重庆大学第五届全国结构设计大赛计算书
全国结构设计大赛计算书完整版
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?{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，使各杆件力分布更合理。
结构设计竞赛参赛设计说明书（附图纸）供参考
结构设计竞赛参赛设计说明书（附图纸）供参考设计竞赛设计说明书作品名称 ==============参赛队员 ========================================= 专业名称指导教师 =====================================⼆〇⼀四年理论分析计算书⽬录⼀、设计说明 (3)1、⽅案构思 (3)2、结构选型 (3)3、结构特⾊ (4)⼆、结构承重计算 (4)1、设计基本假定 (4)2、模型结构图 (4)3、弯矩内⼒计算 (5)4、剪⼒计算 (6)5、轴⼒计算 (6)6、计算成果应⽤模型设计 (7)三、模型简图 (8)四、参考⽂献 (9)⼀、设计说明根据竞赛规则要求，我们从模型制作的材料抗压特性，抗拉特性，加载形式和挠度控制要求等⽅⾯出发，结合赛会绿⾊环保的理念，采⽤⽐赛要求的230g⽩⾊卡纸、⽩乳胶、铅丝线精⼼制作出这款名为“语塞幻想”的塔吊模型。
1、⽅案构思塔吊模型⽀柱主要通过悬臂梁承受较⼤偏⼼荷载。
这就要求悬臂梁具有较强的抗弯性能，柱⼦需要较强的抗压和抗弯性能。
整个塔吊模型悬臂端处挠度值需⼩于50mm，因此在承载⼒满⾜要求的前提下，尽可能地控制结构的整体变形。
结合纸质杆件材料参数难以确定的特点（如杆件抗拉、压强度等），我们采⽤定性分析和试载实验相结合的⽅法来完成模型的设计制作。
2、结构选型按设计要求，结合塔吊的受⼒特征，模型柱⼦采⽤矩形截⾯空间桁架结构。
梁由底端的两道箱型细长梁以及连接⾄柱顶的斜拉结构组成。
因柱⼦在满载的⼯况下为偏⼼受压状态，C点加载5kg时，偏⼼距为e=M/N=341mm。
因此在柱受拉和受压⼀侧杆件布置可不等。
在斜拉材料的选取上，主要有铅丝线，纸带和细杆三种。
从⾃重⾓度上出发，铅丝线和纸带能⼤幅减轻结构⾃重。
但在三次试载实验中，我分分别采⽤加密斜拉联系的情况下，挠度控制效果不明显，C 点最⼩挠度⾼达90mm。
并且试载期间还出现斜拉结构绷直程度不均匀导致的结构扭转破坏。
第五届全国大学生结构设计竞赛优秀奖作品
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1. 结构选型
根据第五届全国大学生结构设计竞赛委员会提供的赛题，为达到承担竖向荷载和地 震水平动力荷载的目标，并考虑采用竹片制作的现实，本队以节省材料、承载力大、刚度 适合、美观为出发点，经过多次计算分析、实验研究，最终采用以框架斜撑为骨架的塔形 组合格构柱体系，如图 1 所示。
5.1 结点构造说明···························································23 5.2 铁块布置方案···························································23 5.3 水箱注水重量···························································24 6.材料表······································································24
2.3 近似模型 1----组合格构柱体系抗震设计····································6 2.3.1 计算参数··························································7 2.3.2 格构柱分肢长细比验算··············································8 2.3.3 格构柱稳定性强度验算 ·············································8 2.3.4 格构柱的分肢柱稳定性强度验算······································9 2.3.5 缀条（斜杆）验算··················································9
