结构设计大赛

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1、1.背景与现状 关于结构设计大赛，相信我们还比较陌生，甚至对于整个湖北省而言，土木类的设计大赛都是 一个空白。而看看兄弟院校，远如清华大学，同济大学，浙江大学，上海交通大学，东南 大学，大连理工大学，华南理工大学，近如湖南大学等，以及一些地区，如华东地区，华 南地区，北京市，浙江省，湖南省均举办过多届结构设计大赛。大赛的内容，一般为给定 某种材料，要求在一定时间内设计并制作出一个结构，通过承载能力试验，以荷重比最大 者优胜，再综合考虑各项因素决出获奖等级。材料，南方一般采用白卡纸，北方偏向于木 材，至于结构，诸如高层建筑模型，简支桥梁模型，大跨屋架模型等。此类大赛是一个很 好的创新平台，可惜我

2、们学校，包括武汉市，湖北省一直没有举办过。有鉴于此，在经过 第一届全国大学生结构设计大赛的试水后，学院也将举行此类比赛。由于是第一次，精盐 缺乏，各项工作有考虑不周的地方，望大家见谅。好了，闲话打住，进入正题。 （我学校是湖北的，就针对湖北的来说） 2.结构体系概述 纵观当今高层建筑结构体系，一般有： 框架结构（缺点：侧向刚度小，侧移较大） 框--剪结构体系（缺点：对结构设计大赛而言，自重较大） 巨型桁架结构体系（经典案例为香港中银大厦，由贝聿铭设计，全楼可以说是结构美 和建筑美的统一。建筑即结构，结构即建筑。三角形的受力简洁明快，巨型立柱对角布置 ，使得抗倾覆力臂达到最大，而从底到顶不断缩进

3、，使得结构受力极为合理。这是我最喜 欢的建筑之一） 筒体结构体系（西尔斯大厦应该说也是建筑和结构统一的又一著名案例，成束筒向上 逐渐截断，简单却又完美，我最喜欢的建筑之二） 框筒结构体系（著名的建筑如汉考克大厦，核心筒+斜撑） ...... 其余的就不多说了，一般的书上都有。采用何种结构体系完全凭个人喜好，但是请记 住，结构才是考虑的重点，勿花过多精力在建筑上。并且在准备过程中需要贯穿始终的核 心词是：荷重比和侧移。因此“轻质高强”是目标。因本文的重点在于拓宽大家的思路， 故一般的结构不再详述。下面进入主题（赫赫，看得不耐烦了吧，口水话比较多）。 3.思维的发散与创新 土木工程发展到现阶段应经

4、比较成熟，在现有的结构体系中想有所创新甚有难度，颠 覆创痛固然勇气可嘉，但不现实。这里通过分析竞赛所提供的材料，结合第一届全国大赛 的有意义的启发，提出如下几点，望有助于大家进一步解放思想，发散思维。 3.1 利用材料特性的发散思维 白卡纸，装饰外墙用的硫酸纸以及蜡绳。常规的想法是：以白卡纸作主要受力构建， 硫酸纸装饰外墙，而蜡绳一般不予考虑。我想，这一届校内比赛大部分也是这种做法。现 在，我们换一种思维考虑： （1） 分析蜡绳的性质。受拉强，不能受压。利用这一特性，可以作出一个全张力结 构。利用柱子受压，绳子受拉。但是不推荐往这方面考虑，原因是比较困难，现有所学的 知识还不足以作出这类结构。

5、并且世界上这种全张力的高层建筑仅有概念设计，并无实例 。他的困难还在于其施工。绳子节点出的固定问题，以及类似砼的应力松弛问题都难以解 决。综上，希望大家不要耗过多的精力在蜡绳的应用上。 （2） 硫酸纸是否只能用来做装饰而不能作为主要构件参与结构受力？ 答案为否。在 第一届全国大学生结构设计大赛中获一等奖的东南大学的“蒙皮结构”可以说是本次比赛 的最大亮点，也是最有创意的地方。简洁的厂房体型，简单的四根柱子，外墙用硫酸纸包 一圈，使四周密封，形成蒙皮结构，在承受侧向荷载的时候，整个外墙面传递荷载，传力 途径多样，模型本身很轻，制作工艺简单，受力性能良好，无疑是比赛中最优秀的结构。 另外一个也利用

6、了硫酸纸受力的结构是南京工业大学的“升”（没有记错吧），三道硫酸 纸长条斜着隔几层螺旋设置，受侧向力作用的时候，长条受拉，虽然在贺载试验中失败， 但是其思想依然可以借鉴。 3.2 从施工工艺上的发散思维 普通的做法类似于预制构件装配式施工（：（施工方面的术语都忘了），即：先制作 构件，然后进行装配。而下面介绍的几个案例则类似于现浇施工，节点处的强度有较好的 保证。（案例均取自于第一届全国结构设计大赛） 案例一：特等奖得主，来自浙江大学的模型，结构受力部分为“A”型，在顶部增设附 属结构以满足150mm*150mm的加载面要求。从结构上看，该方案并无任何突出之处，但是其 让人惊叹的地方是施工工艺

7、。通过与他们的交流得知其独特的施工方法。该结构可分为两 榀平面框架，均成A型（简化表示），施工者对每个A型框架整体制作。现作出柱梁，然后 拼成A型的内核，接着在外表粘一层白卡纸，同过精确定位，将外面的白卡纸又裁成A型， 再通过梁与另外一榀框架连接形成结构。从外表看，整个结构犹如现浇得整体，小巧而美 观，节点处粘结不牢的问题自然消除。（ft，说不清楚，估计你们也没看懂，将就一下， 问问他们吧，很值得