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。