爱德华多·托罗哈（Eduardo Torroja，1899-1961），国际空间结构协会（IASS）创始人。在众多杰出的西班牙工程师中，他受到高迪和坎德拉的启发。他的设计作品包括大型混凝土壳体、大跨度钢结构和拱桥，以及小型建筑草图、渡槽和水塔。
托罗哈巧妙而巧妙地运用了结构形式抗力、预应力技术、施工技术。在西班牙内战前后的困难时期，他依靠自己优秀的设计理念，以极低的成本完成了许多精美的作品。他非常感谢后来的设计师坎德拉和伊斯勒等人产生了很大的影响。
空间结构
阿尔赫西拉斯市场大厅
1933年，Toroja在瑞士南部小镇阿尔赫西拉斯的市场设计了一个拉伸的RC壳结构。正八角形穹顶直径为47.6m，曲率半径为44.2m。作为单个球壳，其跨度首次超过万神殿圆顶（直径43m）。壳体最小厚度8.9cm，厚跨比1/535；在支撑点附近加厚至45.7cm。
阿尔赫西拉斯市场大厅，1932 年
穹顶的曲面由球形穹顶和四个圆柱体切割而成，在水平投影上垂直切割成十六边形。球面与圆柱面相交处形成八个向内倾斜的拱形支撑。悬垂还起到传递球壳边缘的水平推力的作用。水平和垂直的力都平稳地集中在八根拱形基柱上。柱顶八角环梁施加预应力（16根Φ30钢筋），平衡壳体水平推力，提高RC壳体的稳定性。
主应力轨迹及配筋示意图
外壳的中心是一个八角形玻璃天窗，一个由预制钢筋混凝土杆组成的三角形网格。
阿克西拉斯镇集市外壳、平面图和立面图
市场内部，天窗
壳混凝土达到强度后，用螺丝扣施加预应力。壳体受压并略呈拱形钢结构水塔，壳体很容易与模板分离。在Toroha的作品中，我们经常可以看到这种一石多用的巧妙设计。
支撑柱：收缩缝、水管结构
施加环向预应力后，支撑柱的径向刚度要求较小，因此采用较宽的扁平截面，有利于温度作用下支撑柱径向推力的适当释放。为了防止壳体在温度作用下径向变形而使立面装饰开裂，在柱子与装饰之间设计了一个间隙，落水管可以隐藏在其中。
阿克西拉斯镇市场的外壳比较平坦，圆心角约为32度。另外，由于采用了预应力，因此壳体处于整体受压状态。该地区雨水相对较少，因此外壳表面不防水。裸露的混凝土表面依然充满光泽，没有太多时间侵蚀的痕迹。 34岁的Toroha就凭借这样一个小镇市场的设计一举成名。
马德里扎苏埃拉赛马场
托罗哈在回忆往事时多次提到：“执着的追求，不断的思考，往往灵感会在最后一刻突然闪现。”他所描述的是马德里赛马场申办的经历。
马德里萨苏埃拉赛马场，悬挑屋顶，1935 年
赛马场的简化横截面
像芭蕾舞演员一样，表演平衡的艺术
马德里竞技场的屋顶屋檐是双曲抛物线壳，由顶部和底部铰接的混凝土柱支撑。背面用拉杆平衡挑檐的倾覆力，同时将马场交易大厅悬空。屋顶悬挑长度为12.8m，背面长度为7m。壳的厚度从柱子到两端逐渐减小（14~5.1cm）。
屋顶沿纵向起伏。波峰波谷高差在柱子处最大，为1.4m；边缘波峰波谷高差最小，为0.5m。波浪形状让悬挑看起来很轻盈，也有利于释放纵向温度效应。
单元顶板：法向应力轨迹线
从屋顶的法向应力轨迹可以看出，波峰以压力为主。因此，Toroha将单元之间的施工缝放置在这里，以尽量减少屋顶渗水的可能性。 20世纪30年代，还没有成熟的计算复杂曲面的理论。 Toroha利用受力单元的全尺寸模型试验进行了验证。
底层看台下的拱门是无压力的装饰。
西班牙内战期间，屋顶外壳被炮弹击中十余次，造成局部损坏、开裂，但整体结构基本完好，至今仍存。年轻的托罗哈凭借两部早期作品奠定了他在结构工程史上的地位。
拉斯科尔茨足球场
