第一届全国大学生结构设计竞赛题目

第一届全国大学生结构设计竞赛

一．竞赛题目

高层建筑结构模型设计与制作

二．竞赛内容

竞赛内容包括：理论方案设计、结构模型制作、作品介绍与答辩、模型加载试验。三．竞赛要求

1.参赛要求

(1)参赛者为全日制在校本、专科生。每个参赛队由2至3名学生组成，提倡参赛学生

跨专业组队。每位参赛者只允许参加一个参赛队，各参赛队应独立设计、制作。

(2)每个参赛队只能提交一份作品，并给作品命名。

(3)各参赛队必须在规定时间和地点参加竞赛活动，迟到或缺席者作为自动弃权处理。

竞赛期间不得任意换人，若有参赛队员因特殊原因退出，则缺人竞赛。

2.理论方案要求

(1)理论方案的内容应包括：设计说明书、方案图和计算书。设计说明书应包括对方案

的构思、造型和结构体系及其他有特色方面的说明；方案图应包括结构整体布置图、主要构件详图和方案效果图；计算书应包括结构选型、计算简图、荷载分析、内力

分析、承载能力估算等。

(2)理论方案封面必须注明作品名称、参赛学校、参赛队员姓名和专业、指导老师，并

加盖参赛学校教务处公章（详见附件一）；正文按设计说明书、方案图和计算书的

顺序编排。除封面外，其余页面均不得出现任何有关参赛学校名称和个人姓名的信

息，否则取消参赛资格。

(3)理论方案要求用A4纸打印，一式五份于规定时间内交到竞赛组委会，逾期作自动

放弃处理。

3.设计制作要求

(1)模型制作材料

模型制作材料为组委会统一提供的230克巴西白卡纸、铅发丝线（鞋底）和白胶。

不得使用组委会指定以外的其它任何材料，否则将直接取消其参赛资格，并通报。

(2)模型尺寸要求

模型的长度不得大于2035mm，模型的外轮廓横向最大宽度不得大于300mm，桥面设置两个车道，每个车道宽不得小于100mm，因两车道之间设有行车导索，所以车道之间不能有立柱、拉索一类的构件。桥面以下的模型高度不得大于150mm，桥面高差不得大于20mm。

桥面要求满铺且能承受加载小车的荷载。模型除与支座、两端下压板（提供竖向向下压力）、前端挡板（防止小车前进时模型滑移）接触外，不能与加载装置的其它部位接触。为保证小车能够顺利通过，模型应根据加载小车的尺寸，预留足够的通行空间，并能够满足给定的加载装置，请参赛队注意加载装置给定的条件。

在两个跨中的左右两个车道中线以外要设置位移量测点，量测点处需有一个不小于

10mm 10mm、与主结构有足够连接刚度、水平方向、面朝下的平面，位置如附图所示。

（3）支座条件

加载装置设置三个支座，位于一条直线上，外侧两个支座的中心距为2010mm，中间支座位于外侧两支座之间的任意位置。支座沿顺桥方向宽度为25mm，支座沿横桥方向长度为300mm。三个支座均可为模型提供竖向支承，不提供水平作用力和转动约束。

各支座均可以根据需要调整高度。

外侧两个支座上方设下压板，可为模型端部提供竖向下压力。在小车行进方向前端，模型可以利用加载装置提供水平推力以抵抗牵引小车而产生的水平力，加载装置后端不提供水平力。

4.加载试验要求

（1）模型加载试验采用两辆重量相同的小车加载，分别行驶在同方向的不同的车道上。

当第一辆车匀速行驶到离出发点为1米时，第二辆车开始启动。每当小车到达模型较大跨跨中（如两跨相同，则为行驶方向第二跨）时，小车必须停止10秒钟，同时测量跨中的位移，然后再继续匀速缓慢通行。整个加载过程的总时间不得多于150秒。小车由参赛选手牵引，牵引过程中不允许接触小车。

（2）加载小车重量分为6kg、7kg、8kg、9kg、10kg五个级别，参赛队只有两次加载机会，赛前需预报第一次加载重量级别，第二次加载重量级别各队可视第一次加载情况现场决定。

（3）加载小车外轮廓最大尺寸为长200mm，宽90mm，高150mm，小车有前后两个车轮，车轮中心轴距离为120mm，前后轮均为圆柱体，圆柱长度为80mm，车体底平面距离地面15mm（详见示意图）。

四．评分规则

总分为100分，包括结构造型与体系、理论分析、模型制作、叙述答辩和加载试验5个方面。

1、结构造型与体系（10分）

按模型结构的构思、造型和结构体系的合理性、实用性和创新性评分。

2、理论分析（10分）

按设计说明书、方案图和计算书内容的完整性、正确性评分。

3、模型制作（10分）

按模型制作工艺情况评分。

以上3项均在加载前评毕。模型尺寸及材料使用不符合设计制作要求的，或参赛过程中有其他违规现象的将直接淘汰，不进入加载试验阶段。

4、叙述答辩（10分）

按现场叙述和答辩情况，由评委当场给分。

5、加载试验（60分）

加载过程中，如果出现下列任一情况，将视为加载失败，退出加载试验：（1）模型跨中的最大竖向位移越过规定的限值（20mm）；

（2）因模型主要构件出现失稳、结构变形过大和破坏等本身原因，使小车滑落或使小车除车轮外的其他部分与桥面板或桥梁的其它构件接触。

完成加载试验的模型，按以下方法计分：

先按荷重比（F=Q/W）计算出各模型的相对分，其中Q代表模型所承受的最大移动荷载（N），W代表模型自重（N）；再将F值为最大（记Fmax）的模型定为满分（60分），其余模型的分数按（满分×F/Fmax）计算。

全国大学生结构设计竞赛赛题

第六届全国大学生结构设计竞赛赛题 1．命题背景 吊脚楼是我国传统山地民居中的典型形式。这种建筑依山就势，因地制宜，在今天仍然具有极强的适应性和顽强的生命力。这些建筑既是我中华民族久远历史文化传承的象征，也是我们的先辈们巧夺天工的聪明智慧和经验技能的充分体现。 重庆地区位于三峡库区，旧式民居中吊脚楼建筑比比皆是。近年来的工程实践和科学研究表明，这类建筑易于遭受到地震、大雨诱发泥石流、滑坡等地质灾害而发生破坏。自然灾害是这种建筑的天敌。 相对于地震、火灾等灾害而言，重庆地区由于地形地貌特征的影响，出现泥石流、滑坡等地质灾害的频率更大。因此，如何提高吊脚楼建筑抵抗这些地质灾害的能力，是工程师们应该想方设法去解决的问题。本次结构设计竞赛以吊脚楼建筑抵抗泥石流、滑坡等地质灾害为题目，具有重要的现实意义和工程针对性。 2．赛题概述 本次竞赛的题目考虑到可操作性，以质量球模拟泥石流或山体滑坡，撞击一个四层的吊脚楼框架结构模型的一层楼面，如图2.1所示。四层吊脚楼框架结构模型由参赛各队在规定的时间内现场完成。模型各层楼面系统承受的竖向荷载由附加配重钢板实现。主办方提供器材将模型与加载装置连接固定（加载台座倾角均为o 30θ=），并提供统一的测量工具对模型的性能进行测试。 图2.1.第六届全国大学生结构设计竞赛赛题简图 配重1M 配重2M 配重2M 后固定板 前撞击板 螺杆 钢底座 钢架A 钢架B 不锈钢半圆滑槽 模型部分（含部分加载装置） 加载台座 θ θ 加速度传感器 螺杆 硬橡胶

