文/李瑩昕（北京工業(yè)大學）

“風卷紅旗”搶修后的終極方

欣然組隊

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。北京市大學生建筑結構設計大賽中，我所在的團隊獲得了一等獎，那是一場讓我受益匪淺的比賽，它點亮了我未來的專業(yè)選擇。

“結構大賽”的名字，從入學起就常常在我耳畔響起。作為結構專業(yè)的學生，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由建筑專業(yè)和結構專業(yè)的同學共同組隊，先在學校內部競賽，只有獲得第一名的隊伍才能入圍市級競賽。大三那年，我興沖沖地拉著隊友報了名，當時的賽題為：“該工程為‘紅色文化展示交流中心’，建筑風格應充分體現(xiàn)出紅色文化內涵，結構設計體系應概念清晰，上部屋蓋結構須采用空間結構，具體形式不限，下部結構由各參賽隊自定，須符合安全、經濟、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“風卷紅旗”。

隨后，建筑學專業(yè)的隊員們開始了緊鑼密鼓的設計、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，屋蓋猶如迎風翻飛的旗幟輕輕落在半球形的建筑立面上，造型獨特，盡顯飄逸之感。結構組的我們欣賞著、構思著，為了滿足“建筑自重輕、內部空間大、分配靈活”的要求，我們明確了這個建筑必須依靠大跨鋼結構實現(xiàn)，即橫向跨度60米以上的鋼結構。

脫穎而出

大跨結構所包含的結構種類眾多，該選擇哪一種？又該怎么設計呢？我努力地回憶著三年來的專業(yè)所學。質量輕、強度高、塑性好是鋼材的特性，恒荷載、活荷載，以及風、雪荷載等是一棟建筑所承受的各類荷載，內力、穩(wěn)定性，以及繞曲變形是建筑物梁、柱等結構構件的內力計算。然而，該在何處設置梁，哪里布置柱？一個完整的結構該如何計算？直到面對這樣一個虛擬卻又真實的“大型工程實例”，我才體會到了自己與結構設計師之間的巨大鴻溝。

顧不得迷茫，我們迅速開始了“沉浸式”的學習。在老師的建議下，我們選擇了SAP2000軟件分析上部結構，ETABS軟件分析下部結構，ABAQUS軟件分析節(jié)點連接。這三款功能強大、認可度高的軟件無疑提高了設計的安全性和準確性，只是學習難度很大。我對照著教程視頻操作下來，屢屢運行失敗。無奈，我只好在自學的基礎上一遍遍地請教老師。小到一根柱子的截面尺寸，大到地震作用的計算原理，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，還學習、設計、模擬了一個建筑結構的完整流程，真可謂“速成”。首先，我們將上部結構確定為空間網格結構，即由很多桿件按一定的規(guī)律布置而成的一種網狀空間桿系結構；下部結構選定為框架結構，即由許多梁和柱共同組成，用于承受房屋全部荷載的結構。其次，要為不同的構件選擇截面形狀、尺寸，并定義材料屬性，接下來就需要添加各項荷載，設定相應的荷載組合，隨后便開始驗算。麻煩和困難，這時才剛剛開始。因為倘若系統(tǒng)提示驗算結果超出規(guī)范限度，則表示結構承載力不足，無法安全使用，需要重新調試以上涉及的所有參數(shù)，直到所有的靜力、動力指標驗算合格為止。與此同時，這些指標也不能過低，因為這樣的設計太過于保守，不僅造型缺乏美感、材料消耗量大，更嚴重的是會導致結構剛性過大，不利于抗震。

經過一個月的拼搏，我們成功完成了第一版作品，并在諸多參賽隊中脫穎而出，入圍了市賽。

1.大賽作品雛形

2.共同奮斗的隊友

3.“風卷紅旗”3D打印模型

4.建筑物內部效果圖

有驚無險

正當我們沾沾自喜地準備著市賽答辯時，新的問題出現(xiàn)了。我們的作品被領導全盤否定，原因是：結構設計太簡單，建筑造型不出眾，沒有創(chuàng)新點。

此時，距離市賽僅剩兩周，作為唯一代表學校出戰(zhàn)北京市的隊伍，如此的“高標準、嚴要求”讓我們壓力驟增，不得不通宵工作，完成著這個看起來幾乎“不可能”的任務。經過建筑學隊友們幾天的奮斗，新的建筑方案出爐了——屋蓋的“紅旗”造型舒展、昂揚，以積極自由的形態(tài)引領了整個建筑外觀；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，波瀾起伏，極具流動感與韻律感，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構的受力，原本“四周落地”的立面墻也僅剩下“四腳著地”。

在帶隊老師的點撥下，我們又給出兩種結構方案：“復雜雙層空間網格結構”和“單層網格局部加強拉索結構”。前者的傳力路徑明確，總用鋼量低，經濟性好，應用廣泛；而后者結合懸索結構，設計大膽，更能凸顯建筑的線條美，但難度較大。兩種設計方案并行，雖然工作量更大，卻可以互為驗證，更具競爭力。

有了上一次的經驗，結構設計的進程流暢了許多，但我們對于懸索的調試十分陌生。為了利用拉索托住下凹的屋面，須在結構施工時對其施加預拉力，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，即通過施加溫度應力充當索的預應力。然而索作為非線性結構構件，溫度的降低與其內力的增大沒有固定關系，因此想要達到適合的索內預應力，只能不斷地嘗試。

距離出發(fā)前往市賽地點還剩下6個小時，但拉索仍然調試失敗，軟件的一次次報錯令我們崩潰。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。“檢查一下場地類別是第Ⅱ類嗎？”我按照老師的提點快速審查，果不其然，正是這里出現(xiàn)了問題！經過修改，這展“紅旗”終于歷經風暴，飛揚在賽場之上。贊嘆之余，我也暗下目標，希望未來的自己也能達到老師這樣的學術造詣。

這場歷時一個多月的比賽，收獲的不僅是一張證書，還有書上沒有的知識與經驗，和一個披荊斬棘之后全面升華的自己。這段寶貴的經歷，也曾在數(shù)場保研面試中引起導師們的格外關注。這場高強度的比賽為我打下了堅實的理論基礎、建立了更全面的知識體系。正因為如此，我才能在導師的輪番提問下對答如流，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（纖維增強復合材料）的應用與結構加固及開發(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，它正乘風而上。