结构设计大赛理论设计方案

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。

郑州大学结构设计大赛作品名称：保钓桥参赛单位：郑州大学土木工程学院参赛成员：指导教师：⏹目录：◆设计说明1.作品名称……………………………………………………2.结构选型……………………………………………………3.结构尺寸确定…………………………………………………4.结构模型制作及节点构造的设计……………………………◆方案图◆计算书一、计算思路1.结点…………………………………………………………………..2.单元…………………………………………………………………….3.支座……………………………………………………………………4.荷载加载…………………………………………………………………5.计算工具…………………………………………………………………..二、具体计算1.计算简图 ........................................2.结构建模……………………………………………………3.内力计算…………………………………………………三、结构分析◆总结和感想●设计说明1. 作品名称保钓桥（以此表达我们的爱国热情）2. 结构选型一般较大跨径的桥梁，常采用刚桁架桥梁，我国比较有名的桁架桥梁有：武汉长江大桥（三联3*128m连续桁架梁），南京长江大桥（三联3*160连续钢桁梁），九江长江大桥，香港青马大桥以及芜湖长江大桥等【南京长江大桥】联系到本次比赛模型制作的具体要求：模型为纸制单跨简支结构(150g/㎡)，结构形式不限，结构模型计算净跨800mm，中部承受集中力。

众所周知，纸的材料性能较差，尤其是抗弯和受剪能力，但纸制柱形构件抗拉和抗压能力较强，为尽量避免使构件承受弯矩和剪力，充分发挥材料的抗拉、抗压能力，我们采用了桁架桥梁的形式，桥梁上部和下部主桁架是主要承重结构，在竖向荷载作用下，各杆件主要产生轴向力（但由于节点的刚性，杆件中也产生较小弯矩，设计时需注意）。

根据比赛设计的承重的特殊性(中部垂直受力)，我们将桥梁设计成上承式双层层面结构。

西南交通大学第十三届结构设计竞赛桥梁承重B组设计理论方案作品名称梦之星参赛编号B45组长姓名/ 班级/ 学号/队员姓名/ 班级/ 学号/队员姓名/ 班级/ 学号/组长电话/西南交通大学第十三届结构设计竞赛组委会二〇一三年摘要桥梁建筑的设计讲究造型美观、受力合理、节省材料、承载力大、制作精细。

作为一个土木学子，我深深震撼于桥梁结构设计的魅力，我将通过亲身的经历来践行桥梁设计的创意与特色，体验一次工程师的波澜壮阔之旅。

本次设计的“堑道”，基于钢架桥的思想，充分利用了材料的抗压和抗拉特性，运用结构力学和ANASYS软件等手段，优化杆件的布设和连接，得到了整体性和韧性都比较强的三跨连续桁架桥。

采用正三角形的侧边叠接，斜杆与横杆沿面延伸方向铰接，增加了杆件的受弯刚度；节点的处理采用齿状咬合并用AB胶强力粘附，受压杆耦合嵌入纵向拉杆中，增加了整体的稳定性。

削弱桥面，减轻了重量；支座处加大杆件厚度，充分传力。

我们通过计算和软件分析了结构的受力，验证了桥在10-15kg的重量下的稳定性，得到了可靠的结果。

并在薄弱的环节进行了锚固与加粗，最后用砂纸将突出的部分打磨光滑，增加了结构的美观。

一次实践，终身受益，小试牛刀，我们倍感信心。

关键词模型选型荷重比节点处理目录一、设计说明书..............................................................1 方案构思 (1)1.1作品名 (1)1.2造型 (1)2 结构选型 (1)2.1设计准则 (1)2.2整体选型 (2)3 材料试验 (2)4 结构设计 (3)4.1结构整体布置图 (3)4.2构件尺寸详细设计 (3)4.3构造（节点）设计图 (4)4.4 模型三维效果图 (5)5 特色处理 (5)6 制作工艺 (5)二、模型计算书 (6)7 计算模型 (6)7.1模型简化 (6)7.2荷载模拟 (6)8 内力分析 (6)9 构件验算 (9)9.1材料参数 (9)9 承载力估算 (9)参考文献 (9)一、设计说明书1 方案构思首先分析材料的特性，PVC材料具有较强的抗拉抗压性能，但极易脆断，因此应尽量减少结构的应力集中和尺寸突变。