第五届全国大学生结构设计竞赛计算书概要
“龙麟杯”第十一届南京工业大学结构设计竞赛暨第五届全国大学生结构设计竞赛选拨赛设计计算书参赛队伍:菁竹之光作品名称:竹光永恒目录一.概述 --------------------------------- 1二.结构选型与建模 ------------------------- 1三.结构设计方案说明 ----------------------- 2四.结构几何与材料属性 --------------------- 5五.结构在静荷载和地震荷载作用下的计算 ----- 5(1恒载作用下内力和位移计算分析----------- 6(2恒载+地震作用下内力和位移计算分析------- 9一.概述此次竞赛模型规定为至少四层房屋结构模型,并且在模型顶部设有水箱。
模型要求总高度为100±0.5 cm,且至少具有四层结构,且每层净高不小于22cm。
模型底面尺寸不大于22cm ×22cm正方形平面,每层规定有效承载面积的范围和总承载面积。
其目的在于满足竞赛模型要求的情况下,应用空间结构力学的知识,设计出材料用量最少,同时能够满足足够的强度和刚度要求,并且能够抵抗模拟水平地震荷载的结构模型。
二.结构选型与建模考虑到结构需加载水平地震波,我们小组选择了框架结构。
因为框架结构空间分隔灵活,自重轻,有利于抗震,节省材料。
又框架结构侧向刚度较小,属柔性结构,在水平加速度的作用下,能够产生较大位移而不发生结构性的破坏,造成梁柱断裂或倒塌等后果。
结构模型效果图根据竞赛要求,加载方向通过抽签决定,所以模型外形采用了中心对称的方式,楼板均为正方形。
为了使重心尽量偏低,设计时在底层加载较多的铁块,并且顶层面积适当缩小。
结构立面图三.结构设计方案说明楼板设计说明:出于中心对称的设计,楼板采用了正方形的几何图形,每层楼板四周分别设置5mm×10mm的梁,嵌入方形柱内部。
因为铁块均匀分布,楼层中央将为压力重心,楼板下层受拉最大,故在楼层中间设置X型的梁,承载铁块分布的重量,并且铁块尽量沿四周分布。
结构设计大赛计算书
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。
(整理)全国大学生结构设计竞赛计算书.
目录1设计说明 (1)2总装配图 (1)3叶片设计及构件图 (2)4塔架设计、构件图及主要连接图 (3)4.1发电塔架设计 (3)4.2 结构几何与材料属性的确定 (5)4.3 塔身构件图 (5)4.4 主要连接图 (6)5水平风荷载计算 (8)6 结构变形计算 (9)6.1 有限元模型的建立 (9)6.2 分析假定 (10)6.3位移计算结果 (10)7结构承载力计算结果 (11)7.1强度验算 (11)7.2稳定性分析（对压弯柱） (12)8模型详图与材料预算 (12)参考文献 (13)1设计说明此次结构设计竞赛模型为定向木结构风力发电塔。
竞赛限定塔身高为800mm，叶轮直径为800mm。
竞赛目的是为了在满足竞赛要求的情况下，通过合理设计叶片形状和数目，使得风力发电机的发电效率最大，同时尽量保证发电塔的塔身结构材料消耗较轻，结构强度和刚度能够满足竞赛要求。
这需要综合运用空气动力学、结构力学和材料力学等相关的力学知识。
从结构刚度要求和节约材料角度出发，发电塔结构选择正三角形截面的格构式结构。
其具有较好的刚度，同时在视觉上，我们也希望以尽量少的杆件形成刚度较好的塔架结构，并通过合理的设计尽量减小杆件的截面尺寸，这样从各个角度观赏结构都具有较好的视觉效果。
我们设计的结构模型效果如图1所示。
图1 结构模型图（斜视图）2总装配图总装配图如图2所示，采用三片叶片，三片叶片之间角度为120度。
叶片与风电塔之间采用风叶连接件进行连接，风叶连接件的外轮廓尺寸为92mm。
图2 总装配图3叶片设计及构件图图3风力发电机测试系统风力发电机的功率和位移测试系统如图3所示。
在风力发电机的发电功率测试系统中，发电机功率采用功率计测量，负载为15欧姆。
风力发电机的效率和叶片对发电机产生的扭矩密切相关，其与电流强度、叶片的动力扭矩成正比。
图4叶片外轮廓图图5 叶片分段截面尺寸风力发电机叶片设计是风力发电机捕捉风能的核心部件，叶片设计的好坏直接决定了风力发电机的发电效率，是整个风力发电机系统最为关键的部分。
结构设计大赛计算书
