土木工程结构设计大赛设计书-多层竹结构单向抗震模型方案设计与理论分析

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1、多层竹结构单向抗震模型方案设计与理论分析作品名称　参赛学校四川大学　参赛队员专业名称土木工程指导教师二○一一年九月`1.设计说明书1.1寓意漫步在那竹林摇曳的石板古街，品味一股亲切和安逸；小憩于清雅恬静的古朴茶馆，体会一种清心和悠闲——蓉城竹韵。1.2结构造型根据赛题的要求，模型外轮廓采用方棱柱体，柱网尺寸：下端220mm×220mm，上端220mm×220mm，塔高1000mm，高宽比1000/220≈4.5。，模型共四层，每层250mm，叶片外表为流线型双曲面。1.3结构选型（1）主体。在满足赛题规定的承载力和变形刚度要求条

2、件下，为了设计最轻的结构，我们选用了框架结构形式，并试图做到较多的杆件满应力受荷，尽量减少赘余杆件。在设计框架架的具体形式时，遵循对称均匀，受力明确，传力直接，方便制作的原则。（2）细部连接。在满足赛题规定的条件下，为了获得重量轻、承载力大的支撑构件，在分析了目前各系列震型的参数后，结合给定的地震加速度要求，采用一体式圈梁及网状次梁结构形式，并在每层（主）圈梁下设支撑构件，底层根部设置柱脚。CAD细部图如下：`````注：底板为整个结构的第一层`２.手算计算书竹材容重暂按7.4×10－６Ｎ／ｍｍ３，竹材阻尼比＝0.01①自振周期

3、T及地震作用的计算：根据结构柱体部分Ｓ的具体尺寸，确定出一系列刚度系数Ｋ值如下第一层：Ｋ１＝185.875　第二层：Ｋ２＝147.2256第三层：Ｋ３＝92.73　　　　　第四层：Ｋ４＝39.5752进而计算出各层的柔度系数:δ１＝１/Ｋ１=0.005380;δ２=１/Ｋ１＋１/Ｋ２=0.01217δ３=１/Ｋ１+１/Ｋ２+１/Ｋ３=0.02296;δ４=１/Ｋ１+…１/Ｋ４=0.04822M４　　　　M３　　　　　　M２　　　　　　　　　M１δ１　　　　　　δ１　　　　　　δ１　　　　　δ１δ１　　　　　　δ２　　　　　　δ２

4、　　　　　δ２δ１　　　　　　δ２　　　　　　δ３　　　　　δ３δ１　　　　　　δ２　　　　　　δ３　　　　　δ４1111　　=×ω１２×１０－６0.30320.61820.87281168.4962343.5356484.9817555.6845　×ω１２×１０－６=×ω１２×１０－６×555.6840.25710.55600.8415111110.30320.61820.84151用　代替　　　　　又可得到一组系数　　　　　　　　按照上述方法经过３次反复迭代可得最终系数：0.24990.54310.83331　　　　　　　　

5、由1＝ω１２×１０－６×424.0645；Ｔ=２π/ω１进而求出一个手算近似解：Ｔ＝0.129ｓ`②楼层重力荷载标准值：顶层：G4=(2.649+0.15)×9.8=27.43N3层：G3=（9.9+0.15+0.26）×９.8=101.038N2层：G2＝（12.15+0.37+0.15）×9.8=124.166N1层：G1=（4.95+0.44+0.15）×9.8=54.292NG=ΣGi=27.43+101.038+124.166+54.292=306.926N③总地震作用标准值Tg=0.3sαmax=2.50.1

6、Tg∴d=dmax=2.5Geq=0.85×GE=0.85×306.926=260.89N底部总地震作用标准值为：FEK=dGeq=2.5×260.89N=652.22N④各楼层地震作用标准值：T1=0.141s<1.4×0.3=0.42s不考虑顶部附加水平地震作用，δn=0,Fi=FEK(1-δn)F4=×652.22=100.022NF3=×652.22=276.321NF2=×652.22=226.382NF1=×652.22=49.493N各层水平地震作用计算结果楼层Hi(mm)Gi(N)GiHiΣGiHiFi(N)Vi

7、(N)4100027.4327430178864.7100.022100.0023750101.03873778.5178864.7276.321376.3432500124.16662083178864.7226.382602.725125054.29213573178864.749.493652.218`100.022100.022276.321367.343226.382602.72549.493652.284各楼层地震作用标准值计算简图各楼层剪力示意图αv,max=0.65αmax=0.65×2.5=1.625Geq=0

8、.75GE=0.75×306.9262=230.1947NFEVK=αv,maxGeq=1.625×230.1947=374.066Ni层竖向地震作用：Ｆvi=FEVK，第i层竖向总轴力：Ｎvi=Fv4=×374.066=57.37NFv3=×374.066＝1