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结构设计大赛计算书

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竹子公寓

第五届全国大学生结构设计大赛（校内）

第五参赛组

2011/9/21

学号 电话 竹子公寓

（第五组作品）

（四川大学）

一 结构选型

由于本次竞赛结构需承受地震作用，而框筒结构具有很好的减震效能的效果，并且加强了结构整体性，这在当今高层建筑结构体系中应用广泛。考虑到本次竞赛加载评分中模型质量对结构得分很有影响，因此在保证结构稳定，满足承载要求的前提下，尽可能的节省材料给便显得尤为重要。处于此考虑，我们摒弃了耗费材料的剪力墙结构，拟先采用通俗的框结构模拟指导。

二 概念设计

考虑到此次比赛用材料为竹皮，存在竖向纹理，材料各向异性。且厚度最后只有0.5mm，因此无论圆柱或者方形柱均需耗费较大的胶水，并存在施工难度大的问题，因此我们想到柱子采用4-角钢的形式。很好的利用材料的纹理，提高了柱子的竖向承载力。本次比赛需在楼层上加上铁块，因此核心筒的设计需要尽量减少对板面积的影响，考虑连接的方便，以及结构整体的协调，采用核心柱，与角柱对应，加强整体结构性的同时，使得结构外观更加协调。结构截面形式如下图：

初步选型

就常规的框筒结构而言，其结构的设计的基本出发点在于柱、梁以及斜撑的连接组合设计与核心筒设计，因此针对设计要求对结构进行预设，并模拟优化显得十分必要，我们经讨论准备先从梁柱的设计和斜撑的布置着手，对下面的方案利用midas进行模拟分析，对比优化后得出最后方案。

设计方案一：

通过对本次荷载的初步估算，估计柱子的宽度先采用25mm*25mm的角钢柱，核心筒为圆形直径为20mm，壁厚5mm，柱子从基础顶面至地面为竖直，柱，核心筒均整体施工，以加强整体性，对抗震有利。考虑到铁块加载以及顶部水箱，楼层高度设计为渐变式，从底层至上为280mm，250mm,240mm,230mm。

由于采用了角钢型柱子，梁柱的连接就大为方便，更简洁结实，因此采用材料较省，惯性矩较大很承受较大弯矩的T型梁，这样梁柱对接只需天然夹紧，涂以502速干胶便可。斜撑采用Z字型，能加强柱与柱之间的连贯性。

通过midas模拟结构得出，核心筒的受力较小，柱子的承载能力能够很好的满足设计要求，存在材料的较大浪费，且圆形核心筒过大的占用了楼层面积，对铁块的布置影响很大。Z型斜撑虽在受力上较好，但不能很好的控制层间位移，导致结构位移过大，模型刚度不够，对抗震很不利。在此基础上，对一号方案的柱及核心筒大小做出改进，并对斜撑的模式进一步改进。

设计方案二：

在整体施工柱与核心筒的基础上，将柱子改成23mm*23mm的4-角钢柱，核心筒也采用20mm*20mm的同类型柱，这样对板的占用问题得到了很好的解决。斜撑采用V型结构，对抗震效能很有效果，并且能控制好楼层位移。

