱的纤细化。该项目在建筑表现和结构体系创新上都有吸引两个专业的地方，得到了建筑圈和结构圈很多的关注。

▲结构体系示意

2019年9月，就两个项目的设计，我在第二届全国工程结构减隔震技术交流会作了题为《竖向承重与水平抗侧分开的减震设计实践与思考》的报告（点此查看报告详细内容），收到了比较好的反响，此后该减震设计理念也在多个项目中拓展应用。从2010年至今，对于采用屈曲约束支撑的设计实践已经持续十多年，尚有很多的工作还在进一步完善。

▲点图查看报告PPT

除了少数天才外，我们大多数的普通人都需要经历“一万小时定律”才能精通某件事情，考虑到结构设计的复杂性和时间投入的持续性，可能需要好几个“一万小时”， 但胡适说过“怕什么真理无穷，进一寸有一寸的欢喜”，慢慢学慢慢做就好了。

No.3 要不断磨炼自己的力学概念

结构设计发展多年，结构分析的软件和工具越来越先进和智能，参数化设计极大地提高了设计效率，拓展了设计边界，结构技术不再是自由建筑形体的阻碍，但我认为结构设计的内核和魅力还是在于结构力学概念。土木工程从某种意义上可以说是一门古老的学科，结构设计的内核并没有随着科技的发展有太多的进步。

力学概念是结构设计的基础，是每个结构工程师都能交流和客观判断的语言，它能让我们有别于结构设计软件操作师，也能在面临诸多令人费解的规范条文时尽量去实现结构设计的合理性。

内尔维的《建筑的艺术和技术》里这样写道：复杂的公式和高等数学的计算方法在设计的这一基本方面中是无济于事的。本质的东西却在于以简化的公式为基础的方向性的估测，或者说，这就是将复杂体系分解为几个基本部分的能力。力学本身，或者在某些情况下，还有施工工艺，是对结构构件及其节点的设计模式具有启发意义的源泉，这种启发具有客观的性质，它取决于方案的结构特点和所用材料的技术特点。

工作多年参与的多个项目中，虽然每个项目都有其特有的复杂性和技术难点，但对于项目中体现结构力学概念的内容却总是更容易浮现在脑海里，更加容易愉悦自己，使自己能暂时忘记设计工作的繁杂。

世纪馆是第十届中国花卉博览会的标志性建筑，形如一只蝴蝶，东西向长度约280m，南北向长度约115m，壳体厚度250mm，整个壳体支撑在剪力墙和长细摇摆柱之上，是目前国内最大的自由曲面混凝土薄壳结构（点此查看更多内容）。设计力图采用最简单的力学概念实现复杂的自由曲面的混凝土壳体结构。国内首次采用间接预应力的技术，实现混凝土薄壳的“以形御力”；在世纪馆中间通道处设置钢-混凝土组合张弦桁架，以平衡壳体的侧推力，张弦桁架的撑点巧妙的作为连桥的吊点。

▲第十届中国花卉博览会-世纪馆

在南京江北金融中心包含地上104层和5层地下室，建筑高度499.8m，采用带伸臂桁架加强层的巨型拱支框架-核心筒结构体系，我们在拱脚处引入预应力来平衡拱的侧推力，降低巨柱的附加内力，并采用虚功原理对于伸臂桁架的选型给出了定量的解释。

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‍▲南京江北‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍金融中心

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▲伸臂桁架选型

南京江北金融中心项目更多内容详见《建筑结构》2022年第10期（华东院70周年专辑）中论文《基于力学原理的南京江北A1地块超高层结构设计》。

结合华东院多个超高层项目的设计经验，我们把伸臂桁架与核心筒连接的受力特点与钢框架梁柱节点的受力联系在一起，对伸臂桁架的受力特点给出了更简洁清晰的解释。

▲伸臂桁架受力示意

世博博物馆欢庆之云的云柱内的疏散楼梯，设计利用脊柱设置了单边悬挑楼梯，悬挑梁的悬臂弯矩结合梯梁的折弯转换为外圈梯梁的弯矩，避免了外梯梁的受扭，竖向拉杆承重，但不提供水平与抗扭刚度（瞬变），单方向水平压杆提供水平刚度，水平压杆（或拉杆）的平面交点不重合提供抗扭刚度，“钢拉杆+压杆+脊柱”的共同作用能为结构提供足够的约束刚度，来满足规范中的竖向振动和舒适度等要求。

