东南大学第十一届结构竞赛计算书.doc

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1、精品文档欢迎下载设计计算书作品名称:天梯参赛队伍：lucifer12精品文档欢迎下载参赛选手：王子哲、袁晨迪、陈鹏目录1.概述.................................32.结构设计方案说明.....................33.结构几何与材料属性说明...............44.结构在规定荷载作用下的效应计算......512精品文档欢迎下载一．概述本次结构竞赛要求设计并制作一个房屋模型，用以承受附加铁块载重，并抵抗振动台所产生的地震作用，在综合考虑结构承受荷载能力和地震

2、波影响下的稳定性的基础上判定结构的效率。因此对于本次竞赛，我们计划运用空间结构的构造原理，并结合已经学过的材料力学、结构力学等相关的力学知识，从而设计出一种材料消耗相对较少，同时结构刚度及强度均满足竞赛要求的结构模型。但由于大赛本身对于结构的几何形状有了一定的规定，限定了结构最大高度和每层层高，参考了一些资料后，我们发现空间桁架具有稳定性好、对材料性质运用充分、易于制作等优点，结合结构的抗震性要求和荷载承受能力，我们认为空间桁架应是较为理想的选择。整体结构如图所示二．结构设计方案说明由于本次竞赛的地震波加载是在

3、单方向上加载，但加载方向将会根据抽签结果决定，故为了保险起见，我们将结构设计为中心对称、四面均相同的形状，即俯视图中每层均为正方形，以达到各向同性的目的。根据降低结构重心以提高结构整体的稳定性的思路，我们采用了上小下大的结构，并在上下不同层采用不同截面形状的杆件，其中最下层柱杆选用空心组合杆，即4根木杆胶粘而成的组合杆，12精品文档欢迎下载而在顶层由于承重以及自重较小，故采用单根木杆，并减小楼层面积，从而减轻自重，充分实现结构的效率最大化。这样设计能够将结构自重集中于下部，降低结构重心。同时出于降低重心的考虑，

4、我们决定把荷载主要放于第二、三层，而使用组合柱杆的第二、三层由于恰能承受较多荷载。为了加固柱脚和地板之间、柱杆和柱杆之间的连接，我们还特意裁剪了适当尺寸的三角片贴于连接处，以增强连接处的强度，使之更加牢固。结构共三层：最底层高度24cm，其余两层都是22cm，由于在最底层轴力较大，为了防止压杆失稳，我们采用L型杆加强。三．结构几何和材料属性的确定根据比赛要求，组委会提供的材料包括：(1)木材：用于制作结构构件。尺寸：长度1000mm，截面有50mm×1mm、2mm×2mm、2mm×6mm、6mm×6mm；性能参

5、考值：顺纹弹性模量1.0×104MPa，顺纹抗拉强度30MPa。(2)502胶水：用于构件之间的连接、模型与底板的连接。(3)热熔胶：用于铁块的固定。(4)模型固定底板：厚度约6mm的木板，长与宽分别为29公分与29公分。底板上除组委会预设的孔洞外，严禁参赛队伍另行钻孔。加载时提供统一规格的铁块，铁块的长、宽、高约分别为6.0cm、4.5cm与3.2cm，重量为675g结构正视图如图所示不同处的木杆由于受力不同，采用不同的截面：a杆,d杆，梁杆利用6X6的实心杆，斜撑利用6X2的木条，b,c杆由于承载较大，我们

6、采用较独特的杆，利用4根6X2的木条结合成杆，如图所示，此杆抗压抗弯能力均很强。12精品文档欢迎下载四．结构在规定荷载作用下的效应计算1、利用sap软件分析静止的结构在荷载下的内力与变形由于本结构为空间结构，涉及杆件较多，具有多次超静定的特性，通过手工计算较难精确的计算得结构的变形，故利用sap软件进行分析，得到结构的变形，轴力图，弯矩图等重要信息。2、分析假定（1）结构分析模型的约束取在底板上。模型结构的节点固定于厚度约6mm的木板，长与宽分别为29公分与29公分的底板上，底板固定于振动台上上。因此，约束取为

7、理想固接约束。（2）所有结构构件均在弹性范围内工作，即计算时不考虑结构的材料非线性。（3）所施加的荷载为：层数铁块数3（最顶层）421211612精品文档欢迎下载每个质量块的重量为675g，在竖向荷载作用下对结构进行分析。铁块质量通过等效密度平摊到每层的板上.铁块放置方式：第三层（最顶层）：第二层：第一层：前两层铁块布置方式叠加且12块在下，4块在上部在布置的质量块数目保持不变的情况下，对结构的X方向施加El12精品文档欢迎下载Centro_NS波，该地震波是1940年5月18日美国IMPERIAL山谷地震（M

8、7.1）在ElCentro台站记录的N-S向加速度时程数据，其原始记录全部波形长54秒，各数据点的时间间隔为0.02s，加速度峰值大小为341.7gal。图3ElCentro_NS波原始记录3、位移计算结果竖向荷载单独作用在铁块质量通过等效密度平摊到每层的板后，作用下的整体结构变形如图所示。变形图可见，整体结构变形较小，较符合要求12精品文档欢迎下载弯矩图轴力图最下层轴力较大，因此采用