3．模型要求 图3.1.模型要求示意图 图 3.1模型设计参数取值表 q o 30 0L 20cm > —— H 1cm 99± L < 24cm —— q 配重1M 配重2M 配重2M 前撞击板 后固定板 底板 模型平面尺寸要求示意图 要求平整，且与前撞击板端头有效接触面积不小于22cm 要求平整，且与后固定板端头有效接触面积不小于22cm 底板示意图 允许固定区域 硬橡胶

结构设计大赛心得

结构设计大赛心得 依稀记得第一次接触结构设计大赛在我们的力学课上，当时的任课老师一再地强调这个比赛对我们自身以及学院的重要性，还特别地说此次比赛是首次允许新生参加，鼓励我们积极参与其中。对于我们2010级新生来说，理论上的知识当然比不上那些学长学姐了，更别提实际操作经验了，然而参加这个比赛必定是要投入大量的人力物力的，有很大的可能到最后换来的不会是奖牌。但是我们2010级新生骨子里有着初生牛犊不怕虎的精神，就算再累再苦，我想我们也会坚持下去的。为培养大学生的创新思维﹑实际动手能力和团队协作精神，增强大学生的实践与工程结构设计能力，丰富校园活动、学术氛围，促进大学生互相交流与学习，同时，为提高工科类学生对力学学习的兴趣，开拓学生的视野，激发学生对结构力学问题的探讨，提高力学知识水平以及创新能力。 一开始我们组队的时候就出现许多问题，到底是同专业的人一起组队呢，还是选择外班的人。随着我们模型制作工作的推进，类似这样琐碎的小问题不断地出现，真的，有那么一瞬间有想过要放弃，但是看着团队的成员们在苦苦思索解决问题的办法时，再想想当时我们决定要参加比赛时的雄心壮志，只要我们相信自己，我们一定能行。在制作过程中让我印象最深刻的一次是我们在做加载盒的底部时，没有考虑全面，导致加载盒的质量过重了。那个时候这真的像是一盆冷水浇到了我们头上，当时因为还有多的材料，我们有打算重新做一个加载盒的意向，因为大家意见不一致，最后小组成员开会后决定，只能靠砂纸把底部木片交接的地方磨薄。考虑到时间这个因素，这真的是个浩大的工程呢，我觉得在那次以后大家更加团结了，我们似乎看到了希望的曙光。 虽然大赛已经过去了有些日子了，但是我仍然记得我们在制作模型时的酸甜苦辣，记得模型刚制作完成时的欢呼雀跃，记得那次加载时它的坚强挺立，记得拆卸它是眼眶里浓浓的不舍…… 一路坚持下来，我们取得了一点成绩，是信念在支撑着我们做事，这点在队长的身上体现地淋漓尽致，一旦被激发起斗志，我也是个不服输的人，现在仍然很清楚地记得省赛选拨时我们三个是怎样凭着一股韧劲儿在一个星期的时间里让模型有了质的飞跃，那种为了目标竭尽全力的干劲儿只有亲身体会的人才懂得其中的乐趣。我的秘籍——坚持！就模型比赛本身而言，可以简单概括为：多想，多做，多问，遇到困难措手不及也绝不放弃最初的目标。努力的过程是自己的，结果是别人给的。 人越自信就越宽容，眼界越开阔就越能客观理智地看待问题解决问题。 我非常喜欢一句话：这个世界上没有任何人任何事是事先为你准备好的。它告诫我世间万物瞬息万变，纵然发现自己拥有很多，也必须时刻抱有危机意识，激励自己保持一颗上进的心，不断进取，对人对物皆如此，好在其中不变的是你能够掌控自己。 逆水行舟，不进则退。知足常乐，但决不安于现状！ 英语邮箱jianzhu10_english@https://www.docsj.com/doc/7119236909.html, 密码jianzhu10

第十届全国大学生结构设计竞赛赛题

第十届全国大学生结构设计竞赛赛题 大跨度屋盖结构 随着国民经济的高速发展和综合国力的提高，我国大跨度结构的技术水平也得到了长足的进步，正在赶超国际先进水平。改革开放以来，大跨度结构的社会 需求和工程应用逐年增加，在各种大型体育场馆、剧院、会议展览中心、机场候机楼、铁路旅客站及各类工业厂房等建筑中得到了广泛的应用。借北京成功举办2008奥运会、申办2022冬奥会等国家重大活动的契机，我国已经或即将建成一大 批高标准、高规格的体育场馆、会议展览馆、机场航站楼等社会公共建筑，这给我国大跨度结构的进一步发展带来了良好的契机，同时也对我国大跨度结构技术水平提出了更高的要求。 2总体模型 总体模型由承台板、支承结构、屋盖三部分组成(图-1) 加载区域 图-1模型三维透视示意简图 2.1承台板 承台板采用优质竹集成板材，标准尺寸1200mm>800mm，厚度16mm，柱 底平面轴网尺寸为900mm>600mm，板面刻设各限定尺寸的界限：

(1)内框线：平面净尺寸界限，850mr> 550mm；

（2） 中框线：柱底平面轴网（屋盖最小边界投影）尺寸， （3） 外框线：屋盖最大边界投影尺寸， 1050mm X750mm 承台板板面标高定义为土 0.00。 2.2支承结构 仅允许在4个柱位处设柱（图-2中阴影区域），其余位置不得设柱。柱的任 何部分（包括柱脚、肋等）必须在平面净尺寸（850mmx 550mm ）之外，且满足 空间检测要求。（即要求柱设置于四角175mm 125mm 范围内。） 柱顶标高不超过+0.425 （允许误差+5mm ），柱轴线间范围内+0.300标高以 下不能设置支撑，柱脚与承台板的连接采用胶水粘结。 2.3屋盖结构 屋盖结构的具体形式不限，屋盖结构的总高度不大于 125mm （允许误差 +5mm ），即其最低处标高不得低于0.300m ，最高处标高不超过0.425m （允许误 差 +5mm ）。 平面净尺寸范围（850mmx 550mm ）内屋盖净空不低于300mm ，屋盖结构 覆盖面积（水平投影面积）不小于900X300mm ，也不大于1050X750mm ,见图-3。 不需制作屋面。 屋盖结 构覆盖面积（水平投 影面积）不小于900>600mm ，也不大于 1050X750m m 。但不限定屋盖平面尺寸是矩形，也不限定边界是直线。 屋盖结构中心点（轴网900X300mm 的中心）为挠度测量点。 2.4剖面尺寸要求 模型高度方向的尺寸以承台板面标高为基准，尺寸详见图 -4、5。 900mm >600mm ； (I ； ② 图-2承台板平面尺寸图 、柱脚内界 口 g □ Trfrii?尺寸范应 （85Gi550} 〔柱脚不睜进入谀范 柱位 12UW