“8”字型赛道场地常规赛8字形运动小车结构设计方案日期20XX.XX.XX第四届全国大学生工程训练综合能力竞赛The 4thNational UndergraduateEngineering Training Integration Ability Competition结构设计方案Structure Design Scheme参赛项目 “8”字型赛道场地常规赛1、设计思路为实现小车做“8”字形绕桩运动，从传动系统、转向机构、调节装置和稳定性等方面进行设计。

①传动系统设计重锤下落的势能通过绕线轴传递给大齿轮，大齿轮与小齿轮配合将动力传递给后轮轴，后轮轴带动主动轮转动，实现小车的行走。

根据MATLAB 轨迹仿真结果，设计小车传动比为1:4，小齿轮齿数取36，大齿轮齿数取136。

4/1136/3612≈=i ；式中：12i —齿轮传动比（小齿轮齿数与大齿轮齿数比）。

图1②转向机构设计为使小车平稳运行，在转向模块中采用带有球铰支连杆的空间曲柄摇杆机构,绕线轴转动将驱动力传递给曲柄,曲柄转动并通过连杆带动摇杆前后摆动，摇杆与前轮架固结，从而实现前轮的周期性摆动，达到绕桩前进的目的。

图2③调节装置设计针对不同的桩距设定，确保小车准确运行“8”字轨迹，因此，加入调节装置。

连杆与两侧的关节轴承之间分别采用正反螺纹连接，通过旋进或旋出螺纹改变连杆长度即可实现改变小车前轮摆角；连杆与转向杆之间选用螺杆固定，通过旋进或旋出螺纹，改变转向杆长度便可改变小车的周期。

④稳定性设计小车底盘为对称结构，零件对称分布在底盘上保证稳定性；底盘经过铣削多余材料处理减轻其重量提高强度，保证底盘不易变形；悬挂装置由三根铝棒和一个紧固套构成，保证重锤垂直下落，避免重锤摆动造成小车倾斜。

产品名称小车 共 5 页第1页 编号学校名称：X X X X 大学参赛项目：“8”字型赛道场地常规赛装 订 线2、小车出发定位方案图3①车选择在木桩一侧发车，发车位置和角度依据桩距计算得到。

结构设计理论方案作品名称：团队名称：团队成员:李晓斌胡建华潘富康专业班级：土木0806班团队精神：结构有形梦想无限承载希望建筑未来目录1、作品摘要2、结构计算书2.1结构选型2.2荷载分析2.3内力计算分析1.3.1截面性质分析1.3.2内力分析计算2.4内力计算数据表2.4.1杆端内力值2.4.2位移计算2.4.3内力图3、结构方案图4、承载能力估算1、作品摘要：本作品结构为框架结构，其优点为建筑平面布置灵活，使用空间大，延性较好。

但是，框架结构由于其抗侧刚度较差，水平力作用下侧向变形较大，所以设计中应合理地布置抗侧力构件，减少水平力作用下侧向变形；平面布置宜规则、对称，并应具有良好的整体性；结构的侧向刚度宜均匀变化，竖向抗侧力构件的截面尺寸和材料强度宜自下而上逐渐减小（不应在同一层同时改变构件的截面尺寸和材料强度），避免抗侧力结构的侧向刚度和承载力突变。

我们组的结构为六层的矩形框架结构，由四个直径从下向上逐渐增大的渐变形圆柱支撑整体，柱在节点处保持连续、刚接；横杆、斜杆与柱铰接。

从而在一定程度上满足了设计要求。

2、计算书：2.1结构选型：我们组的结构为六层的矩形框架结构，有四个渐变形圆柱支撑整体，层高133mm，建筑总高985mm。

结构受力体系为两榀平面桁架，因此可以选平面结构进行内力计算。

为简化计算，认为基础底部为刚接；柱在节点处保持连续、刚接；横杆、斜杆与柱铰接。

2.2荷载分析：已知荷载：模型顶部为15Kg（150N）的竖向荷载，侧向最大加5Kg（50N）的冲击荷载。

对于冲击荷载的计算，重物G从10cm处自由落体，可知其最大速度为V1=√2gh，再由动量定理可得，Ft=mv，F=m√2gh/t ，考虑冲击时间为0.25s，可得F=28.3N，所以得出冲击荷载为F1=28.3+50=78.3N。

