2018全国大学生结构设计竞赛讲座

第十届全国大学生结构设计竞赛赛题大跨度屋盖结构1 赛题背景随着国民经济的高速发展和综合国力的提高，我国大跨度结构的技术水平也得到了长足的进步，正在赶超国际先进水平。

改革开放以来，大跨度结构的社会需求和工程应用逐年增加，在各种大型体育场馆、剧院、会议展览中心、机场候机楼、铁路旅客站及各类工业厂房等建筑中得到了广泛的应用。

借北京成功举办2008奥运会、申办2022冬奥会等国家重大活动的契机，我国已经或即将建成一大批高标准、高规格的体育场馆、会议展览馆、机场航站楼等社会公共建筑，这给我国大跨度结构的进一步发展带来了良好的契机，同时也对我国大跨度结构技术水平提出了更高的要求。

2 总体模型总体模型由承台板、支承结构、屋盖三部分组成（图-1）。

图-1 模型三维透视示意简图2.1 承台板承台板采用优质竹集成板材，标准尺寸1200mm×800mm，厚度16mm，柱底平面轴网尺寸为900mm×600mm，板面刻设各限定尺寸的界限：（1）内框线：平面净尺寸界限，850mm×550mm；（2）中框线：柱底平面轴网（屋盖最小边界投影）尺寸，900mm×600mm；（3）外框线：屋盖最大边界投影尺寸，1050mm×750mm。

承台板板面标高定义为±0.00。

图-2 承台板平面尺寸图2.2 支承结构仅允许在4个柱位处设柱（图-2中阴影区域），其余位置不得设柱。

柱的任何部分（包括柱脚、肋等）必须在平面净尺寸（850mm×550mm）之外，且满足空间检测要求。

（即要求柱设置于四角175mm×125mm范围内。

）柱顶标高不超过+0.425（允许误差+5mm），柱轴线间范围内+0.300标高以下不能设置支撑，柱脚与承台板的连接采用胶水粘结。

2.3 屋盖结构屋盖结构的具体形式不限，屋盖结构的总高度不大于125mm（允许误差+5mm），即其最低处标高不得低于0.300m，最高处标高不超过0.425m（允许误差+5mm）。

结构设计竞赛模型制作的方法与技巧介绍了结构设计竞赛概况和竞赛用材料与工具。

从结构选型、构件设计、模型节点处理三方面，介绍了结构设计竞赛中模型制作的方法与技巧。

并针对竞赛中常见问题进行了解析。

标签：结构设计竞赛;结构模型;模型制作;土木工程1 结构设计竞赛概况土木工程有着悠久的历史，其专业综合性强，涉及学科面广，基础要求高。

学科竞赛是培养专业人才创新能力的重要平台。

竞赛旨在培养大学生的学习能力、沟通能力、组织能力、团队协作能力、创新能力和实践能力，提升大学生的综合素质，从而进一步提高本科生培养和教学质量。

目前赛事主要有全国大学生结构设计竞赛及各省市大学生建筑结构设计竞赛。

对于培养大学生的创新意识、合作精神，提高大学生的创新设计能力、动手实践能力和综合素质，加强高校间的交流与合作起到重要作用。

结构设计竞赛的内容通常为给定某种材料，要求在规定时间内设计并制作出一个结构，通过加载试验，综合考虑各项因素决出获奖等级。

模型材料一般为以竹皮或白卡纸居多，并辅以胶水、线绳等。

制作的结构形式有建筑、桥梁等。

评分内容一般包含方案设计、理论分析、模型制作、作品介绍与答辩以及模型加载实验等方面。

结构加载类比赛，一般在相同加载条件下，结构模型质量轻者获胜或模型加载位移与模型质量综合评判。

2 材料与工具结构设计竞赛用材料有竹材或白卡纸。

本文仅讨论竹材。

2018年全国大学生结构设计竞赛竹材规格及用量见表1。

竹材参考力学指标见表2。

表2 竹材参考力学指标制作工具有：502胶水、砂纸、切割刀、直尺、三角尺、量角器、铅笔、橡皮擦、镊子、橡胶手套等。

砂纸打磨杆件端部，获得所需要的杆件精确尺寸，打磨杆件节点处接触面以增加接触，打磨时需谨慎打磨，勿露出竹皮丝状物。

铅笔、直尺在竹皮上绘制杆件平面设计图。

切割刀切割修剪竹皮。

为防止胶水粘手，可用镊子夹持细小构件，使用橡胶手套防护双手，也可以用胶布缠绕指尖。

3 模型设计与制作模型选型原则为“大胆假设，小心求证”。

第五届全国大学生结构设计竞赛赛题：带屋顶水箱的竹质多层房屋结构一、竞赛模型竞赛模型为多层房屋结构模型，采用竹质材料制作，具体结构形式不限。

模型包括小振动台系统、上部多层结构模型和屋顶水箱三个部分，模型的各层楼面系统承受的荷载由附加铁块通过实现，小振动台系统和屋顶水箱由承办方提供，水箱通过热熔胶固定于屋顶，多层结构模型由参赛选手制作，并通过螺栓和竹质底板固定于振动台上，图1给出了一示意性结构图。

