第1~4届全国大学生结构设计竞赛回顾

第四届全国大学生结构设计竞赛计算书目录一、计算部分1、结构选型与方案设计2、材料属性的确定（木材顺纹抗压强度试验）3、结构建模及荷载分析4、结构内力分析5、结构承载力及位移分析二、图纸部分模型图纸（含节点构造、材料表）1.结构选型与方案设计世界上众多铁塔、电视塔的结构形状都是从下往上截面逐渐变小，为什么会这样呢？图1－1是世界著名的埃菲尔铁塔，在高耸入云的上部塔尖、塔身都受到大风的水平作用力，我们做简单的弯矩分析，如图1-1：将埃菲尔铁塔简化成如图1-2所示，使其受简化风载的作用，弯矩图如图，从上往下弯矩逐渐增大，和结构选型类似。

所以埃菲尔铁塔的选型和弯矩图大致相似。

此次竞赛制作的体育场悬挑屋盖，主要受风荷载力、竖向荷载力的作用，那么，在这两个荷载作用下，弯矩会是什么样的呢？我们做了大致计算，结果如图1-3：所以，我们结构的大致选型也就和弯矩图大致相似，而我们的作图1－1埃菲尔铁塔图1－2埃菲尔铁塔弯矩草图图1－3赛题结构弯矩草图品名称取为：“驭竖凌风”，意为结构驾驭竖向荷载，凌驾风荷载之意。

接下来的工作就是确定模型的最终造型：刚开始，我们初步定夺，做了如图1-4模型：七榀模型，杆件大多数是4mm*6mm 截面的。

优点：刚度大；缺点：质量较重，结构不简明，受荷不明确。

针对缺点，我们做了很多次实验，从七榀桁架到五榀桁架，再到三榀桁架，到最终的两榀桁架。

在质量“减肥”的情况下，还要保证刚度，要使模型在受载情况下，不破坏并且变形较小。

在这种要求下：（1）对模型上下弦的截面做了改动：单纯的用本次大赛提供的矩形杆件，或者粘接的矩形杆件，质量较大，我们力求一种轻质高强的杆件，于是决定出两榀上下弦杆件都用矩形杆件拼接成“T ”型杆件。

（2）对节点进行处理：处理的原则是把粘接面积增大，把木条刻槽，使木条跟木条嵌在一起，具体节点处理见后附图册。

（3）根据每根杆件受力分析，决定出每根杆件的截面大小，尽量满足“轻质高强”的要求。

附件3第四届全国城市地下空间工程专业大学生模型设计竞赛说明书一、竞赛题目双联拱隧道结构模型设计竞赛。

结构模型总体设计如图1所示。

二、竞赛目的在高速公路建设中，遇到隧道问题时，以往主要采用双洞分离式方案修建，但在特殊地质及地形条件的地区，从线桥隧衔接方式、总体路线线形、工程造价等因素综合考虑，双洞分离式方案往往受到较大局限，为获得良好的技术经济效果，双联拱隧道方案则成为重要的可选方案，在许多场合已成为首选方案。

目前在四川、重庆、云南、广东、贵州、江苏、浙江、福建等省市的高速公路中大量采用了双联拱隧道方案，随着高速公路建设的进一步发展，双连拱隧道的数量还将会大量增加。

本次竞赛题目的设计正是基于这一工程背景，通过对双联拱隧道结构体系的设计和计算，加强学生对城市地下空间工程专业的认识和了解，在理论计算和动手操作的同时，提升他们对本专业的兴趣和爱好。

本次模型比赛的主题是双联拱隧道结构模型的设计、计算、制作和加载，包括白卡纸封层和隧道模型结构制作两部分，然后通过加载试验检验白卡纸封层和隧道模型结构体系的承载力和变形特性，从而确定双联拱隧道结构体系的可行性、合理性和科学性。