结构设计与模型竞赛--体育场悬挑屋盖结构目录设计说明书1、方案构思及结构选型 (3)2、材料性能 (4)3、结构设计 (5)4、制作工艺 (6)5、特色处理 (7)设计计算书1、计算方法 (8)2、结构建模 (8)3、内力计算结果 (8)4、有限元参数影响分析 (9)设计说明书1方案构思及结构选型仔细阅读完竞赛细则，我们从模型设计的要求、模型制作材料的性能、加载形式和制作方便程度等方面出发，进行构思设计。
确定设计荷载至少为5kN、考虑到压杆长细比限制、拉杆的抗撕裂能力、纸的受拉性能、制作模具等因素，我们选定了格构形式，格构式构件是由众多杆件组成的梁杆系统，许多文献中对其稳定性分析是通过将格构式构件等效为实腹结构进行计算的，其等效方法是用等效实腹构件的长度代替格构式构件的实际长度。
就底座而言，如果能够使格构形式主要受轴力，那么不仅能在结构的稳定性上有足够的保证，对纸制圆柱受压性能的利用也能达到一个较好的效果。
在此基础上，我们联想到了工地上常见的塔吊，从这种机械的广泛应用本身就已很好的说明，对于如细则所述的悬臂，塔吊式结构的受力机理是很合理的。
如果能在此基础上作改进，相信能有一个较理想的结构形式。
但考虑到塔吊的实际工程运用与这次所要求的悬臂，我们考虑了方形柱与变截面柱两种不同的底柱形式如图：通过实验的比较，因工艺上存在的缺陷，我们没办法使变截面柱做到各柱基本都是受到轴力，在相同用料的基础上其长细比上比方形柱会差好多。
最终我们选定了方形柱。
对上方的悬臂梁，我们参照塔吊进行设计，尽量充分利用卡纸的力学性能。
通过实验我们发现当前臂与总长的比接近黄金分割比，顶柱与后臂接近等长的时候整个结构的受力机理较为合理。
2材料性能白卡纸作为模型材料，其力学性能特点是受拉性能良好，抗撕裂能力差，抗压稳定性差。
将纸折成圆筒并用乳胶粘结后，可承受一定的压力，但受长细比的限制，多为压杆失稳状态的受力破坏，可承受一定弯矩。
乳胶的粘接性能：纸带对接时强度约降低50％，纸带侧接时，强度较高，认为与原材强度相同。
结构设计大赛(桥梁)计算书
桥梁结构设计理论方案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。
在拱脚处处理时，先粘结一个小的木块，让后用铁夹子施加很大的压力，保证连接能足够牢固。
乳胶粘接时要不断用电吹风间断性地吹风，使其尽快形成粘接力，达到强度的70%（基本固定）后即可让其自行风干。
第五届全国大学生
2. 而二至四层斜撑刚度较小，柔度较大，考虑其有转动的趋势，所以将斜撑设为铰接。 3. 另外，底层斜撑与柱连接时可能产生转动，所以设为铰接，而与地梁连接时，由于地 梁刚度比斜撑大很多，所以可视为刚接，这点在利用结构力学求解器时，得到验证。
第五届全国大学生 结构设计竞赛 计算书
参赛学校：安徽建筑工业学院 作品名称：竹之韵 参赛队名称：垤樽 参赛队员：卢光天 任席江 姜婷婷 指导老师：郝英奇
目录
1.设计说明
…………………………………………… 1
1.1 设计理念
…………………………………………… 1
1.2 结构选型
…………………………………………… 1
4.计算书
…………………………………………9
4.1 计算方法和计算模型假设 ……………………………………9
4.2 模型计算荷载分析及截面性质分析……………………………10
4.3 材料力学性能 ………………………………………………11
4.4 结构内力分析计算 …………………………………………16
4.5 结构强度、刚度验算„„„„„„„„„„„„„21
2.方案图
…………………………………………… 2
2.1 结构整体布置图 …………………………………………… 2
2.2 节点详图
…………………………………………… 3
2.3 铁块分布详图及水箱注水量……………………………………………………………………5
3.模型加工图及材料表 ……………………………………………6
在所有的结构形式中，金字塔型建筑是最轻最稳定的一种结构形式之一，本设计从金字 塔型建筑出发，充分利用了三角形的稳定性。考虑到比赛中结构先后受到竖向荷载和侧向荷 载，其中以侧向荷载为主要控制荷载，模型结构选择了框架和柱间支撑构成框架-支撑体系， 由框架结构主要承受竖向荷载，支撑体系来承受侧向荷载，保证结构有足够的侧向刚度，以 控制其侧向位移在规定限制内。
结构设计大赛设计方案与计算书