考虑冲击时绳子完全回弹则V2=―V1=―√2gh，所以的F2=―2m√2gh/t=―56.6，得出冲击荷载为56.5+50=106.6。

第十七届结构设计大赛设计方案一、项目概述。

咱们这次参加第十七届结构设计大赛，那可得搞出个超酷的方案来！我们的目标呢，是设计一个既稳固又有创意的结构，就像打造一个超级英雄的基地一样，稳稳当当又充满惊喜。

二、结构选型。

1. 基础部分。

咱先从基础说起。

这就好比是建筑的脚，得站得稳稳当当的。

我们打算采用扩展基础，就像给结构穿上一双超级大的鞋子。

把基础做得宽宽的，这样它就能把结构的重量均匀地分散到地面上。

就像大胖子要穿大码鞋一样，不然脚可受不了呀。

在基础的材料选择上，我们想用高强度的混凝土。

这混凝土就像是超级胶水，把基础里的砂石紧紧地黏在一起，让基础坚不可摧。

2. 主体结构。

主体结构我们想采用桁架结构。

桁架结构就像是由很多小棍子搭成的架子，这些小棍子相互支撑，形成一个稳定的整体。

想象一下，就像用很多筷子搭成一个牢固的小房子，每根筷子都在发挥自己的力量。

桁架的杆件我们打算用轻量级的铝合金。

铝合金这东西又轻又结实，就像一个瘦弱但肌肉发达的运动员。

用它来做杆件，既能减轻整个结构的重量，又能保证结构的强度。

3. 连接节点。

节点可是结构里的关键部分，就像关节一样，连接着各个杆件。

我们计划设计一种特殊的节点，用螺栓和特制的连接件把杆件连接起来。

这就好比是给关节装上了螺丝，让它们紧紧地固定在一起，又方便拆卸和调整。

三、荷载分析。

1. 恒载。

恒载就是结构自身的重量啦。

我们在设计的时候，已经精确计算了每一部分的重量，从基础到主体结构再到一些附属的小部件。

就像知道自己身上每个零件有多重一样，这样才能确保结构在自身重量下不会出问题。

2. 活载。

活载可就比较复杂了，像人在结构上走动啊，风的吹拂啊，这些都是活载。

我们参考了以往大赛的经验和相关的规范，对活载进行了合理的估计。

比如说，预计会有多少人同时站在结构上，风最大可能会有多大的力量。

就像预测有多少朋友来家里开派对，要提前准备好足够的空间和食物一样。

四、结构计算。

1. 力学模型建立。

附件1: 2024年“构力杯”第十七届全国大学生结构竞赛赛题《考虑水平振动的高耸塔式结构设计与模型制作》1.命题背景高耸塔式结构是建筑结构的重要类型，在电视塔、发电塔、观光塔中应用广泛。

