复杂形状——“生命之树”
“生命之树”大树状景观结构模仿自然界树木的几何形态，抽象为根、树干、枝、叶等结构要素，如图1、图2所示。生命之树扎根于开放式地下室，延伸至地面以上，地下室顶部设置钢结构连廊，与生命之树形成对比。生命之树位于大型商业综合体的下沉广场，此处风荷载复杂，另外，树的结构形态远比一般建筑复杂，对风荷载十分敏感，需要进行风洞试验研究或风洞数值模拟。
图1 树形雕塑平面图
图2 景观树木与商业建筑的空间关系
经过艺术家、景观设计师、业主、结构工程师等各方反复的意见交流，最终确定的叶子方案如图3所示。叶子采用带有脉状花纹的穿孔铝板，穿孔铝板可以通过激光数控切割得到任意的花纹，孔隙率高的穿孔铝板可以减少叶子所受的风荷载。
图3 景观树叶平面图
钢结构设计
图4 树形景观钢结构三维示意图
树干、枝干、叶脉均为圆管杆件，并给出精确的三维杆件轴线模具，根据三维模型深化细部图单元，树状景观钢结构三维图如图4所示。在枝干节点处，由于钢管弯曲半径太小，无法采用冷弯方式实现，因此采用设计自由度较大的铸钢弯管节点。叶脉采用空心铝板，其平面布置如图5所示。
图5 单叶脉铝板结构平面布置图
另外，本项目连廊跨度达18m，我们设计的结构厚度仅有30cm，非常具有视觉冲击力，勾勒出纤薄、轻盈的线条之美。
风洞数值模拟
风洞数值模拟选用商业有限元程序ANSYS/Fluent，流体计算区域为2000m×1000m×300m18m钢结构课程设计计算书，湍流模型选用RNG k-ε。根据流体力学理念及工程经验，选取348°、33°、78°3个可能的不利角度进行风洞数值模拟，分析模型如图6所示。通过风洞数值模拟对叶片仰角进行优化，达到在保证外形美观的同时，减小风荷载、减小钢管半径的目的。图7为348°风向角条件下叶片x方向平均净风压分配系数云图，平均净风压作为结构计算模型风荷载的直接依据。图8为78°风向角条件下考虑主体结构影响的局部空气流线图。
图6 风洞数值模拟模型
图7 叶片平均净风压系数云图x
图8 局部气流图
《生命之树》概要
“生命之树”设计的主要难点有：（1）复杂结构的风洞数值模拟；（2）结构乃至围护系统的可行性研究。结构工程师不仅要有扎实的力学基础、掌握先进的计算工具，还要熟悉各种建筑材料的加工制造工艺，才能将艺术家、建筑师、景观设计师“天马行空”的想法实现。
我公司的结构工程师针对复杂的雕塑造型提出可行的结构造型计算，尽可能满足设计作品的高度还原。
复杂形状——“科技树”
继“生命之树”之后，我公司又承担了“科技之树”的结构计算，施工难度也极大，建模需要计算承载力，要求也比较高。
图1 雕塑施工图部分尺寸
图2：雕塑基础部分施工图
我公司针对复杂的造型进行了基础计算，经过几轮精准计算最终顺利通过，计算书长达40多页，对结构、基础都进行了详细的计算。
图3 雕塑钢结构计算表局部示意图
图4 雕塑钢结构计算流程图
图5 雕塑钢结构施工图整体源文件格式
图6 雕塑钢结构施工流程现场图
“科技创新树”概要
“科技树”设计的主要难点有：（1）复杂结构的风洞数值模拟；（2）结构乃至围护系统加工的可行性研究。结构工程师不仅要有深厚的力学功底、掌握先进的计算工具，还要熟悉各种建筑材料的加工制造工艺，才能实现艺术家、建筑师、景观设计师等“天马行空”的想法。（3）树上使用钢化玻璃在建造技术上有一定的难度，前期计算时要考虑周全，以利于后续的施工。
我公司承担的结构计算过程中，对于较特殊的部位，我公司工程师尽量不将其作为特殊的外部构件进行计算，而是对特殊部位的内部进行分析，对连接较少、空间不合理的部位进行充分优化，以满足计算要求。
在钢结构施工质量保证方面，我公司要求，在施工符合规范的前提下，结构计算的安全保修期可达30至45年。
我公司设计大型雕塑结构18m钢结构课程设计计算书，在没有地质勘察的情况下，工程师根据当地风荷载和历年地质报告的数据进行结构设计，以满足施工要求。如果有地质勘察报告，我公司会查看地质勘察报告，并根据报告数据分析绘制图纸。
