建筑结构·专访丨东方京宁徐焱：除工作谨慎外，结构工程师还应有探索精神

本期受访人：徐焱，北京东方京宁建材科技有限公司总经理，教授级高级工程师、国家一级注册结构工程师、国家一级注册建造师，中国房地产学会空心楼盖研究会副会长、中国工程建设标准化协会预应力工程专业委员会委员。

徐焱：“除工作谨慎外，结构工程师还应有探索精神”

Q1

当初为什么选择这个专业？

学土木工程这个专业主要是受家庭影响。我父亲当了10年铁道兵，1956年毕业于解放军铁道兵学校（现石家庄铁道大学），修过黎湛线、鹰厦、漳泉线等铁路。1962年修向乐铁路时，我父亲在江西就地转业到水电系统工作，我从小就听父亲讲过大坝、渡槽、溢洪道、冲抓钻、钢筋混凝土、预制构件等概念，高考时就报了华中工学院的工民建专业。我于1985年考上华中工学院（88年改名华中理工大学），大一、大二的辅导员兼班主任是葛汉彬（现日本工程院院士），葛老师当时仅为大四学长，他就劝同学们不要满足于“六十分万岁”。华中工学院的强项是机械、电力类专业，工民建1982年才招第一届学生，我们平时读的专业教材基本是华南工、南京工和湖大编的，但老师推荐的参考书大多是清华大学或同济大学的。大三之后我们的辅导员是杨丽萍，她的青梅竹马叫段小廿，杨老师跟我们讲述段老师在清华园8年的求学经历时，其自豪的表情令我印象深刻，我下定决心好好努力，争取成为段老师的学弟。（20年后，我和段小廿老师再次相聚时，他已是奥雅纳的总监，负责过国家体育场、中央电视台总部大楼和国贸三期这三个北京比较著名建筑的抗震验算，我也为能成为段老师真正的学弟而骄傲。）当年考研时，1989年清华土木系招了28个硕士研究生，在对外应届生招募名额较为紧张的情况下，我是外校应届生中唯一一个考进的。

Q2

读书时有哪些趣事？

花杆的新用途：大学上测量课，老师会把一些非贵重设备交给学生保管，测量用花杆就是其一。花杆带有金属尖头像根标枪，同学们拿在手上跃跃欲试，却不敢抛出去怕伤人。当年在华中工学院与武汉城建学院之间有许多沟渠与池塘，周末我们一些同学拿着花杆翻墙出校去水边戳鱼，其它系的同学看见我们有此神器，羡慕得眼中冒火。我们实际上并没戳中几条鱼，倒是弄上一些小龙虾。我小时候在江西摸鱼捞虾的事没少干，但那个年代江西抚州没有小龙虾。我不知深浅，用手去拨弄小龙虾，结果被小龙虾钳子夹得直流血，这才知道小龙虾钳子堪比螃蟹，不能随便摸。用鱼肉可吊小龙虾，可没戳到几条鱼，我们就把小龙虾撕碎当饵，用花杆当钓竿，结果收获颇丰。

父亲的无奈：我的《钢筋混凝土结构理论》是沈聚敏老师教的，沈老师很和蔼，经常笑呵呵的。某次下课前，一个比我们年纪略小的姑娘在门口向教室不停张望。下课铃响后，姑娘就进教室喊道：“下课了，别耽误哥哥姐姐们吃中午饭。”姑娘见沈老师还在讲课，就不管不顾地跑上讲台搂住他腰不让继续讲下去，还一手伸进老师口袋掏出钱包，小声说要买什么东西。有如此“刁蛮公主”在，沈老师只能对大家摆摆手，一脸无奈地说：“今天的课就上到这里吧！”可见做父亲的在女儿面前一点辙都没有。

Q3

这几年都在忙什么?