黄祖慰-第五届全国大学生结构设计竞赛总结(技术版)

第五届全国大学生结构设计竞赛总结 （技术版） 黄祖慰20080537 5th国赛的作品，是总结了4th国赛的失败教训，以降低模型量为重点的模型设计和制作成果。我们通过不懈努力，终于到达了目标。在这次比赛中，我们研究出了一些先进的模型设计和制作技巧和积累了更多的设计和制作的经验。在此，我将通过模型从无到有的整个过程进行具体的介绍。 一、研读赛题 读懂题目在结构设计竞赛中是一个最基本的要求，要做到对赛题的点点滴滴熟记于心，并且从规则中发掘模型设计的切入点。 要想获得大奖，就要对题目认真分析；努力寻找漏洞显得相当重要，是一条迈向成功的捷径。在本次结构设计竞赛模型中，整体铁块，虚悬挑梁等都是针对题目漏洞而设计的，为模型重量的减轻做出了重要贡献。 二、准备制作工具 所谓公欲善其事必先利其器，要想做好一个模型，一套好的工具是必须的。在制作模型初期，选手可以采用非比赛指定工具来制作模型。虽然赛题中已经明确规定了制作工具，但是由于提供工具的局限性，有些很好的想法不能够在模型上做出来。我的建议是，先使用的工具，把想法尽可能表现出来，等到模型初步定型后，再使用比赛指定工具，寻求达到同样效果的模型的制作

方法。为了提高制作精度，画线笔可采用0.38mm的水笔。 三、研究材料特性 所谓知自知彼方能百战不殆，在制作模型之前，必须先对材料进行分析，了解材料的特性，由此得知材料的实际力学性质和可加工性质。下面我就罗列我对本次比赛的复压竹皮、竹制底板和502胶水的性质研究的一些心得： 1、复压竹皮在顺纹路方向存在连续纤维，利于受拉。但是顺 纹容易被撕裂。 2、规格为0.2mm的竹皮为单层竹皮，应注意竹皮上存在的 竹节的薄弱点，应尽量避开；此种竹皮，一面为光面，一面为 毛面，粘贴时，光面的粘接速度要快于毛面，但是最终粘接紧 密性毛面为优。使用单层竹皮作为拉杆，存在风险，北京交通

中南大学结构设计大赛赛题

纵坡公路桥梁结构设计 一、赛题背景 猴子石大桥，又名长沙湘江三大桥、长沙湘江南大桥是长沙市二环线上 横跨湘江的一座特大桥。初建于1958年，后因历史原因于1960年停建；1996年再建，1997年再次停工；最后，大桥从1998年底开始建造，并于2000年9月建成通车。 猴子石大桥位于南二环与湘江交汇处，湘江河水从南边滔滔而来，又从 这里向北滚滚而去。东头是临江而卧的南郊公园，青山绿水在这里相得益彰，西头是大学城。其南边五公里处是连接南三环线的黑石铺大桥，北边六公里 处是横跨橘子洲的湘江一桥。因桥在老地片名猴子石地域内，猴子石知名度高，故名“猴子石大桥”。又因为大桥属于南二环线，因此也称其为南大桥。 大桥横跨湘江两岸，总跨度达1389米。其所处地点呈明显的“东高西低”之势，即东岸高，西岸低，带有明显的纵坡，大桥的桥柱高度是从桥中 心位置依次朝着两边递减，这样既保证了船只在河流中正常通航又能够缩短 工期节约成本。 猴子石大桥对在长沙的交通地位显著，在所有跨湘江通道中，猴子石大 桥白天12小时交通量分布比重达到28.8%，在长沙34条跨湘江通道中所占 交通比重最大。猴子石大桥建成后，对长沙的交通和经济发展都做出了巨大 贡献 此次比赛我们以湘江上这一著名的桥梁──猴子石大桥作为背景。

二、总体模型 总体模型由给定的承台、桥梁模型和底座木板三部分组成。用于固定山体及桥梁模型的底座木板，其顶面标高为±0.00m；给定的承台有两个，桥梁起始端承台标高为﹢0.24m，末端承台标高为+0.14m，两承台具体尺寸见图2至图5。桥梁模型为斜交纵坡直桥，全长1.4m。桥段结构的所有构件及节点均采用给定材料与 502 胶水手工制作完成。桥段结构桥面板制作时要求满铺，不允许有空隙，桥面上需设置两个减速带，减速带为3D打印构件（加载现场加装于桥面固定位置），具体位置见图1。底座木板主要用来承托给定的山体模型和制作的桥梁模型，模型与底座板用自攻螺钉连接。承台板上划有一条具有一定宽度的河流航道区域（距起点550mm处，河流宽450mm，流向与桥面呈75度角），为便于通航，航道内不允许设置桥墩。 三、两岸承台、桥梁模型及底座木板连接 承台模型与桥梁模型连接采用搭接方式，即在桥梁与各承台连接处设置搭接平台，搭接平台均设置在各承台小车通过平面下10mm处。搭接平台宽25mm，长210mm（如图3、5三维图所示）；承台及各桥段模型通过自攻螺钉（螺钉直径5mm，钉长16mm，重量为1g/颗)与底座木板相连。要求桥墩柱脚处设置带孔连接件，用于螺钉与底座木板锚固，比赛中，每队将配发6颗螺钉，各队可视情况决定使用螺钉数，使用的螺钉重量将计入各队相应模型重量。 图1总模型布置图

第五届全国大学生结构设计竞赛赛题

第五届全国大学生结构设计竞赛赛题： 带屋顶水箱的竹质多层房屋结构 一、竞赛模型 竞赛模型为多层房屋结构模型，采用竹质材料制作，具体结构形式不限。模型包括小振动台系统、上部多层结构模型和屋顶水箱三个部分，模型的各层楼面系统承受的荷载由附加铁块通过实现，小振动台系统和屋顶水箱由承办方提供，水箱通过热熔胶固定于屋顶，多层结构模型由参赛选手制作，并通过螺栓和竹质底板固定于振动台上，图1给出了一示意性结构图。 图1 模型示意图 二、模型要求 2.1几何尺寸要求 (1) 底板：多层结构模型用胶水固定于模型底板上，底板为33cm×33cm×8mm的竹板，底板用螺栓固定于振动台上。 (2) 模型大小：模型总高度应为100cm，允许误差为±5mm。总高度为模型底板顶面至屋顶(模型顶面)上表面的垂直距离，但不包括屋顶水箱的高度。模型底面尺寸不得超过22cm ×22cm的正方形平面，即整个模型需放置于该正方形平面范围内，模型底面外轮廓与底板边缘应有足够的距离以保证螺栓能顺利紧固。 (3) 楼层数：模型必须至少具有4个楼层，底板视为模型第一层楼板。除第一层以外，每层楼面范围须通过设置于边缘的梁予以明确定义。 (4) 楼层净高：每个楼层净高应不小于22cm。楼层净高是指该楼层主要横向构件顶部