竞赛主要目的如下：（1）通过测试模型相关组成部件的力学参数，完成双联拱隧道结构体系设计与承载能力的理论计算，从而理解双联拱隧道支护体系设计的相关理论；（2）以最低的成本，使用最少的材料（白卡纸），设计并制作双联拱隧道结构体系，并保证模型能够承受最大荷载；（3）锻炼学生的创新能力、设计能力、实践能力和团结协作能力，并形成各高校间良好的竞争与合作氛围。

三、参赛对象及要求参赛高校应通过校级选拔赛择优推荐1~2支参赛队伍参加本次比赛的决赛，具体要求如下：（1）特别说明：参赛学生队长必须是经教育部审核备案开设城市地下空间工程专业并已经招生两届以上学生的高校学生，以学校名义报名参赛。

（2）每支参赛队伍不得超过3人（每名参赛选手只能参加1支参赛队伍），须设队长1名、指导教师1名。

第五届全国大学生 结构设计竞赛计 算 书目 录1结构选型 (1)1.1需求分析 (1)1.1.1 力学 (1)1.1.2 美学 (1)1.2结构选型 (2)1.2.1 竖向承重体系 (2)1.2.2 横向抗侧力体系 (2)1.3方案效果图 (3)2结构建模及主要计算参数 (4)2.1分析假定 (4)2.2材料参数及几何模型 (4)2.2.1 材料参数 (4)2.2.2 几何模型 (5)2.3有限元建模 (7)2.3.1 单元选择及节点处理 (7)2.3.2 静、动力参数 (7)2.3.3 有限元分析模型 (8)3结构受荷分析 (9)3.1静力分析 (9)3.1.1 位移 (9)3.1.2 内力 (9)3.2动力时程分析 (10)3.2.1 质量源及节点束缚 (10)3.2.2 模态分析 (10)3.2.3 位移和内力 (11)3.3结构稳定分析 (15)4节点构造 (15)4.1支座节点 (15)4.2梁柱节点 (16)5模型加工图及材料表 (16)5.1模型加工图 (16)5.2材料表 (17)6铁块分布详图及水箱注水重量 (18)6.1铁块分布详图 (18)6.2水箱注水重量 (18)附件A 模型及节点实物图 (19)附件B 模型设计施工图 (20)1.1需求分析本次结构设计竞赛赛题为采用竹材和502胶水制作一个多层房屋结构模型，要求所制作的模型不但要能够承受顶部水箱和各楼层铁块的静力荷载，而且必须能够承受模拟地震动的动力荷载。

虽然赛题对结构的具体变形没有多加限制，但是对每级荷载加载时的模型失效制定了判定准则。

为了保证不出现模型失效，必须严格控制结构的绝对位移和层间位移。

因此，设计出来的结构模型必须是一个在满足竞赛要求的前提下，运用空间结构的构造方法和结构力学、材料力学等相关力学知识所设计出的材料消耗最少、同时结构强度和刚度能够满足竞赛要求的结构模型。

以下结合力学和美学对结构方案进行需求分析。

⼤学⽣【结构设计】竞赛经验漫谈⽅案⼤学⽣结构设计竞赛经验漫谈吴⼩亮洪磊全国⼤学⽣结构设计竞赛是国家教育部批准的9个⼤学⽣竞赛资助项⽬之⼀，⼤赛旨在培养⼤学⽣的创新意识与合作精神，提⾼⼤学⽣的创新设计能⼒和动⼿实践能⼒。

⼤赛⾃举办以来，得到了全国各⼤⾼校相关专业师⽣的⼴泛关注。

笔者有幸参加了两届校级结构设计竞赛，并代表学校参加了第⼆届全国⼤学⽣结构设计竞赛。

作为⽐赛的参与者，我们现将关于⽐赛的相关认识和经验略作总结，供各位参考。

第1节理论准备作为⼀项极具启发性、创造性和挑战性的科技竞赛，⼤学⽣结构设计竞赛既考验参赛者的结构设计知识，⼜锻炼⼤家的动⼿实践能⼒，并在竞赛过程中，考验参赛⼤学⽣的综合素质。