最近几年，主要忙着现浇预应力空心板结构技术在工程中的推广应用，当然纯预应力（含预应力加固）或普通空心板工程也有所涉及，还从事装配式空心叠合板技术的研究。
1991年我到北京市建筑工程研究院工作，在那里的12年，我一直从事着与预应力相关的工作。2003年我来到清华大学土建工程承包总公司（现名北京清控水木建筑工程有限公司）工作，我将更多精力放在空心板结构技术的研究上。2004年，我和同事吴建辉成立了自己的材料公司北京东方京宁建材科技有限公司。

（1）首个跨度超过20m的空心板

2008奥运会北京射击馆是清华大学建筑设计研究院有限公司庄惟敏院长负责的项目，在方案比选阶段，预应力空心板因使用效果好、造价相对较低而成为优先方案，但该方案面临诸多难题。当时CECS175《现浇混凝土空心楼盖结构技术规程》讨论稿刚公布，其中规定普通空心板跨度不得超过16m，预应力空心板不得超过20m、空心率不得超过50%，而射击馆跨度23.7m、空心率53%，两项指标都超了。在庄院士和总工刘凤阁教授的支持下，经过多次论证和现场试验，终于做出了国内第一块跨度超过20m的现浇空心板。

除跨度的领先性外，奥运射击馆将聚苯泡沫作为填充主材方便了空心板内管线的施工；填充材料截面形状为矩形切角，在保证板底浇筑密实的前提下，还提高了楼面承受集中荷载的能力，且获得较高的空心率（详见建筑结构2006,36(S1)“现浇预应力空心板技术在奥运射击馆工程中的应用”）。射击馆成功后，同为奥运项目的国家体育场在局部大开间处也采用了预应力空心板。

2008奥运会北京射击馆

 现场施工情况

空心板内管线布置方便

射击馆预应力空心板板底的效果

 国家体育场预应力空心板施工中

（2）大荷载预应力空心板

北京育民小学有两个大开间，最大尺寸47.5m×22.1m，结构上部1.5m覆土（恒载30kN/㎡），并考虑消防车（20kN/㎡）。已设计成型钢混凝土梁结构，其中主框架梁600mm×2000mm。因闹市区场地狭小，大型钢骨梁现场吊装困难，且2m的梁高影响游泳池上部空间使用。建设单位向中国建筑科学研究院结构所咨询后，临时改成1200mm厚预应力空心板，将净空提高800mm且楼盖造价减少31万元，每平米减少170元（详见建筑结构2022年6月增刊“预应力空心板结构的经济性研究”）。

大荷载空心板受力特点是控制截面受压区较高，通过调整弯矩较大区填充箱高度，既使楼盖空心率降低不多，又将受压区高度控制在翼缘范围内。有了玉民小学的经验，2013年我们做了跨度更大（25.2m×33.6m）、荷载更大（附加恒载60kN/㎡、活载15kN/㎡）的东交民巷小学马坊校区，空心板厚度1500mm。

育民小学空心板短跨方向支座部位断面图

育民小学空心板短跨方向跨中部位断面图

东交民巷小学施工现场（红线所圈区域上翼缘厚度局部增大）

（3）30m及40m以上跨度的预应力空心板

2012年，国内还没有跨度突破30m的空心板案例。内蒙古多伦职业学校有个大开间32mx51.6m。原方案为预应力井字梁结构，经多方案对比，改为1000mm厚预应力空心板，结构特点如下：板中增设暗梁、结构大起拱、不同预应力混合使用。

短跨方向有粘结预应力、长跨无粘结

空心板起拱等高线图

预应力空心板施工中

短跨方向有粘结预应力、长跨无粘结

2019年，在北京二中经开区学校工程中，我们再次将预应力空心板使用跨度突破了40m。该工程地下冰球场顶板跨度41.5m×77.5m，附加恒载30.0kN/㎡、活载5.0kN/㎡，预应力空心板厚2500mm。软件自动计算得到楼板自振频率f=3.37Hz，工程实测值3.72Hz，楼盖加速度0.02m/s²。（详见建筑结构2021,51(22)“预应力空心板技术在大跨度楼盖中的应用”）

