纸凳子结构设计理论方案
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纸凳子模型结构设计理论方案
作品名称 我的结构,我做主
参赛院系 建筑与工程学院
参赛队员 尚方方 、 司建羊 、 吕正浩
专业名称 建筑工程 、 建筑工程 、 建筑工程
指导教师 朱忆鲁
竞赛组织委员会
二○一二年
【摘 要】依据“辽宁工程技术大学第四届大学生结构设计竞赛”竞
赛要求,在充分利用纸、线、胶的力学性能的基础上,以结构重量最
轻,跨中静荷载承载力最大为结构设计目标,设计制作了符合竞赛要
求的结构模型——“我的结构,我做主”。通过结构设计、理论分析、
模型设计及试验分析等一系列过程,对“我的结构,我做主”结构方
案进行优化,并以此结构模型参加竞赛。
目 录
1.参赛依据
2. 方案设计
2.1 建筑构思
2.2 结构选型
2.3 结构图设计
3. 模型设计
3.1 构件几何尺寸及数量
3.2 模型制作工序
1.参赛依据
本参赛方案是根据“辽宁工程技术大学第四届大学生结
构设计竞赛”组委会颁布的通知组织设计的。
2.方案设计
2.1 建筑构思
“我的建筑,我做主”是根据比赛要求而做成的。由于
制作的是板凳,在现有的板凳中寻找灵感,所以我们在主杆
上的要求比其他杆高,主要是增加了其厚度和直径,以便在
测量时不易被压倒。其次我们也考虑了结点的问题,比赛中
加重肯定会高,这样结点不一定能支持住重量,所以又在每
一面加了一个长杆和一个垂直的小杆,加上这两个杆也保证
了整体结构的稳定性。同时,也分担了主杆的一部分力,使
结构更加坚固。
2.2 结构选型
结构使用的主要材料是纸、线、胶,与以往每次竞赛的
相同。因此,我们的设计计算假定纸、线力学性能指标分别
见表1和表2。
表1 230克白卡纸弹性模量和极限应力
名称种类 层数 层厚/mm 弹性模量/N·mm2 备 注
230克白
卡纸
1 0.3 1459 受压计算时需考虑长细比对
稳定的影响
表2 蜡线极限拉力
股 数 1 2 3 4 5 8
极限力
(N)
48 110 168 207 225 232
充分利用纸、线的抗拉强度,防止整体和局部失稳是结
构方案设计的出发点。
模型结构受到固定荷载的作用,为了使杆件结构受到的弯矩
最小,并充分利用纸、线的抗拉强度受力优势,方案采用上
部分承重,把力分散到各个斜杆件,使中间长杆基本不受作
用,再加上线的组合,有效的防止受压杆件的失稳问题,增
加结构的整体受力性能,使整个结构的受力均匀和变形协
调,提高压杆的欧拉临界力,增强其稳定性,更完美的保护
桥身。
杆件的形状,根据受力特点而不同,上部受压的杆件受
力大,采用圆筒的形状;下部主要受压的杆件采用等边三角
形的形状。根据受力大小确定各杆件的直径和尺寸
在结点处,杆件与杆件之间紧密对接,并用蜡线很好的
固定,确保结构的稳定性。
3. 模型设计
3.1 构件几何尺寸及数量
构件下料的几何尺寸及数量见下表。
构件几何尺寸及数量表
位置 内直径(mm) 外直径(mm) 展开面尺寸H×B(mm×mm) 数量
斜杆 12 16 200×515 4
横杆 6 8 100×180 8
纵杆
12 16 900×100 5
小杆 - - 30×140 4
纸的展开平面图
卷成后的纸杆图
3.2 模型制作工序
(1) 模型下料;
(2) 模型构件的制作(斜杆→节点块→横杆→纵杆→承
重线);
(3) 纵横杆的连接,纵横杆与节点快的连接;
(4) 斜杆的上部连接,与下部节点块的拼装;
(5) 在纵横杆上设置承重线;
(6) 纵横杆位置的固定,;
(7) 承重结构的尺寸校核与节点固定。