“红旗”飞扬60米

文/李莹昕（北京工业大学）

“风卷红旗”抢修后的终极方

欣然组队

书架最上层的角落，一张斜躺着的证书记录了一场艰难的比赛。北京市大学生建筑结构设计大赛中，我所在的团队获得了一等奖，那是一场让我受益匪浅的比赛，它点亮了我未来的专业选择。

“结构大赛”的名字，从入学起就常常在我耳畔响起。作为结构专业的学生，如若没有参加过，仿佛人生都不够完整。

比赛要求所有参赛队由建筑专业和结构专业的同学共同组队，先在学校内部竞赛，只有获得第一名的队伍才能入围市级竞赛。大三那年，我兴冲冲地拉着队友报了名，当时的赛题为：“该工程为‘红色文化展示交流中心’，建筑风格应充分体现出红色文化内涵，结构设计体系应概念清晰，上部屋盖结构须采用空间结构，具体形式不限，下部结构由各参赛队自定，须符合安全、经济、美观、创新、绿色等基本要求。”我们信心满满、情绪高涨，在几番热烈讨论之后，迅速将建筑方案拟定为“风卷红旗”。

随后，建筑学专业的队员们开始了紧锣密鼓的设计、绘图、渲染等一系列工作，外观的雏形很快就展现在了我的眼前：通体的玻璃幕墙轻盈、透亮，屋盖犹如迎风翻飞的旗帜轻轻落在半球形的建筑立面上，造型独特，尽显飘逸之感。结构组的我们欣赏着、构思着，为了满足“建筑自重轻、内部空间大、分配灵活”的要求，我们明确了这个建筑必须依靠大跨钢结构实现，即横向跨度60米以上的钢结构。

脱颖而出

大跨结构所包含的结构种类众多，该选择哪一种？又该怎么设计呢？我努力地回忆着三年来的专业所学。质量轻、强度高、塑性好是钢材的特性，恒荷载、活荷载，以及风、雪荷载等是一栋建筑所承受的各类荷载，内力、稳定性，以及绕曲变形是建筑物梁、柱等结构构件的内力计算。然而，该在何处设置梁，哪里布置柱？一个完整的结构该如何计算？直到面对这样一个虚拟却又真实的“大型工程实例”，我才体会到了自己与结构设计师之间的巨大鸿沟。

顾不得迷茫，我们迅速开始了“沉浸式”的学习。在老师的建议下，我们选择了SAP2000软件分析上部结构，ETABS软件分析下部结构，ABAQUS软件分析节点连接。这三款功能强大、认可度高的软件无疑提高了设计的安全性和准确性，只是学习难度很大。我对照着教程视频操作下来，屡屡运行失败。无奈，我只好在自学的基础上一遍遍地请教老师。小到一根柱子的截面尺寸，大到地震作用的计算原理，老师的倾囊相授让我快速成长。

几日过后，我不仅能较为流畅地操作这些专业软件，还学习、设计、模拟了一个建筑结构的完整流程，真可谓“速成”。首先，我们将上部结构确定为空间网格结构，即由很多杆件按一定的规律布置而成的一种网状空间杆系结构；下部结构选定为框架结构，即由许多梁和柱共同组成，用于承受房屋全部荷载的结构。其次，要为不同的构件选择截面形状、尺寸，并定义材料属性，接下来就需要添加各项荷载，设定相应的荷载组合，随后便开始验算。麻烦和困难，这时才刚刚开始。因为倘若系统提示验算结果超出规范限度，则表示结构承载力不足，无法安全使用，需要重新调试以上涉及的所有参数，直到所有的静力、动力指标验算合格为止。与此同时，这些指标也不能过低，因为这样的设计太过于保守，不仅造型缺乏美感、材料消耗量大，更严重的是会导致结构刚性过大，不利于抗震。

经过一个月的拼搏，我们成功完成了第一版作品，并在诸多参赛队中脱颖而出，入围了市赛。

1.大赛作品雏形

2.共同奋斗的队友

3.“风卷红旗”3D打印模型

4.建筑物内部效果图

有惊无险

正当我们沾沾自喜地准备着市赛答辩时，新的问题出现了。我们的作品被领导全盘否定，原因是：结构设计太简单，建筑造型不出众，没有创新点。

此时，距离市赛仅剩两周，作为唯一代表学校出战北京市的队伍，如此的“高标准、严要求”让我们压力骤增，不得不通宵工作，完成着这个看起来几乎“不可能”的任务。经过建筑学队友们几天的奋斗，新的建筑方案出炉了——屋盖的“红旗”造型舒展、昂扬，以积极自由的形态引领了整个建筑外观；立面墙壁一改过去的半球造型，而是同样以旗帜的形态为基础，波澜起伏，极具流动感与韵律感，新颖而不失庄重。

可是新的建筑方案让我们在憧憬之余愈发手足无措：形状不规则且下凹的“反拱”屋盖本就不利于大跨结构的受力，原本“四周落地”的立面墙也仅剩下“四脚着地”。

在带队老师的点拨下，我们又给出两种结构方案：“复杂双层空间网格结构”和“单层网格局部加强拉索结构”。前者的传力路径明确，总用钢量低，经济性好，应用广泛；而后者结合悬索结构，设计大胆，更能凸显建筑的线条美，但难度较大。两种设计方案并行，虽然工作量更大，却可以互为验证，更具竞争力。

有了上一次的经验，结构设计的进程流畅了许多，但我们对于悬索的调试十分陌生。为了利用拉索托住下凹的屋面，须在结构施工时对其施加预拉力，使得原本疲软的拉索张紧。但软件无法模拟施工状态，因此需另寻他法，即通过施加温度应力充当索的预应力。然而索作为非线性结构构件，温度的降低与其内力的增大没有固定关系，因此想要达到适合的索内预应力，只能不断地尝试。

距离出发前往市赛地点还剩下6个小时，但拉索仍然调试失败，软件的一次次报错令我们崩溃。深夜，微信的消息提示音刺破了心中的压抑：“怎么样？”竟是老师！我们仿佛抓住了救命稻草一般，详尽地描述着问题。“检查一下场地类别是第Ⅱ类吗？”我按照老师的提点快速审查，果不其然，正是这里出现了问题！经过修改，这展“红旗”终于历经风暴，飞扬在赛场之上。赞叹之余，我也暗下目标，希望未来的自己也能达到老师这样的学术造诣。

这场历时一个多月的比赛，收获的不仅是一张证书，还有书上没有的知识与经验，和一个披荆斩棘之后全面升华的自己。这段宝贵的经历，也曾在数场保研面试中引起导师们的格外关注。这场高强度的比赛为我打下了坚实的理论基础、建立了更全面的知识体系。正因为如此，我才能在导师的轮番提问下对答如流，最终顺利保研。我更因此找到了兴趣所在，找到了今后的研究方向——新型建筑材料FRP（纤维增强复合材料）的应用与结构加固及开发。

我轻轻拭去证书表面的浮尘，光泽重又显现。此刻，心中的旗帜已然升起，它正乘风而上。