复杂造型——“生命之树”
关于“生命之树”大型树状景观结构仿照自然界树的几何形态，抽象为根基、树干、树枝、树叶等结构元素，见图 1、图 2。生命之树植根于开敞式地下室，延伸至地面以上。地下室顶架设有一座钢连廊，与生命之树相映成趣。生命之树位于大型商业综合体的下沉式广场，该处风荷载情况复杂。加之树的结构形态比一般建筑物的体型复杂许多，其对风荷载非常敏感，需进行风洞试验研究或者风洞数值模拟。
图1 树状雕塑方案图
图2 景观树与商业建筑的空间关系
经过艺术家、景观设计师、业主、结构工程师等多方反复交换意见，最终选定的树叶方案见图3。树叶采用叶脉状花纹的穿孔铝板，穿孔铝板可以采用激光进行数控切割，可得到任意花纹，且透孔率高的穿孔铝板可减小树叶承受的风荷载。
图3 景观树树叶方案
钢结构设计
图4 树状景观钢结构三维图
树主干、分枝、叶脉均为圆管杆件，给出精确的三维杆件轴线线模，详图单位根据三维模型进行深化。树状景观钢结构三维图见图 4。在树枝分枝节点处，由于钢管弯曲半径过小，无法通过冷弯实现，因此采用设计自由度较大的铸钢弯管节点。树叶的叶脉采用镂空铝板，其平面布置图见图 5。
图5 单片树叶叶脉铝板结构平面布置图
另外，该项目的连廊跨度18m，我们设计的结构厚度仅30cm，极具视觉冲击力，勾勒出纤薄轻盈之线条美。
风洞数值模拟
选用商用有限元程序ANSYS/Fluent进行风洞数值模拟。流体的计算域取为2000 m×1000m×300 m。湍流模型选择RNG k-ε。根据流体力学的概念和工程经验，选取348°、33°、78°共三个可能不利的角度进行风洞数值模拟，分析模型见图6。通过风洞数值模拟，优化树叶的仰角，达到在保证美学形态的前提下，减小风荷载和钢管半径的目的。图 7给出了348°风向角工况下树叶x平均净风压分布系数的云图，平均净风压作为结构计算模型风荷载的直接依据。图8给出了78°风向角工况下、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 树叶x平均净风压系数云图
图8 局部空气流线图
“生命之树”小结
“生命之树”设计的难点主要有：（1）复杂体型结构的风洞数值模拟；（2）结构甚至是围护系统的加工可行性论证等。结构工程师不仅应具备深厚的力学功底，掌握先进的计算工具，还应熟悉各类建筑材料的加工制作工艺，以实现艺术家、建筑师、景观设计师“天马行空”的想法。
我公司结构工程师针对复杂的雕塑造型提出可以实现的结构造型计算，尽可能的满足设计作品的高度还原性。
复杂造型——“科创之树”
我公司续“生命之树”后承接“科创之树”的结构计算，同样施工难度巨大，造型上需要计算承载力也同样有着比较高的要求。
图1 雕塑施工图局部尺寸图
图2 雕塑施工图基础部分图
我公司针对复杂的造型进行基础核算，最后经过几轮精密验算最终顺利通过验算。计算书长达40多页，针对结构部分和基础部分进行了详细核算。
图3 雕塑钢结构计算书局部图
图4 雕塑钢结构计算计算过程图
图5 雕塑钢结构施工图整体源文件格式
图6 雕塑钢结构施工作业过程现场图
“科创之树”小结
“科创之树”设计的难点主要有：（1）复杂体型结构的风洞数值模拟；（2）结构甚至是围护系统的加工可行性论证等。结构工程师不仅应具备深厚的力学功底，掌握先进的计算工具，还应熟悉各类建筑材料的加工制作工艺，以实现艺术家、建筑师、景观设计师“天马行空”的想法。（3）树上采用钢化玻璃造型在施工工艺上有一定难度，在前期计算上考虑周到，方便后续施工。
我公司承接重多负责结构计算过程中，针对较特殊的部件，我们公司工程师尽可能不把其他作为特殊外部构件进行计算，而是针对特殊部件内部进行分析，针对连接较少部分，空间不合理部分进行充分的优化，以满足计算要求。
在钢结构施工盖章质保方面，我公司要求在施工满足规范的前提下把结构计算的安全程度质保期按长达30年——45年进行计算。
我公司针对大型雕塑结构设计，没有地勘的情况下，工程师根据当地的风荷载和历年地质报告中的数据进行结构设计，满足施工要求。在有地勘报告情况吧，我公司对地勘报告进行审核并针对报告数据进行分析出图。