⼀个优秀的竞赛作品，必然是参赛者准确把握命题要求、正确运⽤理论知识、精确进⾏模型制作的结晶。

1.1审题——细致准确、有的放⽮由于受⽐赛时间、材料等条件限制，⼤学⽣结构设计竞赛往往突出“结构概念设计”的要求。

参赛选⼿⼀般只需在符合题⽬要求的前提下，从满⾜结构承载能⼒的⾓度进⾏构思和设计即可。

要做到“符合题⽬要求”，就需要我们充分了解要求，准确把握⽐赛规则。

只有“审”好了题，才能做到有的放⽮，更好地指导模型设计与制作。

⾸先，在结构设计之前，参赛者应认真阅读⽐赛章程。

⽐赛章程是对⽐赛相关事宜的详细阐述。

我们除了要准确了解参赛对象、⽐赛进程等规定外，更应该对命题要求、理论设计、加载⽅式、破坏指标、评分标准等核⼼内容做细致分析。

以桥梁结构模型设计为例，通过阅读⽐赛章程，我们⾄少需提炼以下五点信息：①模型尺⼨在⽐赛章程中，⼀般会给出模型尺⼨的限值。

当未直接给出限值时，可通过加载条件间接加以确定。

如对于桥梁长度⽽⾔，过短不利于加载平台的有效⽀承，过长则增加结构⾃重；对于⾼度⽽⾔，过⼩不利于结构竖向刚度的保证，过⾼则影响加载试验，也增加了结构的⾃重；对于宽度，⼀般受车道条件和加载⽅式的限制。

