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      “紅旗”飛揚(yáng)60米

      2022-05-24 07:52:50李瑩昕北京工業(yè)大學(xué)
      大學(xué)生 2022年5期
      關(guān)鍵詞:拉索紅旗荷載

      文/李瑩昕(北京工業(yè)大學(xué))

      “風(fēng)卷紅旗”搶修后的終極方

      欣然組隊(duì)

      書架最上層的角落,一張斜躺著的證書記錄了一場艱難的比賽。北京市大學(xué)生建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)大賽中,我所在的團(tuán)隊(duì)獲得了一等獎(jiǎng),那是一場讓我受益匪淺的比賽,它點(diǎn)亮了我未來的專業(yè)選擇。

      “結(jié)構(gòu)大賽”的名字,從入學(xué)起就常常在我耳畔響起。作為結(jié)構(gòu)專業(yè)的學(xué)生,如若沒有參加過,仿佛人生都不夠完整。

      比賽要求所有參賽隊(duì)由建筑專業(yè)和結(jié)構(gòu)專業(yè)的同學(xué)共同組隊(duì),先在學(xué)校內(nèi)部競賽,只有獲得第一名的隊(duì)伍才能入圍市級(jí)競賽。大三那年,我興沖沖地拉著隊(duì)友報(bào)了名,當(dāng)時(shí)的賽題為:“該工程為‘紅色文化展示交流中心’,建筑風(fēng)格應(yīng)充分體現(xiàn)出紅色文化內(nèi)涵,結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)體系應(yīng)概念清晰,上部屋蓋結(jié)構(gòu)須采用空間結(jié)構(gòu),具體形式不限,下部結(jié)構(gòu)由各參賽隊(duì)自定,須符合安全、經(jīng)濟(jì)、美觀、創(chuàng)新、綠色等基本要求?!蔽覀冃判臐M滿、情緒高漲,在幾番熱烈討論之后,迅速將建筑方案擬定為“風(fēng)卷紅旗”。

      隨后,建筑學(xué)專業(yè)的隊(duì)員們開始了緊鑼密鼓的設(shè)計(jì)、繪圖、渲染等一系列工作,外觀的雛形很快就展現(xiàn)在了我的眼前:通體的玻璃幕墻輕盈、透亮,屋蓋猶如迎風(fēng)翻飛的旗幟輕輕落在半球形的建筑立面上,造型獨(dú)特,盡顯飄逸之感。結(jié)構(gòu)組的我們欣賞著、構(gòu)思著,為了滿足“建筑自重輕、內(nèi)部空間大、分配靈活”的要求,我們明確了這個(gè)建筑必須依靠大跨鋼結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn),即橫向跨度60米以上的鋼結(jié)構(gòu)。

      脫穎而出

      大跨結(jié)構(gòu)所包含的結(jié)構(gòu)種類眾多,該選擇哪一種?又該怎么設(shè)計(jì)呢?我努力地回憶著三年來的專業(yè)所學(xué)。質(zhì)量輕、強(qiáng)度高、塑性好是鋼材的特性,恒荷載、活荷載,以及風(fēng)、雪荷載等是一棟建筑所承受的各類荷載,內(nèi)力、穩(wěn)定性,以及繞曲變形是建筑物梁、柱等結(jié)構(gòu)構(gòu)件的內(nèi)力計(jì)算。然而,該在何處設(shè)置梁,哪里布置柱?一個(gè)完整的結(jié)構(gòu)該如何計(jì)算?直到面對(duì)這樣一個(gè)虛擬卻又真實(shí)的“大型工程實(shí)例”,我才體會(huì)到了自己與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師之間的巨大鴻溝。

      顧不得迷茫,我們迅速開始了“沉浸式”的學(xué)習(xí)。在老師的建議下,我們選擇了SAP2000軟件分析上部結(jié)構(gòu),ETABS軟件分析下部結(jié)構(gòu),ABAQUS軟件分析節(jié)點(diǎn)連接。這三款功能強(qiáng)大、認(rèn)可度高的軟件無疑提高了設(shè)計(jì)的安全性和準(zhǔn)確性,只是學(xué)習(xí)難度很大。我對(duì)照著教程視頻操作下來,屢屢運(yùn)行失敗。無奈,我只好在自學(xué)的基礎(chǔ)上一遍遍地請(qǐng)教老師。小到一根柱子的截面尺寸,大到地震作用的計(jì)算原理,老師的傾囊相授讓我快速成長。

      幾日過后,我不僅能較為流暢地操作這些專業(yè)軟件,還學(xué)習(xí)、設(shè)計(jì)、模擬了一個(gè)建筑結(jié)構(gòu)的完整流程,真可謂“速成”。首先,我們將上部結(jié)構(gòu)確定為空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu),即由很多桿件按一定的規(guī)律布置而成的一種網(wǎng)狀空間桿系結(jié)構(gòu);下部結(jié)構(gòu)選定為框架結(jié)構(gòu),即由許多梁和柱共同組成,用于承受房屋全部荷載的結(jié)構(gòu)。其次,要為不同的構(gòu)件選擇截面形狀、尺寸,并定義材料屬性,接下來就需要添加各項(xiàng)荷載,設(shè)定相應(yīng)的荷載組合,隨后便開始驗(yàn)算。麻煩和困難,這時(shí)才剛剛開始。因?yàn)樘热粝到y(tǒng)提示驗(yàn)算結(jié)果超出規(guī)范限度,則表示結(jié)構(gòu)承載力不足,無法安全使用,需要重新調(diào)試以上涉及的所有參數(shù),直到所有的靜力、動(dòng)力指標(biāo)驗(yàn)算合格為止。與此同時(shí),這些指標(biāo)也不能過低,因?yàn)檫@樣的設(shè)計(jì)太過于保守,不僅造型缺乏美感、材料消耗量大,更嚴(yán)重的是會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)剛性過大,不利于抗震。