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▲世博博物馆欢庆之云

国家会展中心中由于已运营地铁的存在，E1圆楼单体存在最大跨度117m的弧形转换，结构采用巨型箱型空间桁架，并使用轻骨料混凝土减小转换区域的荷载，但由于地铁线路将地下室底板分为上两部分，竖向荷载作用下，每一部分地下室均承担转换区弯矩引起的水平推力，该水平推力需要通过桩和地下室的被动土压力承担，需要重点解决。大汪总（汪大绥大师）提出了施工阶段下弦杆后安装的措施，总水平反力减小为20984kN；在超限审查报告中，我们补充了框架和排架在竖向荷载下的弯矩和剪力分布，并说明下弦的后装降低了桁架端的刚度，使得结构的受力性能介于刚接框架和排架之间，由于无法实现多层桁架的理想铰接，使得侧推力是无法完全消除，会后第三方咨询单位同济院的何志军博士对此概念解释给予了相当的肯定。

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▲国家会展中心

No.4 建筑结构一体化设计，结构成就建筑之美

刚工作的前几年对于结构和建筑的美与丑，并没有特别的概念，很多外方主导的大型公建项目中，建筑、结构与机电等多专业的合作协调会占用更多的精力，结构专业的工作更专注于限定建筑边界的结构解决方案，多数项目对于结构表现并没有要求，只要结构不添乱就可以了。

所以很长的一段时间内，对于结构表现和节点设计的精致可以说是理解很浅，这也很难通过学校教育和闭门造车来解决，只能通过对大量经典结构和经典节点的学习、模仿、消化吸收和创新的过程才能一步步提升和改善。

在2010年的世博阿联酋馆项目中，外形为两座沙丘形状，世博会后需拆除至其他地方继续使用，故杆件间的连接均可拆卸。单层网壳的节点采用了国内较少应用的螺栓连接节点，即半刚性节点。处于对于受力的不放心，我坚持在单层网壳的薄弱位置中加了两根H型钢梁，对此钢网壳承包商的外方技术负责人Soeren Stephan一直说是那是ugly beams，两根H型钢梁确实改善了单层网壳的受力，但也打乱了网壳布置的韵律感，使得节点的处理更复杂，钢网壳施工完毕后的那两根大钢梁看起来也确实别扭，这两根钢梁也一直存在于我后来的工作记忆中，时不时会想起来。

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▲世博阿联酋馆项目

好在大量国外设计师在国内的项目给我们提供了很好的学习机会，开放的国际交流以及外文资料的便捷购买也使得系统和深度的学习更加方便。《空间结构的发展和展望》、《轻远》、《Structure as Space》、《Shaping Force》等众多优秀的资料成了工作期间找寻灵感的好出处。出差或出国的时候，也会习惯性得选择当地的经典项目去现场参观感受。

看着SBP，Laurent NEY，约格康策特、内尔维、渡边邦夫、SOM、ARUP等结构大师们的作品，学习和领悟其自然成熟的表现手法，自己的项目中去慢慢实践，努力形成自己的结构逻辑和风格。

与章明老师合作的浦东白莲泾M2码头创新性得采用了摇摆柱+屈曲约束支撑+自平衡拱壳的结构体系，结构效率的充分发挥实现了建筑结构的轻盈、简洁和通透，在建筑圈和结构圈中都得到了很多的关注，被选做《建筑技艺》和《时代建筑》的封面，并荣获了2019年亚洲建筑师协会建筑金奖。

▲浦东白莲泾M2码头

▲ 白莲泾码头被选为杂志封面

▲2019年亚洲建筑师协会建筑金奖

这个项目以后，我收到了许多结构工程师朋友的调侃和“抱怨”，可能是更多的建筑师把细柱的表达延伸到项目需求中了，这也是某种程度上的“内卷”吧。

崇明花博会世纪馆中高细摇摆柱和张弦桁架的撑杆都采用了变截面处理，节点采用一体成型的铸钢节点，使得构件和节点的尺度与建筑空间和谐统一。‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍

▲崇明花博会世纪馆

世纪馆中较高的拱矢高虽然会提高结构效率，但引起的屋面陡坡会影响观众的行走舒适度及增加屋面种植土固定的难度，最终采用的低矢跨比拱壳虽稍许偏离结构合理性，但并未影响结构美的表达。

▲世纪馆屋面

第十届花卉博览会竹藤馆的建筑造型独特复杂，利用参数化的设计手段，建筑和结构的不同需求在编织索网的设计配合过程中无缝衔接，最终呈现出的编织效果也很精艳。竹藤馆展厅为空间自由曲面拱壳形态，采用超高延性混凝土材料以及3D打印模板配合喷射混凝土施工工艺无筋设计建造而成。

▲第十届花卉博览会竹藤馆

很多的经典建筑，并不关注结构受力的合理性和结构在建筑中的表现，建筑的美与结构受力的合理性间并没有必然的关系，抽柱、大悬挑和压梁高等低效的结构受力实现建筑空间或立面的效果反而是比较常见，统称复杂结构。

密斯凡德罗的柏林新国家美术馆，梁高1.8m，间距3.6m的井字梁形成的无柱大空间，在结构受力上是典型的低效率受弯结构，然而对密斯来说，最优静力学与建筑清晰性的表达相比是次要的。西扎的华茂博物馆，结构和机电工程师绞尽脑汁把结构构件和机电管线消隐于建筑的空间内。

这也使得那些对结构表现和建筑结构一体化设计持包容态度的建筑师特别得容易让结构工程师产生共鸣。建筑师和结构工程师一起创作出一个彼此相互成就的建筑，应该会激发很多结构工程师内心的热情。

在华东院，虽偶尔阳春白雪，但更多时不得不为五斗米折腰，大多数时间是在与全国各地一个个高矮胖瘦各不相同的方盒子打交道，所以很希望更多倡导建筑结构一体化的建筑师给予我们合作的机会，既实现建筑的理念，又能体现结构的价值。

No.5 成长

参加工作后，姜文伟总说至少要工作5年才能算是个刚入门的结构工程师。再后来听到陈老师总结自己的职业生涯：十年磨一剑，未敢漏锋芒；二十年磨一剑，其锋不可挡。

不知不觉间，发现自己已工作了近17年，可能才稍许摸到了结构设计的脉络，有了些许自己的理解和努力的方向。但在满足业主，建筑和机电等诸多项目的各方面需求下，又渐渐模糊了对于结构设计的认知，时间一点点的在以产值为导向的忙碌中过去，懂得越来越多的同时，不懂的也越来越多。

整个职业生涯既漫长又短暂，好在有汪大绥大师、周建龙大师、姜文伟总、包联进总和周健总等华东院老总们做标杆，虽年龄渐长，但对结构的热情始终还在，学习的心还年轻，还会要不断学习和思考，期待和建筑师的合作中能创作出更多的精品。

▲崇明花博会结构团队

作者简介

黄永强

华东建筑设计研究总院事业四部副总工程师和结构团队总监

2005年同济大学结构工程专业硕士,毕业后加入华东建筑设计研究院有限公司工作至今，目前为事业四部副总工程师和结构团队总监，中国建筑学会建筑结构分会第七届理事会青年理事，中国勘察设计协会结构分会理事，上海市超限审查专家。

工作期间参与了国内多项重大工程的设计工作,如：2021年第十届崇明花博会主场馆-世纪馆和竹藤馆，国家会展中心、苏州国金中心、世博会博物馆，2010年上海世博会的5个场馆,中央电视台新台址CCTV主楼、上海中心（第三方咨询）等，参与的多个设计项目获得了全国及上海市优秀工程勘察设计的奖项。

2019年度获得“建筑结构行业杰出青年”。2021年获得第二届上海优秀青年工程勘察设计师。

图片来源 | 除特殊注明外，均由作者提供 

责任编辑 ：高洪涛

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