与其相邻的上一楼层主要横向构件底部之间的最小距离。若底板上设置有地梁，则第一层净高需自地梁顶部开始计算；若无地梁则从底板顶面开始计算。柱脚加劲肋、隅撑及其他外立面构件不影响计算楼层净高。 (5) 使用功能要求：楼层应具有足够的承载刚度，各层空间应满足使用功能要求。在模型内部，楼层之间不能设置任何横向及空间斜向构件。模型底层所有方向的外立面底部正中允许各设置一个12cm×12cm(高×宽)的门洞。 (6) 楼层有效承载面积：楼层范围为各承重分区最外围楼层梁构件所包络的平面，不包括模型内部核心筒区域。在楼层范围内与楼面构件直接接触的铁块的覆盖面积定义为楼层有效承载面积，模型的总有效承载面积应在600cm2至720cm2的范围之内，且每个楼层的有效承载面积不得小于25 cm2。模型顶面为平面，应满足安全放置水箱的要求。 图2 模型立面示意图(单位：mm) 图3 模型底板示意图(单位：mm) 2.2模型及附加铁块安装要求 (1)利用热熔胶将附加铁块固定在模型除底层以外的各个楼层的楼面结构上，可在楼层上设置固定铁块辅助装置，但辅助装置和铁块不能超出楼层范围且不能直接跟柱接触，若辅助装置或铁块与柱子接触，则该层净高以接触点的高度位置开始计算。 (2) 提供大、小两种规格铁块。大铁块长、宽、高约分别为12cm、6cm与3.2cm，重量为1800g。小铁块的长、宽、高约分别为6.0cm、4.5cm与3.2cm，重量为675g。由于加载设备限制，模型中附加铁块总重量不得超过30kg。

结构设计竞赛模型制作的方法与技巧

结构设计竞赛模型制作的方法与技巧 介绍了结构设计竞赛概况和竞赛用材料与工具。从结构选型、构件设计、模型节点处理三方面，介绍了结构设计竞赛中模型制作的方法与技巧。并针对竞赛中常见问题进行了解析。 标签：结构设计竞赛;结构模型;模型制作;土木工程 1 结构设计竞赛概况 土木工程有着悠久的历史，其专业综合性强，涉及学科面广，基础要求高。学科竞赛是培养专业人才创新能力的重要平台。竞赛旨在培养大学生的学习能力、沟通能力、组织能力、团队协作能力、创新能力和实践能力，提升大学生的综合素质，从而进一步提高本科生培养和教学质量。 目前赛事主要有全国大学生结构设计竞赛及各省市大学生建筑结构设计竞赛。对于培养大学生的创新意识、合作精神，提高大学生的创新设计能力、动手实践能力和综合素质，加强高校间的交流与合作起到重要作用。 结构设计竞赛的内容通常为给定某种材料，要求在规定时间内设计并制作出一个结构，通过加载试验，综合考虑各项因素决出获奖等级。模型材料一般为以竹皮或白卡纸居多，并辅以胶水、线绳等。制作的结构形式有建筑、桥梁等。评分内容一般包含方案设计、理论分析、模型制作、作品介绍与答辩以及模型加载实验等方面。结构加载类比赛，一般在相同加载条件下，结构模型质量轻者获胜或模型加载位移与模型质量综合评判。 2 材料与工具 结构设计竞赛用材料有竹材或白卡纸。本文仅讨论竹材。2018年全国大学生结构设计竞赛竹材规格及用量见表1。竹材参考力学指标见表2。 表2 竹材参考力学指标 制作工具有：502胶水、砂纸、切割刀、直尺、三角尺、量角器、铅笔、橡皮擦、镊子、橡胶手套等。砂纸打磨杆件端部，获得所需要的杆件精确尺寸，打磨杆件节点处接触面以增加接触，打磨时需谨慎打磨，勿露出竹皮丝状物。铅笔、直尺在竹皮上绘制杆件平面设计图。切割刀切割修剪竹皮。为防止胶水粘手，可用镊子夹持细小构件，使用橡胶手套防护双手，也可以用胶布缠绕指尖。 3 模型设计与制作 模型选型原则为“大胆假设，小心求证”。假设时，须防止赛题示意图的模型束缚思路，也不得被常见模型约束，应勇于借鉴创造。求证时，须运用相关力学

第五届全国大学生结构设计竞赛一等奖作品

第五届全国大学生 结构设计竞赛 计 算 书

目 录 1结构选型 (1) 1.1需求分析 (1) 1.1.1 力学 (1) 1.1.2 美学 (1) 1.2结构选型 (2) 1.2.1 竖向承重体系 (2) 1.2.2 横向抗侧力体系 (2) 1.3方案效果图 (3) 2结构建模及主要计算参数 (4) 2.1分析假定 (4) 2.2材料参数及几何模型 (4) 2.2.1 材料参数 (4) 2.2.2 几何模型 (5) 2.3有限元建模 (7) 2.3.1 单元选择及节点处理 (7) 2.3.2 静、动力参数 (7) 2.3.3 有限元分析模型 (8) 3结构受荷分析 (9) 3.1静力分析 (9) 3.1.1 位移 (9) 3.1.2 内力 (9) 3.2动力时程分析 (10) 3.2.1 质量源及节点束缚 (10) 3.2.2 模态分析 (10) 3.2.3 位移和内力 (11) 3.3结构稳定分析 (15) 4节点构造 (15) 4.1支座节点 (15) 4.2梁柱节点 (16) 5模型加工图及材料表 (16) 5.1模型加工图 (16) 5.2材料表 (17) 6铁块分布详图及水箱注水重量 (18) 6.1铁块分布详图 (18) 6.2水箱注水重量 (18) 附件A 模型及节点实物图 (19) 附件B 模型设计施工图 (20)

