结构创想,成果绽放——公司第二届结构设计竞赛成果展播(三)

为进一步落实习近平总书记关于青年工作的重要思想和关于技能人才工作的重要指示精神,为公司青年工程师提升职业技能水平和创新创效能力搭建平台,激励职工大力弘扬劳模精神、劳动精神和工匠精神立足本职岗位积极投身公司高质量发展实践,公司成功举办了第二届结构设计竞赛。各参赛队凭借扎实深厚的专业知识功底,从理论层面精心构思设计方案,首次运用光固化精细3D打印技术,快速实现方案模型的造型呈现,为各专业协调优化结构空间探索新路径,均取得了优异的成绩。
近期,公司将集中推出第二届结构设计竞赛优秀成果展播系列,一起来领略参赛队的风采吧~
本/期/展/播
团体三等奖获得者(综合设计四所)参赛队结构竞赛技术回顾
——苍穹之下,以跨度拥抱历史
团队成员:田叶军、罗智刚、赵帅、李捷、段宏伟、杨雅琦
技术指导:王国强
团队口号:建筑绘梦,结构筑骨,美与稳双擎守护千年!
01赛题背景
在考古遗址保护性覆盖的宏大命题之下,我们踏上了一场融合结构智慧与文化使命的竞赛征程。本次竞赛以大跨结构设计为核心,旨在为珍贵考古现场打造坚实可靠的保护屏障,实现“发掘即保护”的理念。回顾整个竞赛过程,我们从审题构思的灵光初现,到方案比选的反复斟酌,再到计算分析的严谨推演,每一步都凝聚着团队的汗水与智慧,最终铸就了满意的作品。
02审题与构思
赛题具有深厚的历史与工程背景,聚焦于大跨结构在考古遗址保护性覆盖中的应用,这要求我们充分理解大跨结构在提供无柱大空间、全天候防护、可逆性与最小干预等方面的独特优势。模型要求与加载条件则明确了结构设计的具体参数与性能指标,如覆盖尺寸、支撑点分布、净高要求及加载点设置等。

在审题阶段,我们深入剖析赛题要求,明确设计目标:打造一款既满足结构性能,又富含文化意蕴的大跨结构模型。构思时,我们围绕大跨结构的典型体系展开讨论,如网架、网壳、张弦梁、膜结构等,综合考虑结构效率、材料特性、制作工艺与建筑造型等因素,初步锁定双层抽空正放四角锥圆柱形网壳与双层肋环形四角锥球面网壳作为备选方案,为后续深入设计奠定基础。
03建筑意向
建筑意向以“历史的浪潮与时间的窗口”为主题,将深刻的文化内涵融入考古遗址保护建筑的设计之中。连绵起伏的波浪状屋顶象征着历史长河的绵延不绝,每一道曲线都诉说着文明在时光中的沉淀与传承。四面立面上的巨型菱形开窗犹如通往古代的时光窗口,让现代访客透过这些几何形态与遥远文明展开跨越时空的对话。

建筑效果图
半透明的覆盖材质巧妙调和了采光与保护的双重需求,使建筑既保持视觉通透,又能为遗址提供恰到好处的遮蔽。通过精准设置的采光口和通风系统,充分利用自然条件,打造出节能环保的运营模式。整座建筑不仅是一件功能完备的保护设施,更是一个承载文化记忆的容器,以建筑语言诠释着历史与现代的对话,让考古遗址在当代焕发新的生命力。
04方案比选与计算分析
在方案比选环节,我们全面对比了双层抽空正放四角锥圆柱形网壳与双层肋环形四角锥球面网壳。从结构性能来看,圆柱形网壳在总质量上仅为球面网壳的42.30%,展现出显著的经济性优势;然而,在Z方向最大变形控制上,圆柱形网壳的变形量是球面网壳的2.30倍,这表明球面网壳在结构刚度上表现更佳。

在计算分析阶段,我们运用MTS软件和YJK软件对所选模型进行了细致的建模与荷载分析。严格依照赛题加载要求,模拟分级加载过程,精准测算各级荷载下的结构变形值。分析结果表明,模型在最大加载重量下,Z方向最大变形虽较球面网壳有所增大,但完全控制在合理范围内,未超出结构安全与使用功能限定。同时,我们深入探究结构受力机理,优化了杆件截面尺寸与节点连接方式,有效提升了结构整体稳定性与承载效率。在计算过程中,我们还特别关注关键部位的应力集中现象,通过增设加强杆、调整网格密度等措施,有效分散了应力,确保模型在加载测试中能够稳健承受各项荷载,精准呈现结构性能。
综合考量竞赛要求与实际制作条件,经济性是关键因素之一,3D打印质量也需重点关注。圆柱形网壳轻盈的特点,不仅节省材料成本,降低制作难度,还契合了竞赛对模型质量的潜在要求;而球面网壳虽刚度优越,但质量较大,可能增加制作与打印负担。经反复权衡,我们最终选定双层抽空正放四角锥圆柱形网壳作为竞赛模型,以期在满足结构性能的同时,实现经济性与制作可行性的最佳平衡。

05总结与回顾
回顾整场竞赛,综合设计四所团队经历了从初识赛题时的探索,到方案比选阶段的权衡,再到计算分析时的严谨求证,每一步都充满挑战,也收获满满。选定双层抽空正放四角锥圆柱形网壳,让我们在结构轻盈与经济性能上取得优势,虽在变形控制上略有妥协,但综合评估下仍是最契合竞赛要求的最优解。计算分析环节,我们精准把控结构性能,优化设计细节,为模型顺利加载提供坚实保障。

通过这次竞赛,团队不仅提升了结构设计的专业能力,更深化了对大跨结构在文化遗产保护中应用价值的理解。展望未来,我们将继续深耕结构技术,探索创新结构体系,以专业智慧守护人类珍贵的文化遗产,让结构之花在历史长河中粲然绽放,为传承千年文明贡献坚实力量。