结构设计方案与计算书承受运动载荷的不对称双跨桥梁结构模型设计时间：2012/5/2一、设计方案根据竞赛规则要求，我们从模型的用材料特性、加载形式和制作方便程度等方面出发，采用组委会提供的桐木作为结构的原材料，白乳胶作为粘接剂，精心设计了该不对称双跨桥梁结构模型。
1.结构体系主体为拱桥+斜拉桥组合结构体系：采用拱形架和斜拉索的组合，作为桥梁的承重系统，承担结构的整体受弯、受压和抗剪。
2.连接方式节点与支座处的连接为刚性连接，绳索与桥面的链接可视为铰连接。
3.节点设计桥体杆架间的连接节点处，根据抗剪抗弯的需要，各个节点采用紧密配合、胶合加固，以提高节点处的强度和稳定性。
4.制作处理a)桥墩采用加固双墩结构，通过增加三角形连接杆增强其稳定性；b)在立柱和桥梁之间加斜梁以提高整个结构的稳定性c)在结构制作完成后在表面刷上一层薄薄的乳胶，增加材料的抗弯性能，还避免材料本身的一些缺陷成为应力集中点5.设计假定a）桐木材质连续均匀；b）梁与立柱以及梁与梁之间节点视为刚性连接；桥梁和加载台接触处视为固定铰支座；c）加载时，载荷以集中力和均布载荷的形式作用在横梁上；d）杆件计算时采用钢架结构的计算模式；绳索视为拉杆进行计算。
根据以上假定，通过工程力学相关知识建立计算简化模型，以求得的内力和位移作为构件设计的依据。
方案图如下：图一结构设计主视简化图图二实际尺寸标注图三横向面结构尺寸简图各柱的长度尺寸如上图所示,在实际制作过程中可能存在略微的误差。
材料表：图一中，白色线代表塑料包装绳，黄色线代表桐木杆；图三中材料皆为桐木杆。
二、计算书(一)桐木的力学性能根据试验数据，每次试验有三组试验数据，采用有效数据的平均值，根据弹性理论计算桐木的弹性模量E.1.拉伸试验: (1)2*2木杆:1E =F*L(l *A)=107*70/(2*2*0.68)=2.75GPa ，[1σ]=107÷4=26.75MPa ；2E =F*L(l *A)= 138*70/(2 *2*0.83)= 2.91GPa ，[2σ]=138÷4=34.5MPa ；3E =F*L(l *A)=185*70/(2*2*0.95)=3.4GPa ，3[]σ=185÷4=46.25MPa ；E =3.02GPa ，平均拉伸许用应力[σ]=35.8. (2)2*4木杆:1E =F*L(l *A)=365*110/(2 *4* 1.5)=3.34GPa,[1σ]=365÷8=45.62MPa ；2E =F*L(l *A)=430*110/(2 *4 * 2.6)=2.27GPa,[2σ]=430÷8=53.75MPa ；3E =F*L(l *A)= 450*110/（2*4*2.65）=2.33GPa ，3[]σ=450÷8=56.25MPa ；E =2.65GPa ，平均拉伸许用应力[σ]=51.87MPa. (3)10*2木杆1E =F*L(l *A)=550*110/(2 * 10* 4.1)=737 MPa,[1σ]=550÷20=27.5MPa ；2E =F*L(l *A)=650*110/(2 * 10*5.7)=627MPa,[2σ]=650÷20=32.5MPa ；3E =F*L(l *A)= 610* 110/(2 *10*5.7)=588MPa,3[]σ=610÷20=30.5MPa ；E =651 MPa, 平均拉伸许用应力[σ]=30.17MPa.由以上计算数据可以得出，截面越大，计算得到的拉伸弹性模量越小。
全国赛吊脚楼-计算书修订
前言据统计，全球每年平均发生800多万次左右的泥石流和山体滑坡。
如果泥石流发生在人类居住区，就可能造成严重的泥石流灾害。
重庆是泥石流、山体滑坡等地质灾害较为严重的地区之一，这些自然灾害是大自然向工程人员提出的一个重大挑战，如何提高吊脚楼建筑抵抗这些地质灾害的能力，是工程师们应该想方设法去解决的问题。
本次结构设计竞赛以模拟吊脚楼建筑抵抗泥石流、滑坡等地质灾害为题目，具有重要的现实意义和工程针对性。
根据大赛要求，我们采用结构设计软件结构力学求解器和SATWEY，经过多次优化，最后采用了直筒式框架－支撑和框架—拉条组合结构体系，该体系是在平面尺寸保持不变的直筒式框架结构的基础上，在其上部布置预应力拉条而成。
本计算说明书主要从结构方案、材料力学性能、计算方法和基本假定、结构分析四个部分进行阐述。
在材料力学性能实验的基础上，我们采用结构分析软件SATWEY，分别对制作的模型分别进行了反应谱分析和时程分析，并采用质量球冲击模拟泥石流或山体滑坡。
