第五届武汉大学结构设计大赛设计书

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1、目录第1章设计思路21.1设计构思21.2结构选型3第2章方案图5模型效果图5第3章材料参数的确定63.1绘图纸的性质63.2白乳胶的性质63.3白乳胶的使用及注意事项7第4章计算书7第5章模型制作85.1制作流程85.2下料85.3梁的制作85.4组装8-13-第1章设计思路本次结构设计大赛即设计一个底部大空间三层建筑结构，而我们的设计作品在建筑外形上为塔式结构，因为塔式结构在长久的时间中被认为是具有更好的抗冲击性能结构。因此在满足静载作用的前提条件下，塔式结构可以更好的抵抗冲击荷载作用。竞赛规则要求同时

2、考虑竖向永久荷载和水平冲击荷载这两种荷载，已达到和实际情况接近的目的，使得比赛过程更加贴近生活，让参赛选手对实际工程有了大致的了解，同时可能擦出设计创新灵感的火花。作为在校大学生这次结构设计大赛给了我们一个难得的锻炼机会，将书本知识用于实践，培养研究和创新精神。由此，我们在进行底部大空间时以结构设计为主导，兼顾外观，以期达到满意的效果。1.1设计构思1.1.1选择合理的结构形式形式服从功能，建筑物应适应时代的要求，注重功能，力求发挥和表现结构与材料的美学特点是我们追求的目标。底部大空间设计方案的选择，很大程

3、度上取决于结构形式的选择，所以，在追求外观和功能的同时，我们着重考虑了结构体系的合理性，经济性和实用性。结构设计应以“安全，高效”为核心，力求：“创新，经济，便捷，美观”。选择合理的结构设计形式，使底部大空间不仅可以为各类空间需求，而且受力合理，经济效果较好；同时，具有美学效果，给人以深刻的印象。1.1.2关于模型设计的若干考虑本次底部大空间设计过程，因为加载方式的确定，并对底部大空间的尺寸有明确的规定，同时应考虑受弯构件的挠度问题和结构在模拟地震荷载作用下的位移，所以在满足强度和稳定的前提下，还应该使受弯

4、构件的挠度和结构的位移满足要求，而不同结构形式在这个方面的特点均不相同，需要一一进行理论和实际的分析和比较。同时，由于有冲击荷载作用，模型的设计应该考虑动力荷载结构振动情况下能满足承载力和位移的要求。-13-在结构的选型中，我们对各种结构形式进行了比较详尽的理论分析和实验比较，着重分析结构在静荷载和模拟地震荷载作用下的挠度和位移问题。同时对底部大空间结构形式进行比选，着重解决荷载作用下挠度和减轻结构自重两个问题。具体措施主要有以下几点：（1）根据模型的制作材料，选择适当的结构形式，提高结构刚度和整体性。（2

5、）针对结构形式的不同，分析荷载最不利位置，在保证安全可靠的前提下，尽量优化结构和减轻质量。（3）由于制作材料是A0绘图纸和白乳胶，这两者的相关材料特性参数都未知，我们参阅了大量的文献，包括绘图纸的正面与反面的差别，顺纹和逆纹的区别等等。（4）考虑水平冲击荷载的影响，我们在第二层加一个水平集中荷载，并相应的乘以了一个冲击系数1.4进行放大处理。1.2结构选型1.2.1塔式结构的选型在模型的计算、制作和实验过程中，不同类型的模型都有自己的优缺点，从质量以及结构的整体刚度和变形控制等方面考虑，找出最为适合的结构类

6、型。在整个设计过程中，我们曾经考虑过：（1）框架结构；这是我们最初考虑的结构类型。框架结构由梁柱构成，构件截面较小，因此框架结构的承载力和刚度都较低，它的受力特点类似于竖向悬臂剪切梁，楼层越高，水平位移越慢，高层框架在纵横两个方向都承受很大的水平力，这时，现浇楼面也作为梁共同工作的，装配整体式楼面的作用则不考虑，框架结构的墙体是填充墙，起围护和分隔作用，框架结构的特点是能为建筑提供灵活的使用空间，但抗冲击性能差。（2）塔式结构：下端固定、上端自由的高耸构筑物。以自重及水平荷载为结构设计主要依据。塔在风荷载或

7、地震作用下引起的振动，可按多自由度体系求其自振周期和相应的振型曲线。将塔划分成若干节段，每一节段作为一个质点，按力法或位移法列出多质点的自由振动方程，使方程的系数行列式为零，求得各个频率值及其振型曲线（见结构振动）。-13-1.2.2模型设计特色1.合理用材，充分发挥两种不同材料的力学特性。（1）纸的抗拉强度较高，抗剪性能较差，应该尽量白纸抗剪；（2）白乳胶的抗剪强度高，抗拉强度低，，因此在节点位置尽量避免了白乳胶抗拉。2.传力方式简洁明确，避免了复杂节点处理，杜绝薄弱环节的存在。设计按照钢结构节点连接设计

8、方法，采用刚节点，连接传力可靠，节点连接刚度大。放样、制作标注化，使制作的精度提高。节点连接牢固，制作精度高。3.注意选材经仔细观察，我们发现提供的绘图纸有正反面之分，实验表明正面更利于乳胶连接，同时纸应该沿着纵向剪裁。因此，在绘图纸的选取的时候应该仔细挑选材料、。4.形式新颖，造型美观在设计中，我们进行了多次构件标准统一，力求使外形更美观。第2章方案图模型效果图-13-第3章材料参数的确定根据竞赛规定要求，我们