图1 模型示意图二、模型要求2.1几何尺寸要求(1) 底板：多层结构模型用胶水固定于模型底板上，底板为33cm×33cm×8mm的竹板，底板用螺栓固定于振动台上。

(2) 模型大小：模型总高度应为100cm，允许误差为±5mm。

总高度为模型底板顶面至屋顶(模型顶面)上表面的垂直距离，但不包括屋顶水箱的高度。

模型底面尺寸不得超过22cm ×22cm的正方形平面，即整个模型需放置于该正方形平面范围内，模型底面外轮廓与底板边缘应有足够的距离以保证螺栓能顺利紧固。

(3) 楼层数：模型必须至少具有4个楼层，底板视为模型第一层楼板。

除第一层以外，每层楼面范围须通过设置于边缘的梁予以明确定义。

(4) 楼层净高：每个楼层净高应不小于22cm。

楼层净高是指该楼层主要横向构件顶部与其相邻的上一楼层主要横向构件底部之间的最小距离。

若底板上设置有地梁，则第一层净高需自地梁顶部开始计算；若无地梁则从底板顶面开始计算。

柱脚加劲肋、隅撑及其他外立面构件不影响计算楼层净高。

(5) 使用功能要求：楼层应具有足够的承载刚度，各层空间应满足使用功能要求。

在模型内部，楼层之间不能设置任何横向及空间斜向构件。

模型底层所有方向的外立面底部正中允许各设置一个12cm×12cm(高×宽)的门洞。

(6) 楼层有效承载面积：楼层范围为各承重分区最外围楼层梁构件所包络的平面，不包括模型内部核心筒区域。

在楼层范围内与楼面构件直接接触的铁块的覆盖面积定义为楼层有效承载面积，模型的总有效承载面积应在600cm2至720cm2的范围之内，且每个楼层的有效承载面积不得小于25 cm2。

附件12018 年第十二届全国大学生结构设计竞赛题目（结设竞函〔2018〕03 号）《承受多荷载工况的大跨度空间结构模型设计与制作》1．命题背景目前大跨度结构的建造和所采用的技术已成为衡量一个国家建筑水平的重要标志，许多宏伟而富有特色的大跨度建筑已成为当地的象征性标志和著名的人文景观。

本次题目，要求学生针对静载、随机选位荷载及移动荷载等多种荷载工况下的空间结构进行受力分析、模型制作及试验。

此三种荷载工况分别对应实际结构设计中的恒荷载、活荷载和变化方向的水平荷载(如风荷载或地震荷载)，并根据模型试验特点进行了一定简化。

选题具有重要的现实意义和工程针对性。

通过本次比赛，可考察学生的计算机建模能力、多荷载工况组合下的结构优化分析计算能力、复杂空间节点设计安装能力，检验大学生对土木工程结构知识的综合运用能力。

2．赛题概述竞赛赛题要求参赛队设计并制作一个大跨度空间屋盖结构模型，模型构件允许的布置范围为两个半球面之间的空间，如图1所示，内半球体半径为375mm，外半球体半径为550mm。

`R375R55R375R550(a) 平面图(b)剖面图(c)3d图图1 模型区域示意图(单位：mm)模型需在指定位置设置加载点，加载示意图如图2所示。

模型放置于加载台上，先在8个点上施加竖向荷载（加载点位置及编号规则详见4.1及4.3），具体做法是：采用挂钩从加载点上引垂直线，并通过转向滑轮装置将加载线引到加载台两侧，采用在挂盘上放置砝码的方式施加垂直荷载。

在8个点中的点1处施加变化方向的水平荷载，具体做法是：采用挂钩从加载点上引水平线，通过可调节高度的转向滑轮装置将加载线引至加载台一侧，并在挂盘上放置砝码用于施加水平荷载。

施加水平荷载的装置可绕通过点1的竖轴旋转，用于施加变化方向的水平荷载。

具体加载点位置及方式详见后续模型加载要求。

— 2 —图2 加载3d示意图(注：本图的模型仅为参考构型，只要满足题目要求的结构均为可行模型)3. 模型方案及制作要求3.1. 理论方案要求(1) 理论方案指模型的设计说明书和计算书。

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。