因此，模型的尺⼨应保持在⼀定范围内，通过理论分析和模型试验取得各⽅⾯的平衡。

全国大学生结构设计竞赛一、竞赛背景和意义全国大学生结构设计竞赛是一项旨在提高大学生结构设计能力和促进结构工程教育发展的赛事。

作为结构工程领域的重要赛事之一，该竞赛通过学生自主设计与创新，促使大学生在结构设计方面进行深入研究与实践，提高他们在结构工程领域的综合素质、实践能力和创新意识。

二、竞赛组织与规模全国大学生结构设计竞赛由中国工程院、中国土木工程学会、全国高等院校土木工程学科教学指导委员会和多家建筑与结构工程企事业单位共同主办。

竞赛每年举办一次，参与的高校包括全国各级建筑类和土木类高等院校，竞赛规模庞大。

三、竞赛内容和形式1. 竞赛内容全国大学生结构设计竞赛的内容主要包括桥梁、楼房、结构材料等多个方面的设计。

参赛选手需要根据题目要求进行设计并提交设计方案，在限制条件下完成结构设计的有效性和经济性评估。

2. 竞赛形式竞赛分为初赛和决赛两个阶段。

初赛阶段，参赛选手需提交书面设计方案，经过评审后，获得入围资格的队伍进入决赛阶段。

决赛阶段，则是对入围队伍进行现场展示和答辩，评委会根据综合评价结果进行最终的排名。

四、竞赛的意义和影响1. 提高学生创新能力竞赛提供了一个开展结构设计研究与实践的平台，鼓励学生进行创新性的设计和解决方案的探索。

通过竞赛，学生能够深入了解结构设计的理论与实践，并通过设计的过程不断锻炼自己的创新能力。

2. 增强学生实践能力参与竞赛的学生需要深入了解结构工程领域的相关知识，并将其应用于实际设计中。

通过实践，学生可以更加直观地理解结构设计原理和方法，并提高他们的实践能力和工程实践水平。

3. 推动结构工程教育发展全国大学生结构设计竞赛作为结构工程领域的重要赛事，对于推动结构工程教育的发展具有积极的影响。

竞赛的开展不仅为高校提供了一个开展结构工程教育的实践与交流的平台，还促进了结构工程教育的不断创新和优化。

五、竞赛的成果与展望全国大学生结构设计竞赛的成果得到了社会和行业的广泛认可和赞扬。

首届大学生结构设计大赛决赛作品评审结果序号作品号队员学院，专业获奖等级1 KJ050 宋业盼(109024195)王敏(109024227)纪春姣(109024218)材料，成型101、102一等奖2 KJ137 鄂磊(089044392)董威(089044391)何彬(089044396)董成(089044390)建工，土木0843 KJ010 杨蒋文(089014101)匡政(089014084)何涛(089014079)冶金，热能083二等奖4 KJ143 舒文雅(089044474)高兆彬(089044462)杨世钊(089044481)建工，土木0865 KJ148崔龙(089044458)丁敬忠(089044459)汪伟(089044475)建工，土木0866 KJ131杨军(089044372)戚未伟(089044361)建工，土木0837 KJ120吴翟(089044303)杨质子(089044308)姚伟(089044309)裴静(089044293)建工，土木0818 KJ147 邵海涛(089044473)戎泽龙(089044472)李煜堃(089044468)建工，土木086三等奖9 KJ092王旭(099044339)候孝振(099044324)魏照祥(099044340)尹君(099044345)建工，土木09210 KJ123 蒋允田(089044326)汤建忠(089044335)张淑娴(089044346)高明珠(089044319)建工土木08211 KJ139蒋博(089044432)刘伟(089044434)葛灿灿(089044427)赵玉宝(089044455)建工，土木08512 KJ192 刘前进(099044151)陈春晓(099044140)周四浩(099044172)张娟娟(099044166)建工，环境091三等奖13 KJ060 张锴(081843170)宋艳(081843150)彭浩(081843144)工商，土木084114 KJ141时峰(089044437)姚康康(089044453)许浩(089044452)建工，土木08515 KJ127 胡荣军(089044324)梁巧真(089044329)杨夏(089044345)周文(089044349)建工，土木08216 KJ124 卢旭跃089044331任开会089044333王安089044337王保飞089044338建工，土木08217 KJ088 王良权(099044303)胡坤(099044286)金娜(099044287)刘紫微(099044292)建工，土木09118 KJ164 郑浩研（109044167）陈焱丽（109044141）崇帮友（109044142）张利勤（109044166）建工，工程管理10119 KJ096 张二宝（099044346）周干（099044349）覃延友（099044331）贾中然（099044258）建工，土木09220 KJ129王正（089044341）王乐（089044340）徐海新（089044343）杨锦涛（089044342）建工，土木08221 KJ077 林安东（091843271）钟秀文（091843303）孙颖（091843281）工商，土木094122 KJ151 陈彬（089054160）许健（089054180）汪波（089054318）机械，机械类最佳创新设计奖23 KJ044 袁亚东（109024499）周小虎（109024469）朱玉然（109024470）叶长运（099044028）材料，成型109、安全091最佳结构设计奖24 KJ140 萧金良（089044448）吴启源（089044447）王正操（089044444）建工，土木085优胜奖25 KJ195 杜荣飞（089104423）杨光益（089044096）陈强强（089044074）徐睿（089044094）建工,给排水08126 KJ134邵展（089044363）刘沛（089044359）王海军（089044368）汪强（089044367）建工，土木08327 KJ025 杨成渊（089014100）凡子俊（089014076）吴腾（089014096）冶金，热能08328 KJ146周宇（089044490）闫泽龙（089044480）董万国（089044460）建工，土木08629 KJ072 张大志（091843356）孙磊（091843339）解龙（091843326）刘倪（091843333）工商，土木094230 KJ159 时亚雷（109044499）邵常洪（109044496）邵大伟（109044497）阮林茂（109044495）建工，土木10531 KJ101 孙宏学（099044372）王涛（099044376）盛凯（099044369）周路路（099044386）建工，土木09332 KJ078 樊永红（091843261）赵小鹏（091843299）施梅（091843279）工商，土木094133 KJ026左瑞（099024105）周碧晋（099024102）韩龙（099024082）材料，成型09334 KJ187丁坤（089044003）骆燕（089044011）马玉杰（089044013）建工，安全081 优胜奖35 KJ108 黄三龙（099044220）程江鹏（099044182）韩超（099044389）王西伟（099044409）建工，土木094优胜奖36 KJ197 蒋成宽（089044398）张正洋（089044419）刘伟（089044401）黄大观（089044397）建工，土木08437 KJ104 沈宏新（099044368）卢浩（099044366）傅乃强（099044107）建工，土木09338 KJ098李伟（099044361）郭生全（099044356）张金明（099044383）王诗晨（099077374）建工，土木09339 KJ177仝刚（099044018）张元振（099044033）贾丹丹（099024332）陈贺英（099024325）建工，安全09140 KJ003 顾钱锋（099034044）王锐之（099034060）程啸（099034042）化工，高分子09241 KJ073 晋学峰（091843327）鲁宁（091843335）胡家斌（091843320）李祝（091843331）工商，土木094242 KJ041徐兵（109024021）余宣洵（109034024）杨浩（109024022）李胜（109024011）材料，成型10143 KJ090 张林鹏（099044314）殷长山（099044313）王洋（099044305）建工，土木09144 KJ080 周龙飞（O91843304）吴小龙（O91843286）刘之雨（O91843274）车坤（O91843257）工商，土木0941。

