结构设计大赛计算书

“千年龟壳”屋盖结构模型设计方案

学院名称 XXXXXXXXXX

专业名称 土木工程

学生姓名 XXX 、 XXX 、 XXXX

指导老师 XXXXXXXXXXXXX

联系电话 XXXXXXXX

浙江省大学生结构设计竞赛组委会

二OO六 年 十 月

一、设计说明书

根据竞赛规则要求，我们从模型的用材特性、加载形式和制作方便程度等方面出发，采用社会上收集的易拉罐罐体、用改性丙烯酸酯胶作为粘结剂，精心设计制作了“千年龟壳”屋盖模型。刚与柔的完美结合是这个模型的最大特点。

1、结构体系

主体为张弦梁的结构体系：屋面板和方型梁的组合，作为张弦梁的压弯系统，承担结构的整体受弯、受压和抗剪；单根铝片作为张弦梁的受拉系统，承担下部拉力；方型薄壁杆作为张弦梁的中间撑杆，协调上述两者共同工作，承受压力。

2、截面选择

用U型加两侧翼缘和面板黏结组成完整的箱型截面，让屋面板参与整体受力，产生蒙皮效应；铝条抗拉能力强，因此采用简单的“一”字型截面；撑杆受压，采用方型既有利于稳定，又有利于与上部箱型梁的紧密连接。

3、节点设计

支座处：采用封闭箱型局部加固端部，保证能承受较大的支座反力；采用双层材料在梁底夹住铝条，保证铝条不因受拉而产生支座处突然脱开。

加载处：将连接拉环的铝条，从方型薄壁撑杆中穿过后，直接粘贴于方型梁顶，加载时荷载通过拉环和铝条直接作用于梁上。合理的模拟了现实中张弦梁的工作状态。

4、制作处理

在制作过程中使模型整体向上微拱，使梁尽可能受压力而少受弯，有利于梁的稳定和减少挠度。

5、设计假定

（1）材质连续，均匀；

（2）梁与梁之间结点为刚结；梁与撑杆之间的连接为铰结；撑杆与下部拉条之间为铰结；屋盖支座为简支；

结构设计方案与计算书

承受静载和冲击载荷的高压输电塔架结构模型设计与制作

一、设计方案

根据竞赛规则要求，我们从模型的用材特性、加载形式和制作方便程度等方面出发，采用组委会提供的桐木作为结构的原材料，乳胶作为粘接剂，精心设计制作了该高压输电塔架的结构模型。

（1）结构体系

采用三角形的稳定结构，采用各种简支梁的结合和支撑，4根主干承担主要的竖向载荷和侧向弯曲，其他杆件承担结构的整体受压（拉），受剪和受弯，使整体的结构更加稳定使用。

（2）连接方式

各个杆件之间采用刚性连接（乳胶胶结）。

（3）节点设计

为了塔架的稳定性，各个节点采用乳胶胶结，保证杆件之间的连接，提高节点处的强度。

（4）制作处理

（5）设计假定

❶桐木材质连续均匀；

❷各杆件之间的连接均为刚性连接；

❸加载时，载荷以集中力和均布载荷的形式作用在指定的位置和单元上；

❹杆件计算时采用钢结构的计算模式；

根据以上假定，通过材料力学和理论力学的相关知识建立计算简化模型，以求得杆件的内力及其位移作为制作的理论依据。 二、方案图

（结构设计立体图）

（主视图）

（侧视图）

(尺寸 单位：mm)

三、计算书

1. 结构选型

采用框架结构形式。输电塔结构中以顶部延伸杆悬臂凸起处及四根支柱为主受力区，局部采用斜梁措施加强。结构主要解决材料抗弯和抗压的问题。通过对支撑点的选择以及节点处的支撑，结构可以做到自重相对较轻，体系的刚度和形状稳定性相对较大。

2. 载荷分析 根据比赛的加载规则，考虑最不利情况取载荷作用时最危险截面进行分析。分别取静态载荷及冲击载荷下结构的最大位移处为最危险的情况。另外，由于加载时的不均匀性和制作过程中不利因素的影响，在制作过程中会适当的采取加强构件的措施，计算时不予考虑。