由于其高耸入天，独树一帜，往往成为各地的一道亮丽景观。

随着我国经济高速发展，各个城市都兴建了地标性的塔式建筑，一方面满足功能需求，另一方面也丰富了城市面貌，显示了我国高超精湛的建筑技术和大国工匠精神。

广州塔（图1）外形奇特华美，纤细的塔身给人一种独特的视觉观感，是广东乃至华南地区的地标建筑之一。

其位于我国沿海地区，高耸的结构给抗风以及抗震带来极大的挑战。

由于在设计中充分考虑了各种不利工况，采用主被动联合控制阻尼器，控制结构的侧向位移和加速度，广州塔在面对2018年台风“山竹”时，依然能安全矗立。

除了预期荷载外，结构还可有一定的改进考虑突发的偶然荷载。

在2021年发生的深圳赛格大厦振动，更是引起了人们对结构风振控制的重视。

本次赛题以高耸塔式结构为基本单元，要求参赛者针对水平荷载、竖向荷载及水平振动复杂工况对其进行受力分析、结构设计、模型制作及加载试验。

图1 广州塔2.结构要求2.1 结构概述本竞赛需设计并制作一个塔式结构模型，结构形式不限。

如图2所示，加载前需要将指定质量的砝码固定在塔顶，结构底部固定在振动台上。

通过放置不同质量的砝码和施加不同的激励振动来实现不同工况下的结构受力。

参赛队员可在塔身设置附加质量块实现减振效果。

图2 模型及加载装置示意图2.2模型尺寸要求塔身内部给出圆柱体内规避区，外部给出圆柱外规避界限，如图3所示。

具体要求如下：（1）塔顶要求：塔顶需为水平面，平面标高为H，可以通过热熔胶可靠粘贴顶部砝码盘并放置顶部砝码，安装后的顶部砝码盘底面标高须与结构顶面要求高度H一致，以确保位移计能够可靠读数。

模型制作时间内，参赛队员应将顶部砝码盘固定位置外边界及朝向等用红色中性笔标志在模型顶部平面，顶部砝码盘中心点的平面投影须与模型底板中心点重合。

全国大学生结构设计大赛计算书作品名称：参赛学校：参赛队员：专业名称：指导教师：全国大学生结构设计竞赛组委会目录第1 部分设计说明书 (2)1.1 结构选型 (2)1.2 特色说明 (3)第2 部分设计方案图 (4)2.1 结构总装配图 (4)2.2 构件详图 (5)2.3 节点详图 (6)2.4 方案效果 (7)2.5 铁块分布 (7)第3 部分设计计算书 (10)3.1 计算模型 (10)3.2 结构计算假定及材料特性 (10)3.2.1 计算假定 (10)3.2.3 构件截面尺寸 (11)3.2.4 材料力学性能 (11)3.3 结构动力分析 (12)3.3.1 计算模型建模 (12)3.3.2 模态分析 (12)3.3.3 时程分析 (14)3.4 结构极限承载力计算 (16)3.5 计算结论 (18)参考文献 (20)第 1 部分设计说明书··1.1 结构选型根据本次竞赛要求，该竹制结构模型需要经受三次不同强度大小的地震考验，分别以不发生破坏、不发生梁柱等主要构件破坏和不坍塌为评判标准，并不参考结构在地震效应作用下的侧移反应。

因此不必选用抗侧刚度较大的结构体系，从而达到节省材料、减小地震时地震力的作用；由于比赛规则限制，上层部分的平面内部竖向构件到底层时无法落地，造成竖向抗侧力构件不连续，因此不利于结构选用核心筒等抗侧力结构体系；综上，将该结构模型的结构形式定为框架结构。

由于模型加载时采用的铁块为长方体，且屋面水箱底部为正方形。

为方便加载，将模型的各层平面设计为正方形。

同时，为减小结构在地震作用下产生扭转作用，将竖向构件分别布置在四个角点，使其沿平面主轴对称。

各竖向构件底部间距均取规则所允许的最大间距，使结构的高宽比达到最小，最大程度减小了地震引起结构的倾覆作用。

按照结构在地震作用下的剪力与弯矩上小下大的基本分布规律，将模型的平面尺寸依次减小，使结构竖向刚度从上到下均匀增大，使模型外形更接近于弯矩的分布，使各杆件内力分布更合理。

结构设计大赛桥梁模型（原创版）目录1.桥梁结构设计大赛的概述2.桥梁模型的设计要点3.理论知识和计算软件在桥梁模型设计中的应用4.桥梁模型设计的实践经验与建议5.结论正文一、桥梁结构设计大赛的概述桥梁结构设计大赛是一项针对桥梁工程领域的专业性比赛，旨在培养学生的创新能力、团队协作能力和实际工程应用能力。

