作品名称

扭转乾坤

获奖学生

季小泉、於 恒、武玉琼

设计说明

模型的结构体系划分为两大区域：一是中间的“竖塔”体系，二是两侧的“伸臂”体系。
1）“竖塔”体系是整个结构的“主心骨”，所有荷载最终将通过这一部分传递至底座，因此“竖塔”体系十分关键，尤其是在赛题对结构的刚度有较高要求的前提下，必须将该部分做刚做强。通过实际模型试验，我们也确实发现，如果“竖塔”体系刚度较小，则很难控制结构的位移满足赛题要求。对于“竖塔”体系的具体优化主要考虑“竖塔”的楼层设置数目、外围支撑或拉条的布置形式等几个因素。通过多次模型试验，我们决定将“竖塔”设置为上下四层的全支撑框架体系，此时能够使模型获得较大的整体刚度，稳定性也较好；而进一步通过数值分析和试验对比，我们将框架体系的外围支撑也进行了优化，由最初的刚性压杆调整为交叉柔性拉条，并且适当增大了拉条与框架立柱之间的粘接面，这样在减小结构质量的同时还可以通过柔性支撑有效传递内力，提高结构整体稳定性和刚度。

2）“伸臂”体系直接承受了荷载作用，多个模型试验表明，该部分较易发生破坏。但“伸臂”体系的具体结构形式可以有多种选择。最初，我们分别设计了整体截面为梯形和三角形的空间桁架“伸臂”体系，试验表明此时的结构模型完全可以承受各种工况的作用，且能够获得较好的刚度效果，但是考虑到该方案耗费了较多的材料，模型总质量不占优势，因此需要继续进行方案优化。受斜拉桥的结构形式启发，我们将“伸臂”体系由空间桁架改为斜拉式体系，即用数根一端连接在“竖塔”上的斜拉条将直接承受各种荷载作用的一榀水平面内刚性桁架拉住，从而将外荷载传递至“竖塔”，最终传到底板。这一结构方案形式简洁，刚柔并济，拉条充分利用了木材抗拉性能好的特点，同时平面刚性桁架抗弯性能良好，能够有效限制结构的侧向位移，各部分杆件受力分工明确，优化了结构性能。

作品名称

空中舞者

获奖学生

袁杉华、程 伟、宋修月

设计说明

   模型主要由上下两部分结构组成：下部主体采用的框架筒型，分为三层，在满足几何尺寸的前提下提高模型的整体稳定性，立柱间通过柔性支撑、刚性梁连接，进一步提高结构稳定性和抗扭性能，同时大大提高了结构的刚度，减小承载时的位移变形；上部结构为斜拉结构，将荷载通过拉索传递到筒体上，从而传递到下部结构，最终传到底板，上部结构上侧为柔性拉条，下侧为刚性框架，刚柔并济，充分考虑结构上侧受拉、下侧受拉的受力状况，同时刚性框架抗弯性能良好，能够限制结构的横向位移。上部结构的横向受力引起下部结构的扭转，结构上下两部分构造受力分工明确，充分利用上下两部分结构的力学性能，优化了结构性能。