Toroha设计了悬臂25.3m的轻质钢桁架屋顶。屋顶固定在具有高刚性和强度的钢筋混凝土臂上，充分利用了两种材料的特性。小我不禁感慨，早在七十年前，在没有计算机分析、材料和技术非常有限的情况下，托罗哈设计的大跨度结构甚至比我们现在的设计还要好。
拉斯科尔茨足球场，1943 年
托雷洪和巴拉哈斯机库，钢结构桁架
圆形手术教室
马德里大学城医院的圆形手术室拥有平面直径约21.3m的无柱空间，顶部设有直径10m的天窗。 Toroha 设计的屋顶就像一顶“帽子”，由周围的 16 根柱子铰接支撑。 “帽子”形结构稳定吗？
圆形手术教室模型：加载测试
分析截面受力，天窗略微向上拱起。设计的巧妙之处在于，普通拱形穹顶设计中最难克服的支撑推力，恰恰是屋顶稳定的关键。
天窗拱脚的推力产生力矩，抵抗重力的倾覆力矩。也就是说，推力和重力引起的变形趋势是相反的。上环梁受压，下环梁受拉，达到稳定平衡。 “帽子”放置在周围的柱子上。立柱顶部不承受弯矩，在重力作用下不产生推力，因此立柱可以设计得非常细长。
正如在马德里竞技场的设计中，当计算和分析出现困难时，Toroja通过模型试验来证明“帽子”屋顶在对称和无位移荷载下的稳定性。
弗龙顿·罗勒托斯回力体育场
回力体育场，场地呈长方形。对于纵横向支撑距离较大的情况，教科书指导我们设计短向力传递，但这并不是结构工程的铁律。 Toroha设计的屋顶由大小两个相交的圆柱曲面组成，其三边支撑在山墙和侧壁上，一侧支撑在看台背面的纵向三跨连续梁上（梁高3.5m），营造出更加开阔、明亮的空间。
Fronton Roceletos Jai Alai 体育场规划的演变，1935 年
横截面
较大圆柱面半径为12.2m，较小半径为6.4m，总水平跨度为32.6m，纵向跨度约为55m。屋顶混凝土层最小厚度为7.9cm，在两圆柱面相交处厚度加强至15.9cm。虽然屋顶是用混凝土壳建造的，但实际应力相当于具有正交圆柱截面的纵梁。
屋顶设计了两个玻璃天窗，三角形网格（边长1.4m）由钢筋混凝土杆组装而成。
Fronton Roceletos Jai Alai 体育场：模型测试
西班牙内战期间，回力体育场数次被炮弹击中，但并不像马德里赛马场那么稳定。炮弹造成严重的结构损坏和裂缝。天窗沿长边继续下垂，没有及时修复。屋顶最终倒塌了。
破坏过程中的变形
【小i认为，混凝土断面又宽又薄的“纵梁”受力无法满足平坦断面的假设，其刚度受到了一定程度的损害。同时横向跨度较小，分担一定的载荷，大小筒相交处有弯曲倾向。这对于薄混凝土壳结构来说是非常不利的，因此需要对局部混凝土进行加厚。从纯粹的结构角度来看，回力体育场的结构形式并不理想，特别是在不对称荷载作用下。 ]
桥
艾斯拉拱门
埃斯拉拱桥的跨度为210m。拱顶高出正常水面50m，高出地基100.6m。它打破了当时拱桥跨度的世界纪录。
艾斯拉拱门
Esra拱桥的设计有四个关键点：
1）采用临时吊索将钢结构桁架分段吊装，形成跨水面的轻钢拱，作为后续混凝土拱浇筑的临时支撑；拱顶和拱脚的下弦不先焊接，形成三铰，拱在温度变化时可以自由伸缩，不会产生附加温度应力。
钢拱架安装流程
2）将混凝土拱段分成多块，逐块纵向浇筑。首先凝固的拱形结构作为后续浇筑的支撑结构。拱的承载力逐渐增强，施工过程中的二次弯矩极小；在浇注区1、2最后焊接下弦杆并锚固，形成定端拱。
设置千斤顶，调整上下弦受力均匀
拱段分块浇筑顺序
3）临时支撑钢拱也是混凝土拱的刚性钢框架，整体浇筑而成；拱形截面上的交叉支撑浇注在竖向混凝土隔板上，大大提高了截面的抗扭能力；