      經(jīng)過一個(gè)月的拼搏,我們成功完成了第一版作品,并在諸多參賽隊(duì)中脫穎而出,入圍了市賽。

      1.大賽作品雛形

      2.共同奮斗的隊(duì)友

      3.“風(fēng)卷紅旗”3D打印模型

      4.建筑物內(nèi)部效果圖

      有驚無險(xiǎn)

      正當(dāng)我們沾沾自喜地準(zhǔn)備著市賽答辯時(shí),新的問題出現(xiàn)了。我們的作品被領(lǐng)導(dǎo)全盤否定,原因是:結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)太簡單,建筑造型不出眾,沒有創(chuàng)新點(diǎn)。

      此時(shí),距離市賽僅剩兩周,作為唯一代表學(xué)校出戰(zhàn)北京市的隊(duì)伍,如此的“高標(biāo)準(zhǔn)、嚴(yán)要求”讓我們壓力驟增,不得不通宵工作,完成著這個(gè)看起來幾乎“不可能”的任務(wù)。經(jīng)過建筑學(xué)隊(duì)友們幾天的奮斗,新的建筑方案出爐了——屋蓋的“紅旗”造型舒展、昂揚(yáng),以積極自由的形態(tài)引領(lǐng)了整個(gè)建筑外觀;立面墻壁一改過去的半球造型,而是同樣以旗幟的形態(tài)為基礎(chǔ),波瀾起伏,極具流動(dòng)感與韻律感,新穎而不失莊重。

      可是新的建筑方案讓我們在憧憬之余愈發(fā)手足無措:形狀不規(guī)則且下凹的“反拱”屋蓋本就不利于大跨結(jié)構(gòu)的受力,原本“四周落地”的立面墻也僅剩下“四腳著地”。

      在帶隊(duì)老師的點(diǎn)撥下,我們又給出兩種結(jié)構(gòu)方案:“復(fù)雜雙層空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)”和“單層網(wǎng)格局部加強(qiáng)拉索結(jié)構(gòu)”。前者的傳力路徑明確,總用鋼量低,經(jīng)濟(jì)性好,應(yīng)用廣泛;而后者結(jié)合懸索結(jié)構(gòu),設(shè)計(jì)大膽,更能凸顯建筑的線條美,但難度較大。兩種設(shè)計(jì)方案并行,雖然工作量更大,卻可以互為驗(yàn)證,更具競爭力。

      有了上一次的經(jīng)驗(yàn),結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的進(jìn)程流暢了許多,但我們對(duì)于懸索的調(diào)試十分陌生。為了利用拉索托住下凹的屋面,須在結(jié)構(gòu)施工時(shí)對(duì)其施加預(yù)拉力,使得原本疲軟的拉索張緊。但軟件無法模擬施工狀態(tài),因此需另尋他法,即通過施加溫度應(yīng)力充當(dāng)索的預(yù)應(yīng)力。然而索作為非線性結(jié)構(gòu)構(gòu)件,溫度的降低與其內(nèi)力的增大沒有固定關(guān)系,因此想要達(dá)到適合的索內(nèi)預(yù)應(yīng)力,只能不斷地嘗試。

      距離出發(fā)前往市賽地點(diǎn)還剩下6個(gè)小時(shí),但拉索仍然調(diào)試失敗,軟件的一次次報(bào)錯(cuò)令我們崩潰。深夜,微信的消息提示音刺破了心中的壓抑:“怎么樣?”竟是老師!我們仿佛抓住了救命稻草一般,詳盡地描述著問題?!皺z查一下場地類別是第Ⅱ類嗎?”我按照老師的提點(diǎn)快速審查,果不其然,正是這里出現(xiàn)了問題!經(jīng)過修改,這展“紅旗”終于歷經(jīng)風(fēng)暴,飛揚(yáng)在賽場之上。贊嘆之余,我也暗下目標(biāo),希望未來的自己也能達(dá)到老師這樣的學(xué)術(shù)造詣。

      這場歷時(shí)一個(gè)多月的比賽,收獲的不僅是一張證書,還有書上沒有的知識(shí)與經(jīng)驗(yàn),和一個(gè)披荊斬棘之后全面升華的自己。這段寶貴的經(jīng)歷,也曾在數(shù)場保研面試中引起導(dǎo)師們的格外關(guān)注。這場高強(qiáng)度的比賽為我打下了堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)、建立了更全面的知識(shí)體系。正因?yàn)槿绱?,我才能在?dǎo)師的輪番提問下對(duì)答如流,最終順利保研。我更因此找到了興趣所在,找到了今后的研究方向——新型建筑材料FRP(纖維增強(qiáng)復(fù)合材料)的應(yīng)用與結(jié)構(gòu)加固及開發(fā)。

      我輕輕拭去證書表面的浮塵,光澤重又顯現(xiàn)。此刻,心中的旗幟已然升起,它正乘風(fēng)而上。

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