本工程原设计为钢桁架结构，EPC项目需进行经多方案比较。在维持同样净空前提下，若结构较高，还需要考虑土方开挖和运输上所增加的成本，且竖向构件的造价也要增加，相关数据如下：

预应力空心板因结构高度最小，综合造最低而被确定为最终方案（详见建筑结构2022年6月增刊“预应力空心板结构的经济性研究”）。

填充材料及预应力筋平面布置图

北京二中施工现场

（4）预应力空心板的特殊应用

1、圆形预应力空心板。义乌复元医院屋盖直径33.6m，空心板厚1000mm。

义乌复元医院施工现场

2、带悬挑的预应力空心板。南和二中体育馆跨度45m×45m，最大悬挑6.4m，板厚1400mm。

南和二中体育馆平面图

3、含大洞口的预应力空心板。宁波雪窦山佛堂跨度27m×45m，空心板中部有个9m×9m洞口，板厚1000mm。

宁波雪窦山佛堂平面图

4、平面异形的预应力空心板。北京未来城学校地下体育场一共有5个地下大开间运动场，最大开间33.0mx51.6m，附加恒载18.0kN/㎡、活载20.0kN/㎡，空心板厚1800mm。

未来城学校平面图

5、预应力空心板连廊。南宁地铁那洪站连廊跨度36.5m，附加恒载22kN/㎡、活载6kN/㎡，空心板厚1800mm。

那洪站连廊

6、板底大吊挂的空心板。呼和浩特彩虹城连续三层都是跨度30.3m×42m的大宴会厅，1000mm厚预应力空心板底有大量吊挂，最大彩球直径6m，单点吊挂力不小于300kg。

彩虹城预应力空心板底吊挂情况

（5）对预应力空心板性能的总结

1、在同样跨度、同样荷载前提下，预应力空心板结构高度最小，约为混凝土梁板结构高的50%-60%，钢结构的60%-80%。

2、与钢结构相比，除轻荷载屋盖外，预应力空心板楼盖造价要低10%-40%；荷载越大，价格优势越明显。

3、与混凝土梁板结构相比，预应力空心板楼盖造价通常要高5%-15%；若保持净空相同，则二者造价基本持平；在地下结构中，考虑少挖土、降水的效益，预应力空心板造价甚至更低；而在车道结构中，预应力空心板楼盖的直接造价已经比密肋梁结构低。下表为近几年一些预应力空心板典型工程技术指标：

Q4

最近有那些思考?

最近对普通空心板的技术创新也有涉猎，还从事装配式空心叠合板技术的研究。

（1）普通空心板中的技术创新

普通空心板若也靠肋梁对填充材料进行水平定位，则绑扎肋梁箍筋费工、费时、费材料，结构经济性差。不设肋梁后，工程中一般做法是用铁丝填充箱上增配压筋与下铁拧紧，通过压筋的摩擦力来限制箱体移动。但摩擦力有时不足以抵御振捣混凝土所产生的水平冲击力，使得定位效果差，且压筋要增加额外的材料费。

用压筋定位填充箱示意图

我们发明了一种两头下弯的插条，在填充箱的每条边上预设2个卡槽，利用插条将相邻填充箱连接起来。插条既能受拉又能受压，将所有填充箱连成一片。这种技术施工速度快、定位效果好，振捣混凝土时填充箱不跑位，该技术在北京城市副中心、清华大学物理楼等国家重点项目上成功应用。

填充箱与插条拼装示意图

填充箱与插条拼装示意图

我们另一项技术创新是空心板中剪力架的应用。若仅凭实心肋和上下翼缘处混凝土的抗剪能力，空心板尚不足以抵御所承受的剪力，则应增配抗剪钢筋。肋梁箍筋可抗剪但费工、费时、费材料。可仅在抗剪能力不足区段增配抗剪钢筋，其余区段仍为素混凝土肋，我们发明了一种剪力架来抗剪。相对于全肋通配箍筋，剪力架节省大量钢筋；剪力架可以预制，制作过程不占用工期，空心板的施工速度快。