4）混凝土拱完成后，用千斤顶在拱顶部开一个缝隙，浇筑混凝土，以补偿冷却变形、混凝土收缩和徐变。
这些巧妙的措施，以及实验验证、施工监测等理念，在当时都是非常先进的。
阿洛兹水道
Toroha设计的Alloz水道桥全长408米，采用预应力技术实现了零张力混凝土“梁”。沿水道桥纵向，每个单元有2根X形柱，中间跨度37.8m，两端悬臂18.9m。这样，水道桥“梁”全长都承受负弯矩，即水压最大的底部受到压缩，不会出现开裂、渗水的情况。历经70多年的风霜雨雪，至今仍在使用。
水箱弯矩图及加固
为了消除梁顶部的拉应力，Toroha采用了后张预应力技术。张紧方法与上一期Eladio Dieste中使用的方法类似。使用千斤顶将第一根锚定的平行钢丝绳分开以产生预紧力。几周后，预应力筋的混凝土收缩、徐变和松弛基本完成，进行预应力补偿并浇筑混凝土保护。 【混凝土收缩徐变、钢筋强度低、预应力损失等问题是早期预应力技术无法推广和使用的原因。 ]
纵向预应力钢筋的拉伸方法
水道桥截面为三次抛物线，满足水压作用下的受力要求。水箱顶部每隔4.6m安装一根钢丝绳，施加预紧力。附加弯矩对内壁施加压力，防止破裂和泄漏。
阿洛兹水道桥断面：顶拉式
如何设计一座无预应力且节点尽可能少的渡槽桥？
Toroha提出的一项计划是在水道桥中间建造一个三铰拱。拱脚产生约400t的推力，使两侧水箱全截面承受压力。三铰拱的拱顶可以随着温度的变化而旋转，从而使拱脚的推力几乎保持恒定。
三铰拱水道桥方案
坦普尔水道桥
在Tempul渡槽桥中，Toroha采用了斜拉索的方法来压缩渡槽段。在设计过程中，方法总是比困难多。
建筑素描
1951年，托罗哈在马德里建立了一个研究所。研究所内有许多独特的建筑和设施，从侧面体现了Toroha的性格和杰出的设计才华。其中有十二面体的煤炭仓库和双绞线制成的“肋”凉棚。
十二面体煤炭仓库
作为煤炭仓库的容器结构，球体可以获得最佳的体积表面积比，而正十二面体是圆形体的近似，可以显着降低成本。
煤仓部分
托罗哈最喜欢的“肋骨”凉棚
Toroja设计的马德里水塔方案是位于高处的旋转抛物线薄壳和由钢筋混凝土横梁组成的双曲圆柱体支撑结构。结构受力合理，造型美观。
水塔平面图
由于战后经济萧条，这个优雅的计划没有实现，取而代之的是沿着现代冷却塔形状的旋转双曲面砖砌成的外壳。砖壳也有自己独特的性格，经受住了时间的考验。
具有旋转双曲面形式的砌体壳体
混凝土悬臂遮阳篷
托罗哈一生致力于推动创新技术在土木工程领域的应用。他于1934年创立了ITCE协会。1959年，Toroja创立了IASS国际壳与空间结构学会，并在马德里召开了第一届国际会议。建筑师和结构工程师、技术人员和研究人员齐聚一堂。 IASS会议每年不间断举办，为空间结构的发展培养了一代又一代的人才。
托罗哈的著作包括《结构哲学》和《爱德华多·托罗哈的结构》(1958)。
托罗哈于1961年在马德里去世。以托罗哈名字命名的IASS终身成就奖，颁发给在空间结构工程领域做出杰出贡献的工程师。
托罗哈生活在西班牙的一个动荡时代，外部条件限制了他承担大型项目。然而，即使是小项目、建筑草图、渡槽、桥梁、水塔也无法埋没他的才华。我们常常在他的作品中看到，负荷似乎并不是一种负担。他善于用最简单的结构原理“借力”，仿佛是结构工程师中的太极拳高手，其巧妙之处令人惊叹。
谨以此文向爱德华多·托罗哈致敬！
由于本文篇幅有限，我们无法全面阐释Toroha的设计之美。我推荐大家看一下罗福武教授介绍Toroha作品的书[1]钢结构水塔，以及Toroha的两本书。