分析和试验结果表明，直筒式框架－支撑和框架—拉条组合结构体系既能充分利用竹材的抗拉性能，又具有良好的稳定性和优异的抗冲击性能。
第1章结构方案1.1 设计构思1.1.1 选择合理的结构形式形式服从功能，建筑物应适应时代的要求，注重功能，力求发挥和表现结构与材料的美学特点是我们追求的目标。
此多层房屋结构设计方案的选择，很大程度上取决于结构形式的选择。
在追求功能和外观的同时，我们着重考虑了结构体系的合理性，经济性和实用性。
结构设计，应以“安全，高效”为核心，力求“创新，经济，质轻，美观”。
结构主要承受冲击荷载影响。
比赛中采用的三级冲击荷载分别对应实际情况中的小、中、大等级泥石流和滑坡。
如何使结构在兼顾美观、经济的同时满足各级冲击荷载下的功能要求，成为我们着重考虑的问题。
1.1.2 关于模型设计的若干考虑在满足强度和稳定的前提下，对结构起控制作用的变量主要是模型自重、楼层高度设置以及竖向荷载在楼层间的分布。
第五届全国大学生结构设计竞赛优秀奖作品 (3)
带屋顶水箱竹质多层房屋设计方案【摘要】本作品严格按照“第五届全国大学生结构设计竞赛”要求，采用组委会提供的各种规格竹材及胶水的力学特性，以获得最理想的效率比为结构设计目标，根据结构设计动力学和静力学理论，通过一系列的试验摸索和反复计算，逐步对方案分析和优化，在结构自重、楼层荷载分布的高度和重量、所能承受的最大地震波加速度峰值等四个方面进行最优组合，经过数月的努力，精心设计并制作了符合竞赛要求的结构模型——挺然。
【关键词】木竹结构多层房屋结构地震波效率比目录目录 (III)1.设计思路 (1)2.模型方案 (2)2.1结构方案 (2)2.2铁块布置 (5)2.3水箱设置 (5)3.理论计算 (6)3.1模态分析 (6)3.2静力分析 (8)3.3动力分析 (14)4.试验研究 (15)4.1材料试验 (15)4.2振动台加载 (16)5.施工要素 (16)5.1下料及构件制作 (16)5.2组装 (17)5.3其他 (17)6.结论 (17)1.设计思路本次赛题为制作多层竹质房屋结构，结构顶部及各层楼面分别放置水箱和附加铁块，利用小型精密振动台系统模拟水平地震作用对结构进行加载，考察其承载力。
通过对赛题的深入理解，我们从以下几个主要原则着手设计：✧结构材料特点：充分利用赛题所给出的竹制材料所具有的良好的拉、压性能，同时，运用竹皮可以方便的裁制出各类所需要的杆件截面，制作出得杆件具有良好的柔韧性。
达到结构“柔而不坏”的特点✧结构动力特性：针对加载的三条地震波，经反应谱分析可知，峰值反应谱频率主要分布在2～6Hz范围内。
为此，从减小结构的地震作用的角度出发，应尽可能使结构主要自振频率避开此区间。
考虑到结构做的刚度较大将无形中会增加材料的用量，所以我们争取将结构的第一阶自振频率控制在2Hz以下。
✧结构节点要求：自振频率的降低必然会使结构趋柔，从赛题规则来看，对结构变形未提出要求。
变形的大小不会影响成绩。
第五届全国大学生结构设计大赛作品
“PKPM”杯第五届全国大学生结构设计竞赛计算书摘要“PKPM”杯第五届全国大学生结构设计竞赛参赛作品——“竹”，欲学竹之挺拔，PK竹之坚韧，能矗立于大震之后。
该作品采用仿生设计。
柱脚仿竹之根须，分散粘接于底板，锚固可靠；柱身仿竹之躯干，为中空截面，上细下粗，受力合理；梁柱节点仿竹之竹节，连接牢靠，韧性好。
根据竞赛规则和地震波特性，合理设计了结构形式和铁块放置方式，形成了上部水平刚度小，下部水平刚度大，同时兼顾稳定性的结构体系。
在满足竞赛所有要求的前提下，经多次计算、试验和优化，作品“竹”在平面上呈边长141mm的正方形，每层有4个矩形箱型截面主梁，并由4个三角形箱型截面柱支撑；为布置更多铁块，在第三层上采用了悬挑梁，以扩大楼层面积；在立面上，布置了一些控制结构水平刚度和提高稳定性的斜向和水平支撑。
考虑材料的离散性和制作工艺的误差，作品“竹”的自重为78±5g，承载27±3kg铁块和满载的水箱，其有效承载面积为648cm2，能成功抵御竞赛给定的各级地震作用。
总之，作品“竹”造型简洁、工艺精美、受力合理、结构材料效率比高，实现了模型自重轻、抗震性能好的目标。