3. 材料性能

根据大赛组委会提供的实验图，我们可以求出材料的各项力学性能。横截面积：A16 mm×6 mm，A24 mm×6 mm，A33 mm×4 mm，A42

“龙麟杯”第十一届南京工业大学结构设计竞赛 暨第五届全国大学生结构设计竞赛选拨赛

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计

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书

参赛队伍:菁竹之光

作品名称:竹光永恒

目 录

一.概述 --------------------------------- 1

二.结构选型与建模 ------------------------- 1

三.结构设计方案说明 ----------------------- 2

四.结构几何与材料属性 --------------------- 5

五.结构在静荷载和地震荷载作用下的计算 ----- 5

(1恒载作用下内力和位移计算分析----------- 6

(2恒载+地震作用下内力和位移计算分析------- 9

一.概述

此次竞赛模型规定为至少四层房屋结构模型,并且在模型顶部设有水箱。模型要求总高度为100±0.5 cm,且至少具有四层结构,且每层净高不小于22cm。模型底面尺寸不大于22cm ×22cm正方形平面,每层规定有效承载面积的范围和总承载面积。其目的在于满足竞赛模型要求的情况下,应用空间结构力学的知识,设计出材料用量最少,同时能够满足足够的强度和刚度要求,并且能够抵抗模拟水平地震荷载的结构模型。

二.结构选型与建模

考虑到结构需加载水平地震波,我们小组选择了框架结构。因为框架结构空间分隔灵活,自重轻,有利于抗震,节省材料。又框架结构侧向刚度较小,属柔性结构,在水平加速度的作用下,能够产生较大位移而不发生结构性的破坏,造成梁柱断裂或倒塌等后果。

结构模型效果图

根据竞赛要求,加载方向通过抽签决定,所以模型外形采用了中心对称的方式,楼板均为正方形。为了使重心尽量偏低,设计时在底层加载较多的铁块,并且顶层面积适当缩小。

结构立面图

三.结构设计方案说明

楼板设计说明:出于中心对称的设计,楼板采用了正方形的几何图形,每层楼板四周分别设置5mm×10mm的梁,嵌入方形柱内部。因为铁块均匀分布,楼层中央将为压力重心,楼板下层受拉最大,故在楼层中间设置X型的梁,承载铁块分布的重量,并且铁块尽量沿四周分布。考虑到地震荷载随楼层升高将会有扩大作用,故低层放置的铁块较高层多。

作品名称 _______________ 蔚然水岸 _____________________

参赛学院 ____________ 建筑工程学院 ____________________

参赛队员 吕远、李丽平、李怡潇、赵培龙

专业名称 _______________ 土木工程 ______________________ 一、方案构思

1、 设计思路

对于这次的设计， 我们分别考虑了斜拉桥、拱桥、梁式桥和 桁架桥的设计方案。斜拉桥可以看作是小跨径的公路桥， 且对刚度有 较高的要求，所以斜拉桥对材料的要求比较高， 对于用桐木强度比不 上其他样式的桥来得结实；拱桥最大主应力沿拱桥曲面而作用，而沿 拱桥垂直方向最小主应力为零，可以很好的控制桥梁竖直方向的位 移，但锁提供的支座条件较弱，且不提供水平力， 显然也不是一个好 的选择；梁式桥有较好的承载弯矩的能力，

也可以较好的控制使用中 的变形，但桥梁的稳定性是个很大的问题，控制不了桥梁的扭转变形， 因此，我们也放弃了制作梁式桥的想法；而桁架桥具有比较好的刚度， 腹杆即可承拉亦可承压，同时也可以较好的控制位移用料较省，所以, 相比之下我们最后选择了桁架桥。

2、 制作处理

(1) 、截杆

裁杆是模型制作的第一步。经过试验我们发现，截杆时应该根据 不同的杆件，采用不同的截断方法。对于质地较硬的杆应该用工具刀 不断切磋，如同锯开；而对于较软的杆应该直接用刀刃用力按下，不 宜用刀口前后切磋，易造成截面破损。

(2) 、端部加工

端部加工是连接的是关键所在。为了能很好地使杆件彼此连接， 我们根据不同的连接形式，对连接处进行处理，例如，切出一个斜 口，增大连接的接触面积；刻出一个小槽，类似榫卯连接等。

（3） 拼接

拼接是本模型制作的最大难点。 由于是杆件截面较小，接触面积 不够，乳胶干燥较慢等原因，连接是较为困难的。我们采取了很多措 施加以控制，如用铁夹子对连接处加强压、用蜡线进行绑扎固定等。 对于拱圈的制作，则预先将杆件置于水中浸泡并加上预应力使其不断 弯曲，并按照先前划定的拱形不断调整，直至达到理想形状。