结构设计竞赛总结——感悟篇“几个月的参赛准备，我们体会颇多，一直以为参加大赛是个简单的事情，看着那些捧着奖杯的获胜者，想想比赛也不过如此而已，但真正的经历了这个准备的过程才体会出了参赛者所付出的那份艰辛。

记忆里我们曾几次熬夜，我们曾争执不休，我们也曾满身胶水；迷茫过，彷徨过；疑惑过，怨恨过，所有的所有现在似乎都变成了我们的收获，结果已经不重要，因为从中我们已经得到了知识的扩充，培养了动手实践能力，同时更总要的是我们深刻体会到了团队合作的重要性。

我们会继续努力，为祖国的建设事业贡献自己的力量，同时也感谢组委会给我们这此宝贵的机会。

” -----载自《独木天下计算书》“荣获全国第二届结构设计竞赛二等奖的学校有：华中科技大学…”随着主持人公布结果，我们一行五人（熊sir，郭sir和小鑫，阿迪，柏亚-->me）悬着的心终于落了底，从七月初报名到比赛结束，一步一步的艰辛历历在目。

在赛后组委会的晚宴上，和熊sir商量了一下，从我们走过的路看，缺乏经验是我们最大的困难，虽然学校每年也举办一次比赛，但所留下的资料却甚是缺少，为了让后面的同学比赛时不在此方面遭遇同样困难，于是我提出了写这篇总结的想法，得到了熊sir和郭sir的极力支持，这里深表谢意。

回想起自己与此项赛事的渊源，似乎可以做以下描述：06年11月，华中科技大学第二届结构模型设计竞赛开赛，一个能动手实践的好机会产生，带着无限的兴趣，作为补充队员的我观看了上一届学长的模型制作和加载过程，初步了解了此项赛事，虽然只是制作工程中帮了些忙，但已经注定下这项赛事与我的不解之缘；07年11月，校第三届举办，终于有了自己大展拳脚的机会，作为参赛主力的我们一届（考虑到《结构力学》课程的安排校内比赛多面向大三同学），从讨论设计，制作试验历经两个多月的辛苦劳动，我们三个幸运地最后获得了校一等奖，这次比赛让我们全过程地体会了制作模型经历；08年7月到10月末，通过暑假的选拔，我们三个最后代表学校参加全国第二届结构设计竞赛，在老师的指导帮助下，经历了试验，设计，制作等过程，还有不断的尝试和改进，用了近三个月时间设计完成“独木天下”，在大连理工大学拿到了二等奖。