1.1需求分析 本次结构设计竞赛赛题为采用竹材和502胶水制作一个多层房屋结构 模型，要求所制作的模型不但要能够承受顶部水箱和各楼层铁块的静力荷载，而且必须能够承受模拟地震动的动力荷载。虽然赛题对结构的具体变形没有多加限制，但是对每级荷载加载时的模型失效制定了判定准则。为了保证不出现模型失效，必须严格控制结构的绝对位移和层间位移。因此，设计出来的结构模型必须是一个在满足竞赛要求的前提下，运用空间结构的构造方法和结构力学、材料力学等相关力学知识所设计出的材料消耗最少、同时结构强度和刚度能够满足竞赛要求的结构模型。 以下结合力学和美学对结构方案进行需求分析。 1.1.1力学 （1）静力荷载 结构承受的主要静力荷载为水箱和铁块所产生的重力方向荷载，针对静力荷载需要设计相应的竖向承重构件，例如梁、楼面和立柱等。 （2）动力荷载 结构承受的主要动力荷载为模拟地震动所产生的水平方向荷载，针对动力荷载需要设计相应的横向抗侧力构件，例如立面支撑杆、立面拉索、立面张力膜、立柱等。而模拟地震动的施加方向是随机抽取的，因此结构应尽可能设计成双向等抗侧刚度的形式。 （3）稳定性 结构模型除了需具有满足静力荷载和动力荷载的强度和刚度外，还必须满足稳定性要求，防止构件失稳而导致结构失效。针对稳定性，需要设计承压构件的长细比。 1.1.2美学 从古到今，土木工程的发展都与美学紧密结合，尤其是结构方面与美的结合。作为结构模型的承重体系，可以是柱、梁，也可以是拉索、拉杆和张力膜。这里我们小组根据对结构美学的理解，结合力学需求分析，最 终给结构方案制定了简洁、对称、充满张力的美学目标。 1

第三届全国大学生结构设计竞赛

第三届全国大学生结构设计竞赛 赛题 第三届全国大学生结构设计竞赛委员会 2009.9.24

一、竞赛模型 定向木结构风力发电塔（如图），塔身高800mm，叶片（数量不限）组成的 A A-A 二、模型介绍 1.塔身 塔身为竞赛主结构，需满足以下要求： （1）塔身高800mm，顶点高度实际误差不大于±3mm。塔身外形不影响叶轮运转，塔身水平截面的外轮廓为正多边形或圆形； （2）具有足够的承载能力； （3）具有规定的刚度； （4）与塔顶标准发电机底座连接可靠； （5）与塔底标准底座连接可靠。 2.叶片和叶轮 安装完成后，叶轮外轮廓直径不得大于800mm。 三、装置说明 1.发电机

发电机采用CFX-03型标准发电机，质量4470g，底板及立面详见附图。2.风叶连接件 连接件质量300g，详见附图。 3.发电功率测量系统 发电功率测量系统由导线、负载、功率计组成。导线所受风力不能传递到塔身，由支架承受。 4.鼓风机 相关参数见下表 名称新型节能低噪声轴流风机 型号SF7-4 厂家上海金蓝机电设备成套有限公司 功率3kW 转速1400n/min 风量2500m3/h 风速23m/s 全压力340Pa 经实测，风叶连接件（距鼓风机1m处）的风速参考值如下： 档位风速（m/s） W1 4.0 W2 6.8 W3 9.0 5.塔架安装底盘详见附图。 6.塔脚与安装底盘连接螺栓：重量2g/套。 四、材料及制作工具 1.木材 （1）尺寸：长度1000mm，截面有50mm×1mm、2mm×2mm、2mm×6mm、6mm×6mm； （2）性能参考值：顺纹弹性模量1.0×104MPa，顺纹抗拉强度30MPa。2.胶水：502。

第十四届结构设计竞赛0325

大连市第十届大学生结构设计竞赛实施方案 一.竞赛题目 承受正负弯矩的梁模型设计、制作和加载 二．竞赛内容 竞赛内容，即竞赛评分范围如下： ①模型设计理论方案 ②现场陈述表现 ③现场加载实验 三．竞赛要求 1.理论方案要求 （1）理论方案应包括：设计说明书、方案图和计算书。设计说明书应包括对方案的构思、造型和结构体系及其他有特色方面的说明；方案图应包括结构整体布置图、主要构件详图和方案效果图；计算书应包括结构选型、计算简图、荷载分析、内力分析、承载能力估算等。 （2）理论方案封面必须注明作品名称、参赛学校、参赛队员姓名和专业、指导老师，并加盖参赛学校教务处公章（详见附件一）；正文按设计说明书、方案图和计算书的顺序编排。除封面外，其余页面均不得出现任何有关参赛学校名称和个人姓名的信息，否则取消参赛资格。 （3）理论方案要求用A4纸打印，一式六份于规定时间内交到竞赛组委会，逾期作自动放弃处理。 2. 设计制作要求 （1）模型制作材料 模型制作材料为组委会统一提供的230克巴西白卡纸、铅发丝线和白胶。不得使用 组委会指定以外的其它任何材料，否则将直接取消其参赛资格。 （2）模型尺寸要求 模型界限为一长方体，分为底座和主结构两部分，主结构由两跨组成，中间跨长为 1200mm，悬臂一端跨长为500mm，其横截面高度不大于200 mm，宽度不大于200 mm(详 见图1)；模型需设置一长度不大于100mm的底座，模型在底座范围内其截面宽度为 200mm，沿截面高度方向需设置夹板固定区，以便于设置夹板固定的区域，并保证有足

够的嵌固强度，每边的嵌固外伸段长度不得大于150mm ，嵌固端面需与嵌固台完整接触。模型的具体限制尺寸如下图所示。 图1 模型轮廓投影限制范围（单位mm ） （3）模型结构要求 a ）模型底座两端沿竖向需设置用于夹板固定的宽平坦区，每边的固定长度不应小于100mm ，且不超过150mm ，模型与嵌固台的接触面应为平面，以确保模型与嵌固台完全接触。详见图2。 b ）模型结构的下表面需设置两个加载作用点A 、B ，加载作用点A 距模型右侧悬臂端的水平距离为100±5mm(严格控制误差不得大于+5mm)；加载作用点B 距模型右侧悬臂端的水平距离为1100±5mm ，且A 、B 点都位于沿梁宽方向的中点处，要求在A 、B 点设置可以施加竖向力的拉线环各1个。另需注意，拉线环的荷载全部由梁传递，不允许任何一部分拉线环的荷载直接传递给模型以外部分。模型各加载作用点的拉线环须满足承载要求，如发生破坏作加载失败处理。且拉线环受力拉直后距加载点的垂直距离为10±5mm 。A 、B 两点均需要用黑色粗线笔标出，赛前需要检验，误差不超过5mm 。 c ）梁模型结构区上表面需保持水平，不得有明显的倾斜和弯曲，便于比赛中量测挠度。模型上表面需设置两个位移量测点1、2，分别对应于作用点A 、B 的正上方，位置要求同加载点，测点1、2均需要用黑色粗线笔标出，也需赛前需要检验，误

结构设计大赛之桥梁模型设计

结构设计大赛之桥梁模型设计戴洁 (广东交通职业技术学院，广东广州510650) 摘要：文中从结构设计大赛的模型要求及比赛加载方式分析入手，提出桥梁模型的设计方案构思，选择结 构方案．并进一步对模型进行了强度、刚度和稳定性受力分析。试验证明本次设计制作的桥梁模型非常坚固， 承受极限荷载接近于封顶值50 kg。 1桥梁模型设计 1．1模型要求及加载方式分析 结构设计大赛拟设计桥梁结构模型。桥梁结构模型设计尺寸要求为：桥面总长l 000 mln；桥面高不低于120 toni：桥面总宽160～180rnITl；桥面净空高度不小于200 toni：最大跨径不小于400 mm。尺寸要求体现了桥梁设计的桥下净空和桥面净空等功能要求。比赛加载方式为动静载结合方式，初赛要求徒手将一辆l5 kg的小车从桥头拉至最大跨的跨中位置．并在该位置停留不少于5 S 然后拉到桥部。模型不至于失效方可进入决赛。决赛采用跨中集中力加载方式，初始荷载为20 ，荷载增加梯度为5 k 次，封项荷载为50 。每次加载后停留5 S。模型不失效即加载成功。模型不失效的标准：模型强度足够、不失去整体承载力：模型跨中挠度不超过l5 mm。小小桥模型须承受l5～50 kg的重量，由此带来的跨中弯矩较大，承载亦不易。但更