经模拟计算发现，此结构的受力良好，材料均得到有效利用，层间位移也在可控范围之内。在经反复模拟修改后确定斜撑以及边梁的数据，以达到合理利用材料的效果。

模型一 模型二 模型三（定型作品） 三 计算设计

梁设计：采用T型梁，梁由上部宽度为20mm，厚度为1.5mm，腹板高度为10mm，厚度为1.5.mm施工是采用三片竹片粘合而成，便于施工，更省材料。

柱设计：采用4-角钢柱，考虑到粘胶厚度，厚度为1.5mm,23mm*23mm。考虑到柱子的扭矩，会适当加入些竹节结构。

核心柱设计： 采用与柱协调统一的4-角钢型柱，尺寸有所变化为20mm*20mm，厚度为1.5mm。

斜撑设计：与柱协调连接性好的4-角钢型。尺寸为15mm*15mm，厚度为1.5mm

四 CAD施工图

1.单线几何尺寸图

正立面图 背立面图

2平面布置图

楼板平面图 3立面构件图及截面图

整体正立面构件布置图 整体背立面构件布置图

4 节点构造大样图

竹皮夹贴 外加柱翼粘接内加竹片粘贴斜撑与梁夹贴

5 铁块分布详图

五 效果图

透视图 俯视图

六 材料表

材料性能表

竹材厚度 弹性模量（MPa） 阻尼比 抗拉强度（MPa） 容重（3mmN） 0.5mm 10000 0.01 60 9.824e-006

0.35mm 10000 0.01 60 9.210e-006

0.2mm 10000 0.01 60 8.934e-006

材料耗用表

名称 数量 备注

0.5mm厚竹皮 3

0.35mm厚竹皮 1

0.2mm厚竹皮 1

502胶水 9

七 手算计算书

1、结构基本性质

严格依据第五届全国大学生结构设计大赛要求而创作，本结构形式独特，极具创新，四层框架结构，内设核心柱，各构件采用十字形截面，充分利用竹材复合板的性能，设计合理，别具风格！

模型每层放置12个小铁块，共计79.38N. 其顶部水箱放水约15cm，加上水箱自重，总计24.5N.

抗震计算时，模型按层质量分别近似集中在28cm、52cm、76cm、100cm处。 模型动力计算简图

2、荷载计算

其中：荷载代表值= 1.2× 荷载标准值

3、梁、柱线刚度计算

（1）、梁线刚度计算

L&H(㎜) Ib&Ic(㎜4) Eb&Ec(Mpa)

边跨梁 190 637.2443

1×104 中跨梁 134.25

首层 2—4层 669.3607

核心柱 260 240

边柱 260 240 1305.4940

边跨梁Kb1=EbIb/l=（1×104×637.2443）/(190)=33.5392 N·m

中跨梁Kb2= EbIb/l G1 G2 G3 G4 G5（水箱） ∑G

荷载标准值 80.6185 81.1285 81.1285 1.7485 24.5 269.1240

荷载代表值 96.7422 97.3542 97.3542 2.0982 29.4 322.9488 柱 Kc=EcIc/h

边跨梁(N·m) 中跨梁(N·m)

kb 33.5392 47.4316

（2）、柱线刚度计算

首层柱(N·m) 其他层柱(N·m)

边柱 核心柱 边柱 核心柱

kc 50.2113 25.7446 54.3955 27.8900

（3）、柱侧移刚度D计算

其他层柱

D K=∑Kb/2Kc α=K/(2+K) D=12αKc/h2(N/m)

