大學生結構設計競賽方案設計原則及案例分析

宋曉冰 吳曉昂 閆 斌 蒙婧璽 陳思佳

(上海交通大學船舶海洋與建筑工程學院，上海200240)

全國大學生結構設計競賽至今已成功舉辦12屆，在國內土木工程專業教學領域有極高的影響力。這項競賽是對課堂教學的有益補充，學生們在賽題營造的鮮活情境下思考和解決工程問題，不僅整合了課堂上學到的理論知識，還激發了專業興趣，培養了工匠精神、創新精神、適應能力和團隊合作的能力[1]。本文第一作者長期致力于大學生實踐教學研究工作，曾先后指導上海交通大學參賽學生在全部12屆全國大學生結構設計競賽中獲得了11個“一等獎”。回顧十多年來的歷屆競賽過程，每次都經歷了對結構模型精益求精的優化過程，并且模型的優化“減重”過程大致服從“二分之一”規律，即如果備賽過程中第一個成功加載的模型自重為M0，那么模型質量的優化空間大約為0.5M0。優化是多方面的，既包括對宏觀結構體系的優化，又包括對局部構造和做工的優化。其中對結構體系的優化是最為重要的，它決定了作品是否具有“先天優勢”，對結構體系的優化減重效果影響最大[2]。

鑒于結構體系的重要性，本文首先提出了結構模型方案設計的一般原則，然后以上海交通大學在2017 年第11 屆全國賽上獲得一等獎的作品作為案例，介紹以上方案設計原則在實際操作過程中的具體應用。希望對結構體系設計起到借鑒作用。

1 方案設計原則

雖然結構設計競賽的賽題千變萬化，但通常以完成特定功能前提下的結構效率作為評判標準，如模型承受的載荷與模型質量之比、完成特定任務的時間等。……