参赛者需要设计出一座满足特定要求的桥梁，并进行模型制作和测试。

奖项通常根据设计方案的合理性、创新性、经济性和可实施性等多个方面进行评选。

二、桥梁模型的设计要点桥梁模型的设计要点主要包括以下几个方面：1.桥跨结构：根据桥梁的用途、跨越障碍物和地形条件等因素，选择合适的桥跨结构形式，如梁桥、拱桥、悬索桥、斜拉桥等。

2.桥墩和基础：设计桥墩和基础时，需要考虑桥梁荷载、地基条件、施工条件等因素，以确保桥梁的安全稳定。

3.梁体和板件：根据桥梁跨度和荷载条件，选择合适的梁体和板件形式，如简支梁、固定梁、连续梁、悬臂梁等。

4.桥面构造：设计桥面构造时，需要考虑桥梁的通行能力、荷载分布、防水和排水等因素。

5.桥梁附属设施：根据桥梁的功能要求，设计合理的桥梁附属设施，如桥栏、桥灯、伸缩缝等。

三、理论知识和计算软件在桥梁模型设计中的应用桥梁模型设计过程中，理论知识和计算软件发挥着重要作用。

主要应用的理论知识包括理论力学、结构力学和材料力学等。

计算软件方面，常用的有桥梁博士、ANSYS、SAP2000 等。

这些软件能够辅助设计者进行结构分析、计算和优化，提高设计效率和精度。

四、桥梁模型设计的实践经验与建议1.充分了解设计要求和约束条件，明确设计目标。

2.注重桥梁结构的安全性、经济性和美观性。

3.灵活运用理论知识和计算软件，提高设计效率和精度。

4.充分考虑桥梁施工和维护的实际需求。

5.注重团队协作和沟通，发挥团队成员的专业特长。

五、结论桥梁结构设计大赛对于培养学生的创新能力、团队协作能力和实际工程应用能力具有重要意义。

在桥梁模型设计过程中，需要充分考虑桥梁的结构形式、设计要点、理论知识和计算软件的应用以及实践经验和建议。

第十六届全国大学生结构设计竞赛理论方案理论方案：基于传统建筑技术和现代结构设计原理上，结合竞赛要求与题目的特点，制定以下理论方案：1.竞赛背景及目标：在建筑结构设计领域，通过竞赛的形式，促进大学生专业技术水平的提高，激发创新潜能，培养团队合作意识和实践能力。

2.竞赛题目分析：根据竞赛官方发布的题目，深入理解并分析设计要求、限制条件、目标要求等。

3.结构设计目标：设计目标是在满足建筑功能和安全性的前提下，实现结构的稳定性、经济性和美观性的最佳平衡。

4.结构系统选择：根据题目的要求，综合考虑建筑空间布局、荷载特点和工程条件等因素，选择适合的结构系统，如框架结构、矩形平板结构、空间网壳结构等。

5.材料选择与使用：根据结构设计要求，选择具有良好力学性能、可靠性和经济性的材料，如混凝土、钢材、木材等，并合理设置材料的使用方式，以保证结构的强度和稳定性。

6.荷载计算与分析：根据建筑功能和使用要求，对荷载进行详细计算和分析，包括常规荷载（自重、活载、风荷载等）和特殊荷载（地震荷载、移动荷载等）。

7.结构分析与设计：根据荷载计算结果，进行结构的力学分析和构造设计，包括挠度计算、轴力计算、剪力计算、扭矩计算等，确定合理的结构尺寸和构造方案。

8.结构施工与施工工艺：根据结构设计方案，制定相应的施工工艺和施工程序，保障建筑结构施工的安全性和质量。

9.结构性能验算与优化：对完成的结构设计方案进行一系列的结构性能验算和优化，以确保设计方案的稳定性和经济性。

10.设计结果评估：根据设计方案，对结构的力学性能、施工工艺、经济性等方面进行评估，以得出设计成果的合理性和优劣性。

以上是对第十六届全国大学生结构设计竞赛理论方案的一个初步设计，具体实施时需根据题目的具体要求进行细化和调整。