2008年江苏省大学生土木工程结构创新竞赛一等奖(总分第1名)
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作品名称:
圣火•阳光
获奖学生:
张琪峰、张沛洲、朱科、曹辉、李燕
作品简介:
Form follows function(功能决定于形式),本作品将以圣火为代表的奥运会意象融入其中,从结构上做到合理创新,以达到结构与功能的完美统一。同时考虑到高层建筑的抗震问题,本作品融入现代抗震设计的新理念,采用新型框筒结构体系与刚柔并济的抗震理念相结合,从而真正实现力与美的融合。本作品的先进性、科学性和独特之处体现在如下几个方面:
(1)框筒结构体系新诠释。本作品结构体系的设计思想源于庆典所用的花,虽然其高宽比很大但依然有很好的承载能力,而且最大的优势在于它具有很大的抗侧刚度。设计中将外框筒与核心筒结合构成框筒结构以获得良好的整体性能;结构在竖向和水平向刚度分布都较均匀,这有利于提高结构的抗震性能。
(2)刚柔并济的抗震理念。基于结构抗震考虑,设计中运用“施压求稳”的原理将整个结构分为以悬挂索体为承重主体的柔性结构和以斜柱形成的框筒为主体的刚性结构,二者通过中间转换层统一起来,并通过各楼层与中间的核心筒有效连接(采用阻尼、限位等装置以耗能),协同工作。
(3)结构与功能的完美结合。本作品为融入奥运理念,特于上部结构设置火炬状的红色围护筒体,使得本建筑的奥运理念得到升华,同时考虑到观光效果,结构特意设计为上大下小,以期获得临空的观光震撼。
2008年江苏省大学生土木工程结构创新竞赛一等奖(总分第2名)
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作品名称:
Lapata
获奖学生:
孙鹏、仝腾、赵杰、李江波、赵欣
作品简介:
就像Laputa这个词语所要表现的内容一样,我们的整体结构是一个悬浮在空中的巨大“城市”,主体结构由12根雪茄柱通过12根预应力张拉索托在空中。整个建筑分为两层,上层为一个流线型的椭圆球形建筑,主要用途是用来观光与休闲,下层用张弦梁和立柱等组成,为多功能大厅。上部观光台与下部结构用电梯井连接。观光台和电梯外部采用全玻璃幕墙。
结构特点:
(1)雪茄柱。倾斜的雪茄柱增加建筑的美感,我们设计在柱子径向平面内的底部为铰接支座,在环向为固定支座。并可以通过控制柱子与拉索之间的夹角,以保证桅杆只受到轴向压力,避免其失稳破坏。雪茄柱这一柱形极大地提高了柱子的稳定。并且变截面,流线型的造型给人以极大的美感。
(2)环向预应力圈梁。观光塔结构的主体是由3个环向预应力力圈梁和12片拱组成。使用环向预应力结构以抵消上下拱结构产生的巨大推力。拉索拉在12个拱片的拱脚处,拱脚产生的水平推力由预应力圈梁来抵消。
(3)张弦梁。第一层建筑中使用了张弦梁结构,这样做不仅减轻了整体结构的自重,并充分利用了索的拉力来平衡拱两脚柱的水平推力,使得我们结构的一层大跨度得以实现,达到35米,并且一层建筑的小柱子只受到轴向的压力。
(4)预应力拉索。作品的预应力拉索主要分为三个部分。抗风索和抗扭索:我们在方案中将抗风索和抗扭索合二为一,一共有四组8根拉索来控制上部建筑的稳定,一方面防止结构在风荷载作用下出现向上的位移,另一方面防止结构出现沿切线方向的转动。环向拉索和索桁架:柱与柱之间我们都设置了顶部的环向预应力拉索和两根索桁架,这样可以增加柱子的侧向稳定性,使整个建筑融为一体,大大的增加了建筑的延性,对建筑的抗震大为有利。
(5)檩条。增强下部建筑的整体稳定性,支撑屋面板。同时在檩条间加柔性支撑,增强张弦梁的侧向稳定。
(6)电梯井。电梯井内由两部观光电梯及一个安全楼梯组成。直径3,5米。电梯井分为两层,以黄金分割点作为分界线。高度20米,漏出地面13米为第一部分,作为电梯井同时也支撑着12片张弦梁传送下来的荷载,起到了高层建筑的筒体结构。剩下7米为非承重结构,采用360度玻璃幕墙,使得游客上升到14米高度时候就可以观赏周围优美的景色。在电梯井和观光厅平面的连接采用弹簧支撑,实际建筑中只需要简单做防水处理。模型当中我们以脱离一定的尺寸表示。这样一来保证了上部结构完全由索来承重,二来增加了整体建筑的柔度使其在受地震荷载时可以起到隔震的作用。传力明确。电梯采用液压式电梯,而不是实际生活中常见的悬挂式电梯。
2008年江苏省大学生土木工程结构创新竞赛一等奖(总分第4名)
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作品名称:
雪
获奖学生:
李志远、冯飞、陈玉立、陈坤、施钦
作品简介:
作品制作的主要目的是为了设计一座轻型大跨空间结构,用尽可能少的材料,实现空间结构的跨越,以达到经济的目标。作平定位在于体育场馆,展览馆,博物馆等大尺度自由空间。屋盖主要由6榀相交的张弦梁组成,并形成一个六芒星。屋盖中间部分是一个辐射式的张弦梁。下部支撑结构采用倒V型的桁架柱,柱脚用拉索抵消水平推力。柱顶之间设水平桁架联系,柱顶上布置减震支座。竖向荷载由张弦梁传给支座,再由支座传给桁架柱。利用屋盖重力刚度来抵御向上的风载作用。结构简洁,传力路径清晰明确。
作品的科学性、先进性以及独特之处体现在:
(1) 6榀相交的多向张弦梁可以彼此提供侧向刚度,减少了单向张弦梁设置的侧向联系杆件,节省了材料。每榀张弦梁都是由拱桁架、撑杆和弦构成。拱桁架的横截面是一个倒三角形,符合上部受压下部受拉的特点。撑杆由两榀梁共用,弦受拉并且对于其他相交的弦起到稳定索的作用。屋盖中间可以看作由3榀张拉人型拱组成的辐射式的张弦梁结构,拱下设撑杆。
(2)整个屋盖形成一个自平衡体系,在竖向荷载的作用下只有竖向集中力传给桁架柱。倒V型柱于拉索组成三角形,符合简支梁受集中力作用下的弯矩图,使结构受力均匀合理,且提高柱子的平面内的稳定系数。柱子之间设置水平联系桁架,使6个倒V型柱联系起来,共同工作,提高结构的整体性。
(3)由于屋盖平面内刚度很大,在地震水平荷载作用下将产生很大的水平惯性力,故在柱顶设置减震支座。梁端在支座上可滑动,减小水平荷载;周围有柔性阻尼材料吸收地震能量;并且有限位装置控制位移不致太大。
(4)建筑美观与结构受力两者的融合一直以来都是建筑师与工程师最高追求,西班牙著名结构工程师托罗哈(E.Torroja)在进行结构设计时就是以功能结构美观表现为一个在本质上和形式上结合的整体,以求得力与美的统一。本作品空间上高度对称,屋盖与四周的水平联系桁架组成了一个正六边形,酷像一朵晶莹剃透的雪花,在建筑功能的根基上开出了一朵以稳定的正三角型为单元的雪花,真正做到了在力学与美学上的统一。
2008年江苏省大学生土木工程结构创新竞赛二等奖第一名
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作品名称:
银羽——折板网架结构
获奖学生:
曾凡星、吴蕾、平源、杨小飞
作品简介:
本作品制作的目的是设计一座具有现代气息的机场候机室,给人以视觉上的享受。为了实现结构跨越大空间的要求,考虑采用折板网架结构,为实现大的空间利用率,采用拉索将折板网架自重及其承受的竖向荷载传至一对内倾的拱上,再传至地基。大大减少柱子的数量,从而增加使用面积。折板网壳自身有很好的受力特性,水平荷载由锚在地面的拉索承担。
本结构造型独特,两片折板屋盖像两片展开的翅膀,与机场候机室这一功能相呼应。外形上波浪起伏,别有一番韵味。整体造型简洁明快,线条优美。由于减少了柱的建造,大大增加了建筑使用面积。施工方面,先将拱架立起来,拼装好折板网架,将V字撑在定好的点处安装完毕,再从拱上拉索至折板,将折板吊起,后从折板拉索锚至地面。作品传力路径清晰,可施工性强,因此具有一定的实际应用价值和现实指导意义。
2008年江苏省大学生土木工程结构创新竞赛二等奖第二名
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作品名称:
斜之森---现代艺术展览中心
获奖学生:
唐忠靖、宋伯银、李铭、谢日成
作品简介:
符合现代艺术特点---新奇、非逻辑、个性,但又有结构上的合理性是设计这一结构的主要目的,通过将在建筑上的革新与结构上的创新有机结合,互补互助,达到经济、美观、实用的效果。下部结构采用革新的全斜柱支撑体系,产生了奇特的视觉效果,采用四榀,每榀四根斜柱,各柱由钢索连接协同受力组成张拉整体体系,上部结构采用轻量化的膜结构体系以实现大跨度。上部结构与外圈斜柱刚接,与内圈通过滚动支座连接,这样可以实现抗风荷载的同时不影响结构原有受力方式。
本作品的科学性、先进性及独特之处体现在如下两个方面:
(1)下部承重体系。下部承重体系为全斜柱,是作品的核心构件。建筑设计上的创新往往要牺牲结构的受力或建造的合理性,采用斜柱可以带来视觉上震撼的效果,但随着倾斜角度的加大固端支座处的弯矩将异常大。所以本结构利用了整体张拉,使得斜柱、地基、缆索组成一个稳定的自承体系,让柱身排除了弯矩而轴心受压,同时使结构适应变形能力极度加强。这样的设计能使建筑的美观性与结构的科学性互补,体现了现代建筑设计的先进性。
(2)上部膜结构。上部结构为全钢框架+自平衡张拉索膜结构,采用上膜下索,中间加撑杆的方式顶撑。它是一种不接地的膜结构,中间八边形单榀膜,周边配有八个三角形膜,内高外低,该膜结构可以整体预制再进行吊装,以增加整体性。