难控制的还是弯曲变形，挠度不超出15 mln即要求模型具有足够的抗弯刚度。 1．2材料分析 参赛的结构模型要求采用组委会统一提供的绘图纸、棉线和乳胶。主体材料为绘图纸．辅助材料为棉线和乳胶。单张的绘图纸只能承受少量拉力，不能作为受弯、受压构件，即使多张绘图纸叠放具有抗弯强度．也不能提供足够的抗弯刚度。要使纸构件提供足够的强度和刚度．一种方法将纸卷成圆柱形．作成圆形梁和圆形柱：另一种方法将纸张切片叠成一定厚度并粘在一起．作成一定高度的薄梁．可以用作桥面的抗弯构件。但从整体结构上必须布置成纵、横梁网格系。棉线抗拉能力强，不能受压．只能用来做受拉构件，吊(拉)桥面或捆绑节点，增强节点强度。白乳胶主要起粘结作用。 1．3结构选型与方案构思 鉴于比赛的加载重量大。且挠度变形量控制严格，桥型结构不能采用单一的梁桥、拱桥、悬索桥，而必须采用组合体系桥梁。为使桥面平整，便于行车，主体结构采用梁式桥型。为了增强模型的整体抗弯强度和抗弯刚度．布置斜拉杆(索)或垂直吊杆(索)。用卷成圆柱形的纸杆作为刚性斜拉杆或吊杆．节点用棉线捆绑牢固，做成类似斜拉桥的板拉桥刚性拉杆。桥面下可用拱形结构支撑桥面．也可以采用桥墩加斜撑辅助支撑桥面。拱形结构受力合理．但制作困难。下部结构主要采用实心的圆柱形纸杆作桥墩．由于直径有限(直径大时耗材多)，难以保证桥墩的稳定性，而空心纸卷制作起来有困难．也不能提供足够的抗压强度，所以桥墩结构上必须加强各杆件的横向联系．以增强桥梁的整体稳定性。主孔纵向设计为梁式桥结合“A” 型塔斜拉桥。主

结构设计经验的总结

十年结构设计经验的总结 1.关于箱、筏基础底板挑板的阳角问题： (1).阳角面积在整个基础底面积中所占比例极小，干脆砍了。可砍成直角或斜角。 　(2).如果底板钢筋双向双排，且在悬挑部分不变，阳角不必加辐射筋，谁见过独立基础加辐射筋的？当然加了也无坏处。 　(3).如果甲方及老板不是太可恶的话，可将悬挑板的单向板的分布钢筋改为直径12的，别小看这一改，一个工程省个3、2万不成问题。 2.关于箱、筏基础底板的挑板问题： (1).从结构角度来讲，如果能出挑板，能调匀边跨底板钢筋，特别是当底板钢筋通长布置时，不会因边跨钢筋而加大整个底板的通长筋，较节约。 (2).出挑板后，能降低基底附加应力，当基础形式处在天然地基和其他人工地基的坎上时，加挑板就可能采用天然地基。必要时可加较大跨度的周圈窗井。 (3).能降低整体沉降，当荷载偏心时，在特定部位设挑板，还可调整沉降差和整体倾斜。 (4).窗井部位可以认为是挑板上砌墙，不宜再出长挑板。虽然在计算时此处板并不应按挑板计算。当然此问题并不绝对，当有数层地下室，窗井横隔墙较密，且横隔墙能与内部墙体连通时，可灵活考虑。 (5).当地下水位很高，出基础挑板，有利于解决抗浮问题。 (6).从建筑角度讲，取消挑板，可方便柔性防水做法。当为多层建筑时，结构也可谦让一下建筑。 3.关于箍筋在梁配筋中的比例问题(约10~20%)： 例如一8米跨梁，截面为400X600，配筋：上6根25，截断1/3，下5根25，箍筋：8@100/200(4),1000范围内加密。纵筋总量： 3.85*9*8=281kg,箍筋：0.395*3.5*50=69,箍筋/纵筋=1/4, 如果双肢箍仅为1/8，箍筋相对纵筋来讲所占比例较小，故不必在箍筋上抠门。且不说要强剪弱弯。已经是构造配箍除外。 4.关于梁、板的计算跨度： 一般的手册或教科书上所讲的计算跨度，如净跨的1.1倍等，这些规定和概念仅适用于常规的结构设计，在应用日广的宽扁梁中是不合适的。梁板结构，简单点讲，可认为是在梁的中心线上有一刚性支座，取

大学生结构设计竞赛一

大连理工大学第十二届结构设计说明书作品名称龙门吊

目录 一、概念设计 (2) （一）方案构思 (2) （二）结构选型方案比较 (2) 1.设计方案1 (2) 2. 设计方案2 (4) 3. 设计方案3 (5) （三）最终方案详述 (6) 1.整体结构设计 ....................... . (6) 2.详细设计 (7) 3.设计图纸 (8) 二、计算设计 .............................................................................................. (10) （一）静力分析 ..................................................................................... ..10 （二）基本假设 ..................................................................................... ..13 （三）荷载分析 (13) （四）位移分析 (13) （五）承载能力的优化与极大值估算 (15) 三、构造设计 (16) 四．小结 (18)

一、概念设计 （一）方案构思 本次设计竞赛主要有三个方面的技术要求: ①模型制作材料 模型制作材料为组委会统一提供的230克巴西白卡纸、铅发丝线（鞋底线）和白胶。不得使用组委会指定以外的其它任何材料，否则将直接取消其参赛资格，并在赛会中通报。 ②模型轮廓尺寸限定 模型正立面投影限制在如图1所示阴影范围内；侧立面投影限制在图2所示阴影范围内。提交模型时，参赛学生应使用赛会的固定装置、模型验收模具进行试安装，以确认模型符合尺寸要求，并取得参赛资格。 此外，为保证能够在模型上表面施加移动荷载，模型的上表面应具备足够的硬度及平整度。 ③模型柱脚锚固构造 为保证模型能可靠地锚固于加载试验装置台面，制作模型时，严格按照赛会规定限位器的尺寸制作模型柱脚。 （二）结构选型方案比较 框架结构是指由梁和柱以刚接结或者铰结相连接构成承重体系的结构，即由梁和柱组成框架共同抵抗使用过程中出现的荷载。本次结构设计大赛为正是以框架结构的设计为背景，承受较大竖向荷载，基于这些原则，我们做

