2011年三峡大学第三届结构设计竞赛赛题

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1、2011年三峡大学第二届结构设计竞赛赛题一、竞赛赛题竞赛赛题：带屋顶水箱的竹质多层房屋结构二、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为示意性结构图。图1模型示意图三、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3

2、3cm×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75cm，允许误差为±10mm。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（见图2），即整个模型需放置于该指定平面范围内，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3个楼层，底板视为模型第一层楼板。(4)楼层高度：每个楼层层高25cm，允许误差为±5mm。6楼层层高是指该楼层主要横向构件顶部与其相邻的

3、上一楼层主要横向构件顶部之间的最小距离。第一层层高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。图2模型底板示意图(单位：mm)(5)使用功能要求：楼层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(示例如图3)，使铁块能顺利放进模型。图3构件布置示例(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。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，每个楼层有效承载面积均不应小于12*18cm2。(7)模型顶面应

4、为平面，并满足安全放置水箱的要求。若由于顶层尺寸不合适而导致水箱无法安装，则模型判为失效，取消振动台加载资格。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。(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低于

5、15kg，不得超过28.5kg。铁块可以叠放。模型顶面不能放置铁块。6(3)模型顶面上应放置水箱，且水箱内注入不低于10cm高的水(含水箱约2.6Kg)。水箱只允许竖直、正向(水箱盖朝上)放置(水箱容量为4L，尺寸155mm×155mm×257mm中155mm×155mm为上表面盒盖的外轮廓尺寸，而与模型顶层直接接触的水箱下底面外轮廓尺寸为124mm×124mm)。（4）模型试验仅在单一水平向施加地震作用。试验时模型放置方向由参赛者自行确定。四、加载与测量4.1加载设备结构模型采用WS-Z30小型精密振动台系统进

6、行模拟水平地震作用的加载，考察模型承载力。图4水平振动台和激振器图5功率放大器4.2输入地震波本次竞赛采用振动台单方向加载，通过输入实测地震动数据模拟实际地震作用。振动台输入的地震波取自2008汶川地震中什邡八角站记录的NS方向加速度时程数据，原始记录数据点时间间隔Dt为0.005s，即数据采样频率f为200Hz，全部波形时长为205s，峰值加速度581gal。截取原始记录中第10s~42s区间内的数据，并通过等比例调整使峰值加速度放大为1000gal，作为本次竞赛加载所用的基准输入波，如图6所示。图6竞赛加载所

7、用的基准输入波（32s）4.3荷载施加方式6竞赛加载共分三级进行。在三级加载中，通过控制加载设备输入电压和地震波数据采样频率获得具有不同输出峰值加速度和不同卓越频率的地震波，以全面检验模型对于不同强度和频谱成分地震波作用下的承载能力。加载时功率放大器的增益(Gala)旋钮统一调至90度标识，此时三级加载的设备输入电压和数据采样频率控制值如下表1所示。表1振动台在台面空载工况下实际输出的台面最大加速度加载等级输入电压采样频率加载时间台面最大加速度参考值第一级0.4V200Hz32秒0.353g第二级0.6V250H

8、z26秒0.783g第三级0.7V300Hz21秒1.130g注：上表中的台面最大加速度参考值通过连接于加载设备台面的加速度传感器测量得到。实际输出的台面加速度峰值会因模型结构型式、附加铁块重量及布置方式的不同而存在一定差异。4.4台面振动加速度峰值的测量在对每个模型的每一级加载过程中，都通过传感器对台面振动加速度进行实测。本次竞赛采用的加载设备所允许的台面最大位移为±8