第五届全国大学生结构设计竞赛校选拔赛赛题

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1、第五届全国大学生结构设计竞赛校选拔赛赛题：带屋顶水箱的纸质多层房屋结构一、竞赛模型竞赛模型为多层房屋结构模型，采用巴西白卡纸制作，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学院统一提供。多层纸质结构模型由参赛选手制作，并通过401胶水和木质底板固定于振动台上，图1给出了一示意性结构图。4层纸质模型木质模型底板图1模型示意图二、模型要求2.1几何尺寸要求(1)底板：多层结构模型用401胶水固定于模型底板上，底板为33cm×33cm×5mm的木板，底板用螺栓固定于振动台上。(2

2、)模型大小：模型总高度应为100cm，允许误差为±5mm。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和水箱承载木板的高度。模型底面尺寸不得超过22cm×22cm的正方形平面，即整个模型需放置于该正方形平面范围内，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：模型必须至少具有4个楼层，底板视为模型第一层楼板。除第一层以外，每层楼面范围须通过设置于边缘的梁予以明确定义。(4)楼层净高：每个楼层净高应不小于22cm。楼层净高是指该楼层主要横向构件顶部与其相邻的上一楼层主要横向构件底部之间的最小距离。若底板上设置有地梁，则

3、第一层净1高需自地梁顶部开始计算；若无地梁则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。(5)使用功能要求：楼层应具有足够的承载刚度，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或纸带。模型底层所有方向的外立面底部正中允许各设置一个12cm×12cm(高×宽)的门洞。(6)关于楼面：可以采用两种形式①纸质两构件+纸质楼面板②纸质梁构件+承载木板提供边长尺寸分别为18cm、16cm、14cm、12cm、10cm、8cm、6cm的5mm厚木板供选择，木板作为楼面板与铁块直接接触，加载时铁块用401固定在所选择的木质楼面板

4、上，木板再固定到结构纸质梁上。(7)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，不包括模型内部核心筒区域。在楼层范围内与纸质楼面板或承载木板直接接触的铁块的覆盖面积22定义为楼层有效承载面积，模型的总有效承载面积应在600cm至720cm的范围之内，且2每个楼层的有效承载面积不得小于25cm。模型顶面为平面，应满足安全放置水箱的要求。木质模型底板木质模型底板图2模型立面示意图(单位：mm)图3模型底板示意图(单位：mm)2.2模型及附加铁块安装要求(1)利用401胶水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或楼面承载2木板上，可在楼面结构或楼面

5、承载木板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，若辅助装置或铁块与柱子接触，则该层净高以接触点的高度位置开始计算。(2)铁块规格。铁块的长、宽、高约分别为6.0cm、4.5cm与3.0cm，重量为635g。由于加载设备限制，模型中附加铁块总重量不得超过30kg。(3)模型顶面上应放置水箱，且水箱内应至少注入10cm高的水。水箱尺寸的长、宽、高为15.5cm×15.5cm×25.7cm，容量为4L。模型顶面不能放置铁块。（4）模型试验仅在单一水平向施加地震作用，模型的抗侧体系应在计算书中阐述清楚。试验时模型放置方向按照安装底板标识(A或B，如图

6、3中所示)通过抽签挑边确定。三、加载与测量3.1试验方式1、试验方式结构模型安装在地震模拟振动台上进行单方向模拟地震作用测试，逐级加大，观察模型响应和破坏特征。最多进行7级地震模拟作用测试，台面加速度峰值依次为：100、200、400、800、1000、1200、1400（gal），加载时间分别为：32s、32s、34s、40s、42s、45s、48s。2、输入地震波采用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t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

7、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。3.2模型失效评判准则在进行加载时，出现下列任一情形则判定为模型失效，不能继续加载。同时，将上一个加载级别视为该模型实际所能通过的最高加载级别，并作为模型效率比计算的依据（参见第七项：评分标准）。(1)第四级加载时：模型中的任一构件出现破坏；(2)第六级加载时：模型的主要构件——梁和柱中任一构件出现破坏；(3)第七级加载时：模型整体或任一楼层发生坍塌或任一柱脚脱离底板；(4)每一级加载过程中有铁块