空心板剖面图

剪力架构造示意图

工程中应用实例

（2）空心板叠合板的技术探索

在装配式建筑领域，当跨度在5m以上，尤其是跨度超过7m时，普通叠合板实现起来较为困难。若能将预制件轻量化（单个构件重量控制在5t以内），将可以实现跨度7-9m的装配式楼盖的整体成型。

预制件平面图

预制件剖面图

叠合板平面图

2018年，我们和清华大学合作已经完成相关试验，解决了预制件下铁横向钢筋之间的搭接传力的问题；将要进行一块由3个预制件拼接而成的8.4m×8.4m双向板的试验，在珠海采用该技术的项目也即将实施。

试验节点图

试验过程

上述工作完成后，我们将着手编制CECS标准《配拉结支架混凝土空心叠合板技术规程》。

Q5

工作中难忘的人和事?

参加工作后，我一直以曾是过镇海的学生而自豪，虽然跟着过老师搞研究仅2年，但他严谨、会变通、爱好广泛的人生观一直影响着我。

严谨：我来清华读研后，本校直升的同学告诉我，土木系有四大严师，分别是陈肇元、过镇海、方鄂华、刘西拉，跟着他们读研非常辛苦，你就自求多福吧！跟过老师接触后，我确实感受到老师一丝不苟的治学态度，试验方案的确定、每一组数据的取得，老师都要仔细检查。我们当年的论文都是手写的，写错一个字或符号，或者板书格式有错，整张纸甚至整章节都得撕了重新写。过老师的严谨，让我在以后的工作中不敢乱来。

会变通：我硕士课题是《三轴拉压应力状态下混凝土的强度及变形》，师兄有的是两轴受压、三轴受压、两轴拉压，我是顺着他们的系列课题继续往下走。师兄对于受拉方向钢板与构件的粘结，是靠重力使胶凝固牢靠，我的试块两方向受拉，师兄的方法不适用。过老师启发我一条路走不通应该想想别的方式，在老师的指导下，我用在试件周圈套上角钢用螺栓拉紧的方式，达到了目的。为此我还跟实验室的师父学会焊接和操作车床，类似例子不一而足，大大锻炼了自己的动手能力。会变通是解决问题的一种优秀品质，作为结构工程师参加工作后，就不能对建筑师提出的方案经常说NO，一个好的结构师应该有能力最大限度满足建筑师的设想。我热衷于搞发明创造，跟懂得变通也有很大关系。

爱好广泛：生活很美好，不能只会工作不懂得享受。过老师并不是一个老学究，他的业余生活丰富多彩。他告诉我，五十年代由过家领衔的清华乒乓球队，在国内都是响当当的。退休后过老师改打网球了，前几年他又告诉我，虽然80多岁且眼睛做过手术，但清华退休教师没有几个能赢他。过老师跟混凝土打了一辈子交道，可能大家都以为过老师写的书基本跟混凝土有关，一定想不到，介绍一种逻辑性数字填充游戏的《数独解法与实战》，作者竟然是过镇海。过老师的这种享受生活的态度也影响了我，我喜欢阅读、养花、下围棋和旅游，尽量把生活过得精彩些。

作者简介

徐焱，北京东方京宁建材科技有限公司总经理，1991年毕业于清华大学土木系，获结构工程硕士学位；教授级高级工程师、国家一级注册结构工程师、国家一级注册建造师。曾参编《现浇混凝土空心楼盖技术规程》（JGJ/T268-2012）、《预应力混凝土结构技术规程》（DB11/T2005-2022）、《现浇混凝土空心楼盖》（05SG343）。

责任编辑：赵翘

END

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