作品名称

幸福阶梯

获奖学生

王绍安(专业：土木)、俞虎(专业：土木)、单佳(专业：土木)

设计说明

此次结构设计竞赛规定了结构的平面尺寸大小，限制了结构的最大高度，其竞赛目的是为了在满足竞赛要求的情况下，运用空间结构的构造方法，并应用结构力学、材料力学等相关的力学知识，设计出材料消耗最少，同时结构强度和刚度能够满足竞赛要求的结构模型。从竞赛要求给定的平面尺寸来看，我们认为采用空间刚架应是较理想的选择。空间刚架具有大空间的建筑功能优势，同时在视觉上，我们也希望以尽量少的杆件形成较大的空间网格，并通过合理的设计尽量减小杆件的截面尺寸，这样从各个角度观赏结构都具有开阔的视野。

根据结构的对称性，对杆件截面的编号如下图所示。整体结构的受力原理借助了桥梁结构中的“提篮拱”概念。众所周知，单拱结构的平面内刚度较大，但平面外刚度很弱，在承受竖向荷载和水平荷载作用时，很容易发生平面外屈曲或倾覆。而提篮拱则是将两个相互倾斜的拱结构通过横撑、斜撑等联系杆件连接起来，在承受荷载作用时，两个拱结构相互之间可以提供平面外支撑，从而较大改善了整体结构的受力性能。在本结构方案中，前后两个倾斜的平面刚架为承受竖向荷载的主体受力结构，也即横梁④与柱⑥是传递竖向荷载的主要受力构件。而两个平面刚架通过顶面横梁之间的横撑①、③和斜撑②，以及柱之间的斜撑⑤和⑦形成较强的横向联系，从而使结构具有较好的抗侧刚度，能够抵抗较大的水平荷载。此外，柱间支撑⑤和⑦还能够在结构承受竖向荷载时，限制柱⑥的弯曲变形，从而进一步提高结构抵抗竖向荷载的能力。