结构设计大赛经验浅谈

结构设计大赛经验浅谈 摘要：结构设计大赛是各参赛人员学以致用、展示综合素质的平台。一件出色 的作品，必然是建立在充分理解设计要求、丰富的理论知识以及精细的制作的基 础上。本文以“登峰杯”全国中学生结构设计竞赛为载体，从结构选型、截面选择、节点处理、结构优化等四方面阐述了一般结构设计大赛作品的创作思。 关键词：结构设计大赛；结构选型；截面选择；节点处理；结构优化 0 前言 “登峰杯”结构设计大赛是面向全国中学生的一项比赛活动，每年举办一次。其全面学习 了全国大学生结构设计大赛的赛事的相关组织经验，邀请了来自上海交大、清华大学等高等 学府的教授作为专业评委。大赛以打造青少年结构设计的创新平台，培养中学生的创新意识、合作精神、动手实践能力和综合素质为目的。 1 赛题简介 1.1 材料 根据比赛规则，各个比赛队伍需严格按照赛题的要求，使用承办方统一提供的模型制作 材料以及模型制作过程中需要用到的相关制作工具。且，在限定的时间内设计及制作出一个 结构模型，然后进行加载评测。制作结构的主材为桐木，其质地较脆，抗折性能很差，轴心 受拉受压性能较好。 1.2 模型设计要求 本次比赛要求制作一个空间结构模型，安装在加载装置上，用于抵抗竖向静力荷载和动 力荷载，其中静载为15kg，分5级加载；动载通过一块2kg钢砝码，在其底面距离最上层静 力加载块顶面15cm处以自由落体的方式来施加。为满足加载块的放置要求，制作的模型需 提供一个可以支撑加载块的平台。根据赛题的要求，模型平台的高度为+150，模型规避区高 度为+100，在规避区内不能有任何结构构件。 2 结构选型 结构选型是结构设计过程的重要一步，结构选型阶段需要设计者全面使用其掌握的结构 设计经验，选用效果最好、造价合理的结构形式。 本次比赛要求制作一个空间结构模型，跨度较大；而主材而桐木质地较脆，抗折、受弯 性能很差，经过分析，初步选择桁架结构的形式。桁架结构一种由杆件彼此在两端用铰链连 接而成的结构。桁架结构的特点是构件主要承受拉力或压力，能够最大提高材料的使用率， 节省材料，降低结构自重。为满足规避区的要求，在桁架下部设置100cm柱，并设置一根斜 撑加强其整体性。 3 截面选择 结构设计大赛杆件一般采用薄壁截面杆，其截面形式和截面尺寸直接影响薄壁杆件的力 学性能即承载力和变形能力，结构设计大赛中使用的最常见最基本的薄壁截面形式。从材料 利用率来讲，薄壁圆筒的结构形式材料利用率最高。但因为结构模型需要手工现场制作，圆 形截面手工方式很难实现。“工”字型、“T”字型截面抗弯及抗扭性能相对较差。出于对模型制 作的可操作性及结构模型承载力方面的考虑，决定选用矩形截面。 4 节点连接 结构设计中有“强节点、弱构件”的要求，在模型实际加载中，特别是在动载时，经常出 现节点开裂现象。分析原因，在于杆件壁厚较小，仅靠杆件端部薄壁与杆件外表面连接，不 能满足“强节点”的要求。而且实际制作中，不能保证杆件端部及表面的平整，这就造成连接 部位接触面积过小，受拉更加容易开裂。在实际加载试验中，加动载时结构常因节点开裂而 破坏；因此对节点进行加强十分必要。 在钢结构工程中，节点连接中焊接连接及盖板加强型节点可以提供很好的思路。在模型 制作中，可利用木粉和胶水模拟焊缝，在杆件接缝处填充木粉，然后滴上胶水，效果与焊缝 类似。同样，可利用小木条片覆盖接缝出进行加固，效果与盖板加强型节点类似。实际加载 表明，采用此方法处理过得节点在加载过程中基本不会出现开裂现象。

全国大学生第四届结构设计大赛赛题

全国大学生第四届结构设计大赛赛题 集团文件发布号：（9816-UATWW-MWUB-WUNN-INNUL-DQQTY-

第四届全国大学生结构设计竞赛 赛题 第四届全国大学生结构设计竞赛委员会 2010. 6. 30 赛题名称：体育场悬挑屋盖结构 1、竞赛模型 竞赛模型为体育场看台上部悬挑屋盖结构，采用木质材料制作，具体结构形式不限。模型包括下部看台、过渡钢板和上部挑篷结构三部分。其中前两部分通过螺栓连接，由承办方提供；挑篷结构由参赛选手设计制作，并通过螺栓与过渡钢板连接。图1给出一示意性结构形式。 图1示意性悬挑屋盖结构 2、模型要求 2.1 下部看台及过渡钢板 看台底面尺寸600mm×800mm（800mm为悬挑方向），高340mm，剖面呈梯形，顶部宽150mm（如图2所示）。看台顶部设有过渡钢板，厚10mm，平面尺寸150mm×600mm。板上设有如图2所示的M4螺栓孔，用于固定挑篷结构。 2.2挑篷结构 挑篷结构包括支承骨架和围护材料两部分。支承骨架由木条制成，形式不限。围护材料采用120g布纹纸，由承办方统一提供，各队自行裁剪粘贴。要求

围护材料在外观上必须全部覆盖挑篷上部及背部区域；即从挑篷上方和后方看，围护材料不得出现空隙（见图3）。围护材料可探出支承骨架边缘，但其最大探出长度不得大于20mm。 图2 看台平面图及剖面图 图3 悬挑结构示意 为保证竞赛的公平性、合理性和可操作性，对挑篷几何尺寸做如下限定：1）在距挑篷前缘60mm区域内（图4中的A点附近），必须保证屋面平坦，不得有明显的倾斜和弯曲，以便竞赛过程中的加载与测量； 2）挑篷结构上弦前缘（即图4中的A点）高度不得低于650mm，在挑篷结构的下方（即图4中B点以下以右区域）不得出现任何构件； 3）屋面前缘最低点不得低于后缘的最高点，相当于图4中的A点高度不低于C点。 图4 尺寸限值（图中括号内数字为相对于O点的坐标） 3、加荷方式 采用在悬挑屋盖上加竖向静载和风荷载的方式考核各队模型的刚度和承载力。 3.1 荷载施加 1）在距悬挑屋盖前缘50mm处缓慢施加一重物加载条，测量屋盖前端在重物荷载作用下的竖向位移（见图5），记为d1。重物加载条为钢质，截面 20mm×20mm，长600mm，重约1.88kg，在屋面上沿垂直悬挑方向放置，测量完毕后取下。