目录1设计说明 (2)2 结构选型 (3)3 结构建模及主要计算参数 (4)3.1 分析假定 (4)3.2 材料特性、几何模型 (5)3.3 静、动力荷载参数 (6)3.4 有限元模型的建立 (7)4 结构受荷分析 (8)4.1 结构静力分析 (8)4.2 结构动力分析 (9)5 节点构造 (12)5.1 支座节点 (12)5.2 相贯节点 (12)6 模型加工图及材料表 (13)6.1 模型加工图 (13)6.2 材料表 (15)7 铁块分布详图 (16)7.1 铁块分布详图 (16)7.2 水箱注水重量 (18)附录：参赛作品“竹”设计图1 设计说明“PKPM”杯第五届全国大学生结构设计竞赛结构设计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。
结构设计大赛计算书
一、设计要求竞赛模型为竹质单跨桥梁结构，采用竹质材料制作，具体结构形式不限。
1.几何尺寸要求(1) 模型长度：模型有效长度为1200mm，两端提供竖向和侧向支撑。
对于竖向支撑，每边支撑长度为0-70mm。
(2)模型宽度：在模型有效长度范围内（中央悬空部分），模型宽度应不小于180mm，最宽不应超过300mm；在支座范围内，宽度不限，但不应超过320mm 。
(3) 模型高度：模型上下表面距离最大位置的高度不应超过400mm；为方便小车行驶，中央起拱高度不应超过40mm；端部支座位置处的高度不应超过150mm。
2.结构形式要求对于结构形式没有特定要求，桥面设置两个车道，每个车道宽不得小于90mm，车道之间不能有立柱、拉索一类的构件。
结构可以仅采用竖向支撑的方式，也可以采用竖向和侧向同时支撑的方式来实现约束。
3.材料(1)竹质：用于制作结构构件。
有如下两种规格：竹子规格（单位：mm）材料2 mm×2 mm×1000mm竹子2 mm×4 mm×1000mm 竹子2 mm×6 mm×1000 mm竹子4 mm×6 mm×1000mm竹子1 mm×55 mm×1000 mm竹子竹子力学性能参考值：顺纹弹性模量1.0×104MPa，顺纹抗拉强度30Mpa。
(2) 502胶水：用于模型结构构件之间的连接。
二、结构选型拱桥桥梁的基本体系之一，建筑历史悠久，外形优美，古今中外名桥遍布各地，在桥梁建筑中占有重要地位。
它适用于大、中、小跨公路或铁路桥，尤宜跨越峡谷，又因其造型美观，也常用于城市、风景区的桥梁建筑。
根据不同的分类标准，可以分为不同的类型。
按拱圈(肋)结构的材料分：有石拱桥（见石桥）、钢拱桥、混凝土拱桥、钢筋混凝土拱桥。
按拱圈（肋）的静力图式分：有无铰拱、双铰拱、三铰拱（见拱）。
前二者属超静定结构，后者为静定结构。
结构设计荷载计算（重庆大学毕业设计）
结构设计荷载计算（重庆大学毕业设计）第一篇：结构设计荷载计算(重庆大学毕业设计)3.荷载计算砖：18KN/m3 加气砼砌块墙：4.9KN/m3 水泥砂浆：20KN/m3 钢筋砼：（24~25）KN/m3 素砼：（22~24）KN/m3 墙面：贴瓷砖墙面（25mm厚（包括水泥砂浆打底）0.5KN/m2 屋面：油毡防水层：一层油毡刷油两层：0.05KN/m2 活荷载：2.0KN/m2 3.1楼面荷载3.1.1普通房间楼面恒载：做法说明：1，清水砼楼面板(100mm) 2，20厚1：2水泥砂浆结合层(面刷水泥浆一道)(20mm) 3，800*800地面砖(20mm) 计算式：0.1*25+0.02*20+0.02*22=3.34KN/m2 楼面活载：2.0KN/m2 3.1.2卫生间楼面恒载做法说明：1，清水砼楼面板（100mm）2，1:2mmJS防水涂膜(1.2mm) 3， 1:3水泥砂浆保护层。
（20mm） 4，炉渣回填（300mm）5， 1:3水泥砂浆找平（20mm）6，1:2水泥砂浆结合层（面刷水泥砂浆一道）（20mm）7，300*300防滑地砖（13mm）计算式：0.1*25+0.0012*4+0.02*20+0.30*15+0.02*20+0.02*20+0.013*22=8.49KN/m2 卫生间活载： 2.0KN/m2 3.2屋面荷载3.2.1屋面恒载：做法说明：1，现浇砼屋面板（100mm）2， 1:6水泥礁渣找坡（平均厚度50mm） 3， 1:3水泥砂浆找平层（20mm） 4，泡沫砼碎块保温层（100mm） 5， 1:3水泥砂浆找平层（20mm） 6， SBS改性沥青防水卷材（4mm） 7， 1:3水泥砂浆保护层（20mm）8，刚性屋面（60mm）计算式：0.1*25+0.05*15+0.02*20+0.1*8+0.02*20+0.004*12+0.02*20+0. 