最新全国结构设计大赛计算书

《最新全国结构设计大赛计算书》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、第五届全国大学生结构设计竞赛计算书全国大学生结构设计竞赛计算书3/24第五届全国大学生结构设计竞赛计算书1．概念设计1.1设计概况本结构模型是以竹皮为原材料制成的多层结构。结构总高度为1000mm，共有四层，本模型底面尺寸为160mm*160mm。模型可以承载30kg铁块。模型底部设有摩擦隔震支座，在地震中可以发生滑移，通过滑动现象隔断一定的地震输入，并利用滑动产生的摩擦阻力作为阻尼力，通过摩擦及结构摇摆耗能来共同减小结构的地震响应[1]，以提高结构抵御地震的能力。模型顶部设有屋顶水箱，装有17cm深的水，使得通过水箱中水的晃动降低结构的地震响应。整体结构恰似一艘

2、“陆上方舟”，在地震来临时，将如小舟般，滑而不倒。1.2方案构思“千磨万击还坚劲，任尔东南西北风”，我国自古便以“竹”比喻坚韧与不屈。在地震中，一栋屹立不倒的房屋，不仅是结构工程师不断追求的理想，更是建筑对人类生命最本质的关怀。本方案整体似舟，局部似竹。由于竹子是自然界存在的一种典型的、具有良好力学性能的生物体，其长细比可达1/150~1/250[2]，且竹节沿轴向非均匀分布（根部比顶部致密），故本方案采用了仿生设计理念，即：在圆柱内设有内节与连接节点，分布在每层的柱、梁连接处，并且在底层柱中间节点处增设内节。另一方面，在设计中，秉承低碳环保的理念，最大限度利用建

3、筑原材料，如：利用做梁剩余的材料加工支座垫片等。目前已将制作材料数量控制在2片竹皮左右。旨在减少建筑垃圾，努力践行绿色建筑理念。图1建筑效果图3/24第五届全国大学生结构设计竞赛计算书图2柱子设计图3/24第五届全国大学生结构设计竞赛计算书1.3结构选型由于模型将承受任选方向的地震波，故结构应在水平x、y方向满足对称等刚度。我们选择平面规则矩形框架作为基本结构形式，在结构选型过程中，曾尝试过如下方案：（1）方案一，箱型柱，圆截面梁（总模型尺寸：22cm*22cm）设计初期利用0.35mm竹皮制作箱型柱，内设加劲肋，并利用0.2mm竹皮卷成圆截面梁。在试验过程中我们

4、发现，竹皮纤维之间易撕裂，并且箱型柱的棱边由于存在一定的应力集中，易发生破坏。而圆截面梁重量较轻，承载力亦较好，但与柱连接较为困难，节点薄弱。（2）方案二，圆形柱，工字型梁（总模型尺寸：22cm*22cm）由于柱子较细长，存在稳定性问题，偶然的附加偏心会降低构件承载力，甚至会引起失稳。由于压杆稳定总是在截面回转半径最小的方向发生。另一方面，考虑到本模型高宽比过大会引起偶然扭转效应，对于受扭构件，通常由截面上成对的剪应力来抵抗扭矩，截面剪应力边缘大，中间小，同时截面中间部分应力所对应的力臂也小。通过分析发现，空心截面的抗扭能力与相同外形的实心圆形截面十分接近。综合上

5、述两部分原因，本模型采用环形截面。对于梁来说，弯剪一般会同时存在。正应力在离中性轴最远处的数值最大，截面中间部分应力很小，其材料强度不能充分利用。从此层面来说，宜工字型截面梁。综上所述，改进方案中选择用0.2mm的竹皮制成环形圆柱，0.35mm的竹皮制成工字型截面梁。经过试验，该方案抗震性能好，但承载力富余，结构过刚。（3）方案三，圆形柱，工字型梁、隔震（总模型尺寸：16cm*16cm）在方案二的基础上，最终确定了圆柱+工字梁的基本框架结构，但需调整模型及构件尺寸，以减轻结构自重，优化效率比Ei。利用组委会提供的模型评分公式，建立Excel计算表格，探求在满足比赛

6、要求的前提下的最优方案：由于质量的减轻在结构优化中占有比较重要的地位，我们在原有纯框架的基础上，设置了摩擦隔震支座，通过摩擦隔震减少上部结构的地震反应，从而可以在满足相同加载条件的情况下，减轻模型质量。同时，在试验中，我们发现模型的扭转效应较明显，故在一层、二层及三层设置了柔性斜拉构件，以增强结构的整体稳定性。最终得出方案如下：模型总高为1000mm，底面尺寸为160mm*160mm。第五届全国大学生结构设计竞赛计算书4/24图3结构模型尺寸图及效果图第五届全国大学生结构设计竞赛计算书1.4铁块布置图每层铁块分布详图如下：图4第二层、三层铁块布置图图5第四层铁块

7、布置图第四层在本图基础上，共堆放三层，以达到模型总承载质量为30kg。表1铁块分布表所在楼层大铁块数目小铁块数目铁块距底面高度(m)楼层铁块总质量(kg)楼层有效承载面积(cm2)2300.255.42163300.505.421645150.7519.1243注：第二、三层铁块挑出梁边1cm，故挑出的面积为48cm2。第四层挑出面积为27cm2，以上未计入有效承载面积内。由上表可以看出，总有效承载面积为600cm2，故铁块布置符合比赛规定。1.5方案特色总结1.5.1平面规则矩形框架1.5.2摩擦隔震支座1.5.3摇摆耗能体系1.5.4楼顶水箱（液体阻尼器）1.

8、5.5柱中