第八届全国大学生结构设计竞赛赛题

附件：2014全国大学生结构设计竞赛赛题 三重檐攒尖顶仿古楼阁模型制作与测试 1、选题背景 中国木结构古建筑在世界建筑之林中独树一帜、风格鲜明，具有极高的历史、文化及艺术价值。其中楼阁式古建筑以其优美的造型和精巧的设计闻名于世，已成为中国古建筑的典型象征。 据历代营造史料记载，楼与阁原有明显区别，但后来因其均为复层建筑，故通称楼阁，其中比较著名的有武汉黄鹤楼、岳阳岳阳楼、南昌滕王阁、烟台蓬莱阁以及西安钟楼等。我国古代楼阁构架形式多样，屋盖造型丰富。在广泛调研及征求意见的基础上，本次竞赛的模型形式确定为三重檐攒尖顶仿古楼阁。该类古建的一个现存实例为明代所建的西安钟楼，如图1所示。基于当前全球已进入巨震期这一工程背景，本次竞赛引入模拟地震作用作为模型的测试条件，这对于众多现存同类古建的抗震修缮与补强具有现实的科学价值和工程意义。 图1 西安·钟楼

2、竞赛模型 竞赛模型采用竹质材料制作，包括一、二、三层构架及一、二层屋檐，其构造示例如图2（a）所示。模型柱脚用热熔胶固定于底板之上，底板用螺栓固定于振动台上。模型制作材料、小振动台系统和模型配重由承办方提供，底板用螺栓固定于振动台上,其加载安装形式见图2（b） 。 （a ）模型构造示例 （b ）加载安装形式 图2 竞赛模型及其加载安装 3、模型要求 3.1 模型构造 3.1.1 总体规定 （1）赛题中所涉及各种尺寸，如无特殊说明，允许误差均为±3mm 。 （2）一至三层楼面标高（由底板上表面量至各楼层梁的上表面最高处）分别为0.24m 、0.42m 、0.60m 。 （3）沿结构的外轮廓不能设置任何蒙皮。 3.1.2竖向构件布置要求： （1）结构竖向构件必须是铅直柱，不允许使用斜向支撑与拉条。 振动台 底板 模型配重

第五届全国大学生结构设计竞赛二等奖作品

第五届全国大学生结构设计竞赛带屋顶水箱的竹质多层房屋结构 计算书

1．赛题综述 竞赛模型为多层房屋结构模型，采用竹质材料制作，具体结构形式不限。模型包括小振动台系统、上部多层结构模型和屋顶水箱三个部分，模型的各层楼面系统承受的荷载由附加铁块模拟，小振动台系统和屋顶水箱由承办方提供，水箱通过热熔胶固定于屋顶，多层结构模型由参赛选手制作，并通过螺栓和竹质底板固定于振动台上。 几何尺寸要求： (1)底板：多层结构模型用胶水固定于模型底板上，底板为33cm ×33cm×8mm的竹板，底板用螺栓固定于振动台上。 (2)模型大小：模型总高度应为100cm，允许误差为±5mm。总高度为模型底板顶面至屋顶(模型顶面)上表面的垂直距离，但不包括屋顶水箱的高度。模型底面尺寸不得超过22cm×22cm的正方形平面。 (3)楼层数：模型必须至少具有4个楼层，底板视为模型第一层楼板。 (4)楼层净高：每个楼层净高应不小于22cm。 (5)使用功能要求：。在模型内部，楼层之间不能设置任何横向及空间斜向构件。模型底层所有方向的外立面底部正中允许各设置一个12cm×12cm(高×宽)的门洞。 (6)楼层有效承载面积：模型的总有效承载面积应在600cm2至720cm2的范围之内，且每个楼层的有效承载面积不得小于25 cm2。模型顶面为平面，应满足安全放置水箱的要求。 1

2．设计说明 作品构思： 根据赛题的具体要求，选择框架结构为模型的支撑体系结构。框架结构是一种常见的结构形式，特别是在我国经历过5.12汶川特大地震灾害后，框架结构的抗震性能进一步吸引了专家学者的目光。目前大多数房屋结构多采用框架结构，特别是处于地震带附近的房屋结构。框架结构优良的抗震机制要通过强柱弱梁来保证，但是由于框架结构楼面作用大，框架结构的强柱弱梁机制很难做到，故在今后应特别注意保证实现强柱弱梁的设计计算与施工控制，避免强梁弱柱的不利震害[1]。本次模型制作材料与混凝土有较大的区别，竹材的延性较好，抗拉性能较强，制作工艺也与混凝土框架结构有很大的不同，所以，在制作过程中大方向要根据现有的一些设计要求，但是视具体的情况，要做出局部的调整。 3．材料性能分析 模型制作采用竹材，力学性能参考值：弹性模量1.0×104MPa, 抗拉强度为60MPa。 表1：竹材规格表 胶水：采用502快速粘接胶，用于构件之间的粘接，要考虑502 2

长安大学2016年结构设计大赛赛题--竹质塔结构

长安大学2016年大学生结构设计竞赛赛题 竹质塔结构模型设计、制作与测试 1.竞赛模型 设计能够承受一定的竖向荷载和水平地震作用的竹质塔结构模型，具体结构形式不限，可为四根、六根或八根柱组成的框架式空间结构，也可为其他结构。模型包括小振动台系统、上部塔结构模型和塔顶铁块三个部分，铁块通过热熔胶固定于塔顶，塔结构模型由参赛选手制作，并通过螺栓和竹质底板固定于振动台上，图1给出了一示意性结构图。 图1 模型立面示意图(单位：mm) 2. 模型要求 2.1 几何尺寸要求： (1) 底板：塔结构模型用胶水固定于模型底板上，底板为330mm×330mm×8mm的木板（如图2所示），底板用螺栓固定于振动台上。 (2) 模型大小：模型总高度应为900mm，允许误差为±3mm。总高度为模型

底板顶面至塔顶(模型顶面)上表面的垂直距离，但不包括塔顶铁块的高度。模型顶面为平面，应满足安全放置铁块的要求。模型底面尺寸不得超过220mm×220mm 的正方形平面，塔顶不得小于150mm×150mm的正方形平面，即整个模型需放置于该正方形平面范围内，可为等截面结构也可为变截面结构，模型底面外轮廓与底板边缘应有足够的距离以保证螺栓能顺利紧固。模型的主要受力构件应合理布置，整体结构应体现“创新、轻巧、美观、实用”的原则。 图2模型底板示意图(单位：mm) 2.2 模型及附加铁块安装要求： (1)利用热熔胶将附加铁块固定在塔顶上，可在顶层设置固定铁块辅助装置，但辅助装置和铁块不能超出塔顶范围且不能直接跟柱接触。 (2) 提供的铁块为底边150mm高50mm的长方体，重量约为8.83 kg。 3. 加载设备介绍 结构模型采用第二代改进型WS-Z30小型精密振动台系统进行模拟水平地震作用的加载，考察模型承载力。振动台系统的主要组成部分及相关参数信息如下：水平振动台：型号：WS-Z30-50 指标：水平台尺寸：506×380×22mm，荷载：30kg，重量：11.5kg，材料：铝合金LY12。 功能：承载实验模型。