中柱（1根） 3.4013 0.6297 3658.9356

边柱（4根） 0.6166 0.2356 2669.9125

首层柱

D K α D（N/m）

中柱（1根） 3.6848 0.7361 3364.0118

柱（4根） 0.6680 0.4378 3902.2200

首层∑D=3364.0118+4×3902.2200=189729N/m

2-4层∑D=3658.9356+4×2669.9125=143386 N/m

4、框架自震周期计算

层次 楼层重力荷载楼层剪力Vi/N 楼间侧移刚度层间侧移 楼间侧移△i/

顶点位移法计算特征周期：

T1= 1.7×0.6×0.04398081/2=0.2139s

取αmax=kBmax=2.5

由时程曲线得Tg=0.3s

由底部剪力法可得FEK=αGeg=0.25×0.853×2.9488=68.6266N

5、多遇水平地震作用标准值和位移计算

层间位移计算：

首层△μc/h=3.6171/280=13/1000

二层△μc/h=3.3221/240=14/1000

层间位移均满足在150/~50/h区间中

Gi/N Di/N/mm δi/mm ㎜

4+水箱 31.4982 341.4982 14338.6 2.1967 43.9828

3 97.3542 128.8524 14338.6 8.9864 41.7841

2 97.3542 226.2066 14338.6 15.7761 32.7977

1 96.7422 322.9488 18972.9 17.0216 17.0216

层次 Gi/N Hi/mm GiHi/N·m ∑GiHi/N·m Fi/N Vi/N ∑/ D

N/m △μc

/mm

5 29.4 257 7.558

79.9424 6.4863 19.4589

4 2.0982 240 0.5036 0.4323 6.9186 143386 0.4825

3 97.3542 240 23.365 20.0577 26.9763 143386 1.8814

2 97.3542 240 23.365 20.0577 47.6340 143386 3.3221

1 96.7422 280 25.153 21.5926 68.6266 189729 3.6171

6、框架地震内力计算

由以上计算可得出，此结构的承载能满足要求。

柱 层 h/mm Vi/N ∑D/N/m D/N/m D/∑D Vik/N K y0/mm M下/N·mm M上/N·mm

边柱 4 240 6.9186 14338.6 2669.9125 0.1860 1.2869 0.6166 0.35 108.1000 200.7564

3 240 26.9763 14338.6 2669.9125 0.1860 5.0176 0.6166 0.4 481.6896 722.5344

2 240 47.6340 14338.6 2669.9125 0.1860 8.8599 0.6166 0.5 1063.1880 1063.188

1 280 68.6266 18972.9 3902.2200 0.2057 14.1165 0.6680 0.7 2569.2000 1101.087

中柱 4 240 6.9186 14338.6 3658.9356 0.2552 11.7656 3.4013 0.45 190.6848 233.0592

3 240 26.9763 14338.6 3658.9356 0.2552 6.8844 3.4013 0.5 826.1280 826.1280

2 240 47.6340 14338.6 3658.9356 0.2552 12.1562 3.4013 0.5 1458.7440 1458.744

1 280 68.6266 18972.9 3364.0118 0.1773 12.1675 3.6848 0.55 1739.9525 1423.5975 地震作用下模型剪力图

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结构设计大赛计算书

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结构设计大赛是一项旨在考察参赛者对于结构设计原理和实践能力的比赛活动。参赛者通过设计、计算和模拟结构的方法，展示自己的创造力、工程素质和解决问题的能力。本文将从浅入深，从设计思路到实际实施，介绍结构设计大赛的相关内容。

首先，结构设计大赛的成功与否与参赛者的设计思路有着密切的关系。设计思路是指在结构设计过程中，参赛者根据任务要求和限制条件，通过合理的分析和策略，形成一种可行的设计思想。参赛者应该注重综合考虑结构的安全、经济和实用性，灵活运用不同的结构设计方法，如梁结构、桁架结构、柱状结构等，以满足工程要求。

其次，结构设计大赛的计算工作至关重要。参赛者需要根据设计思路，对结构进行力学分析和计算。力学分析包括结构的受力情况、应力分布和变形特征等。参赛者需要熟练掌握结构力学的相关原理和计算方法，如静力学、动力学和弹性力学等。通过准确的计算，可以充分评估结构的可靠性和安全性，为设计提供科学依据。

此外，参赛者还需要利用计算机进行结构的模拟和优化。计算机辅助设计（CAD）和计算机辅助工程（CAE）技术的应用，能够帮助参赛者快速生成结构模型，并进行力学仿真和优化计算。参赛者可以通过不断调整结构参数、材料选型和构件布置等，寻找最佳的设计方案。同时，计算机模拟也可以为结构设计提供详细的结果数据，方便参赛者进行结果分析和展示。

最后，结构设计大赛还强调参赛者对于结构实施的指导意义。结构设计不仅仅是理论上的构思和计算，更需要考虑实际的施工和使用情况。参赛者应该重视工程实践，了解结构施工工艺和材料特性，提供合理的施工指导和建议。只有结构设计与实际实施相结合，才能确保设计方案的可行性和有效性。

