结构设计大赛模型计算书

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1、石河子大学第四届大学生结构设计大赛作品名称：戈壁自由塔院系名称水利建筑工程学院学生姓名指导老师9目录一、设计说明书（一）结构选型···········································3（二）材料性质：·········································3（三）制作工艺············································4（四）模型特色···········································5二、结构计算书9（一）计算简图与内力分析·········

2、················6（二）、强度，刚度，稳定性校核·······················6三、方案图···············································7一、设计说明书（一）结构选型1、考虑因素：（1）、纸的抗拉压强度比较高，抗弯能力较弱，抗压稳定性差。（2）、防止整体和局部强度条件和失稳是结构方案设计的出发。（3）、加载条件是竖向的静荷载。（4）、加载时荷载容易出现偏心力，使模型偏倒。2、开始构思：在阅读了本次结构设计大赛的要求后，我们小组就开始查找资料。本次要求我们设计一个多层结构。并且是承受竖向荷载。由于

3、尺寸的要求，模型高为600mm，顶部尺寸应满足能放200mm200mm的加载板。所以该多层结构容易在竖向荷载加载时的偏心力作用下偏倒。考虑到以上4点因素，为了使杆件结构受到的力更为合理，方案采用桁架结构体系。9最开始考虑到容易倾倒，我们联想到了埃菲尔铁塔，于是我们的构思是设计顶层为竖直杆，中间是倾斜杆，底层为三个斜三棱柱，但由于节点杆件数目过多，接点不好处理，可能做出来的模型节点容易破坏。于是我们将斜杆改成了三根竖直的主柱，在底层为了防止偏倒，在外围用斜杆支撑。底层内部用三根斜杆（一段固定在主杆上，另一端把三个杆固定到一起。）为了防止受桁架的失稳问题，增加结构的整体受力性能

4、，在竖向杆件之间用线构造“”的斜杆和横杆联系。最终确定它高600mm，底座跨度为356mm，顶部为边长为17.8cm的正三角形。如右图所示（二）材料性质：白卡纸作为模型材料，其力学性能特点是受拉性能良好，抗撕裂能力差，抗压稳定性差。将纸折成圆筒并用乳胶粘结后，可承受一定的压力，但受长细比的限制，多为压杆失稳状态的受力破坏，可承受一定弯矩。结构使用的主要材料是纸、线、胶，通过查阅相关资料，材料的力学性能指标分别见表1和表2。表1 230克白卡纸弹性模量和极限应力名称种类层数层厚/mm弹性模量/N·mm2备 注230克白卡纸10.31459受压计算时需考虑长细比对稳定的影响表

5、2.215克白卡纸极限应力9名称类型层厚(mm)拉应力（N/mm2）压应力（N/mm2）备注215克白卡纸0.322.27.0受压计算时需考虑长细比对稳定的影响 （三）制作工艺1、卷杆：（1）刚开始卷的时候，由于考虑到要把杆芯容易地拔出来，我们在杆芯上套上了一圈纸环。（2）为了不把杆件卷斜，我们在纸的中间画上了一根于边界平行的细线，让在卷的过程中直线重合。（3）在我们卷主杆时，我们三个人一起往前卷，并边卷便涂胶，涂抹要均匀，并用直尺刮平。（4）在卷细斜杆是，我们将卡纸拆成薄薄的两张，这样容易卷。2、节点：我们全部用绳子捆绑。（四）模型特色1、顶层：考虑到顶层横杆弯矩较大，我

6、们用V字型的两根杆支撑，并将荷载传递给底层节点。2.节点设计：在每一根杆的结点处，我们把它削成V字型或者是斜尖儿型。使中间斜杆于主柱紧密结合。然后我们用绳子紧密捆绑。如右图所示3、底座：模型底层用三根水平放置的直杆（一头连在一起）。在主杆底部掏上一个洞，让底部直杆穿过去。并在主杆的外围加上一根斜杆支撑。9二、结构计算书表4 构件几何尺寸及数量表位置内径（mm）外径mm长度mm根数主要柱20286003上部横杆5151503中间横杆281506顶层斜杆2102146中间斜杆2102503底部斜杆2102266底部横杆2101343纸弹性模量取E=1459MPa；截面尺寸取空心

7、圆形截面，其主要受力截面（一）计算简图与内力分析(为了方便计算，我们把一个侧面看成是一个平面)（用结构求解器计算）当加载为200kg时，1、受力图(kN)2、弯矩图(N*mm)93.剪力图(N)4.轴力图(N)c（2）内力分析结果：主杆的最不利组合为：M几乎为0，N=,500N，V=20N撑杆的最大轴力为：N=250N2、强度，刚度，稳定性校核（查表2，[]=7.00）：A===301.44mm那么，截面对中性轴的惯性矩9==22306.56mm==3200mm<=7N/mm=2*=强度校核(由第四强度理论校核)：