综上所述，结构设计大赛是一项需要参赛者具备全面能力和创新思维的活动。通过设计思路、力学计算、计算机模拟和实施指导四个方面的全面考察，参赛者可以充分展现自己的结构设计才能和应对问题的能力。希望广大参赛者能够在结构设计大赛中充分发挥自己的潜力，为工程领域的发展贡献力量。

抗震结构大赛设计计算书

抗震结构大赛设计计算书

抗震结构大赛设计计算书

1

———————————————————————————————— 作者：

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11 设计计算书

一、总体设计思路

1、采用“板→梁→柱→基础”结构，传力路线简单明确。

2、保证结构各部分强度。

3、保证结构稳定性。

4、在保证强度、稳定性的前提下，调整结构，使固有频率远离共振区，从而尽量降低动力系数β。

5、尽量减轻自重。

二、基本参数

1、高度

从底座板上表面开始计算。共四层。

第一层：基础高度20mm；净高151mm；梁、板高度33mm。总计204mm。

第二层：净高101mm；梁、板高度33mm。总计134mm。

第三层：净高102mm；梁、板高度27mm。总计129mm。

第四层：净高101mm；梁、板、卡槽高度47mm。总计148mm。

总高：615mm。

2、面积

前三层面积相同，顶层稍有增加，均按前三层取值

楼板面积+四个柱面积：

164×164+4×（20×13）＝27936（mm2）＝279.36（cm2）

3、荷载

单层承受质量：M＝279.36×10＝2793.6（g）=2.7936（kg）

单层重力荷载：G＝Mg=2.7936×9.8=27.37728（N），取G为27N。

结构等效总重力荷载：Geq=iG85.0=0.85×4×27=91.8（N）

取水平地震影响系数为1，按第一主振型近似计算（参见图2），各层水平地震作用为： 图1

模型图

11 F1＝10.7N，F2＝18.9N，F3＝27N，F4＝35.2N

取F1＝11N，F2＝19N，F3＝27N，F4＝36N

三、结构计算

1、材料的力学指标

弹性模量：8900 N/mm2

全国大学生结构设计大赛计算书

全国大学生结构设计大赛计算书

第七届全国大学生结构设计大赛

西安科技大学

建筑与土木工程学院

指导老师:柴生波 郑选荣

队长:贺鹏

队员:吕伍杨 陈梓新

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'.

结构设计大赛计算书

一、设计说明…………………………………………………2

二、结构选型…………………………………………………2

三、模型假设…………………………………………………2

四、结构建模与主要计算参数………………………………3

五、受荷分析…………………………………………………5

5.1受力分析………………………………………………5

5.1.1 方案一……………………………………………5

5.1.2方案二……………………………………………9

5.2稳定分析………………………………………………13

六、节点构造…………………………………………………20

七、模型加工图及材料表……………………………………21

.

'. 一、设计说明

根据大赛规则要求, 我们从结构形式所体现出的简洁明快的风格的基础上根据纸的一些力学性质，充分考虑结构的整体受力情况；最终我们从受力最好的最简单的三角形入手。结构的整体外型是双层“w”形，在粘接踏板后，结构主体框架多为三角形，提高了结构的稳定性。同时为提高结构的的承载力，恰当地在主要竖向承载部位采用实心杆件，并用截面尺寸较小的细杆将其中部相连，提高其抗弯性能，尽量避免结构因失稳而发生破坏。

二、结构选型

由于三角形具有较强的稳定性，而且在平面上容易找平，我们选择三角形为主体结构框架。桁架受力均匀简单，仅受轴力受力明确，相互协调性好，便于材料性能的发挥，理论上应优先采用空间桁架结构，但由于在结构中实现杆件绞接十分困难，且难以保证节点处的强度。所以最终结构中的节点均采用刚节点。刚节点的弊端是传递弯矩，削弱了结构的稳定性，但这一缺点可以通过添加垂直于杆件轴向的支撑，来提高其稳定性和承载力。同时，刚节点抗变形能力强，承载能力大，对于抵抗动荷载的破坏十分有帮助。

结构设计大赛桥梁计算书

结构设计大赛桥梁计算书

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。