06*25=6.798KN/m2 屋面活载：2.0KN/m2 3.3梁上线荷载 3.3.1清水墙面加气混凝土砌块墙(200mm)： 0.2*3.6*4.9=3.53KN/m 实心砖墙（卫生间）（200mm） 0.2*3.6*18=12.96KN/m 3.3.2抹灰面（单面水泥砂浆20mm） 0.02*3.6*20=1.44KN/m 3.3.3外墙涂料做法说明：1，基层墙体2，界面砂浆（2mm） 3，无机保温砂浆（8mm）4，满挂玻纤网（5mm抗裂砂浆复合）5，柔性耐水腻子(1.5mm) 6，外墙涂料（二遍3mm）计算式：(0.002+0.008+0.005)*3.6*20+(0.0015+0.003)*3.6*9.8=1.24KN/m 3.4屋面梁线荷载 3.4.1梁宽350mm 6.798KN/m3*0.35m2=2.8kn/m 3.4.2梁宽200 6．798KN/m3*0.2=1.34kn/m 3.4.3墙高2.4米下梁荷载0.2*4.9*2.4+(0.02*2.4*20)*2=4.272KN/m第二篇：荷载与结构设计方法《荷载与结构设计方法》1-本课程的工程应用现状和前景：⑴根据全国高等学校土木工程专业指导委员会制定的土木工程专业本科培养方案，工程结构荷载和可靠度设计方法应作为土木工程专业本科生必备的基础知识，一个土木工程领域的工程师，应当掌握各类工程结构荷载的类型及取值方法、工程结构可靠度原理及设计方法。
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第五届全国大学生结构设计竞赛计算书
1． 概念设计 1.1 设计概况 本结构模型是以竹皮为原材料制成的多层结构。结构总高度为 1000mm，共有四层，本
模型底面尺寸为 160mm*160mm。模型可以承载 30kg 铁块。模型底部设有摩擦隔震支座， 在地震中可以发生滑移，通过滑动现象隔断一定的地震输入，并利用滑动产生的摩擦阻力作 为阻尼力，通过摩擦及结构摇摆耗能来共同减小结构的地震响应[1]，以提高结构抵御地震的 能力。模型顶部设有屋顶水箱，装有 17cm 深的水，使得通过水箱中水的晃动降低结构的地 震响应。整体结构恰似一艘“陆上方舟”，度.................................................................................................... 5 2.1.2 底部摩擦试验................................................................................................................ 5 2.1.3 构件试验........................................................................................................................ 5 2.1.4 结构阻尼比的确定........................................................................................................ 6 2.1.5 地震波反应谱分析........................................................................................................ 7 2.2 计算机动力仿真试验........................................................................................................... 8 2.2.1 计算假定及主要计算参数............................................................................................. 9 2.2.2 纯框架模型................................................................................................................... 10 2.2.3 隔震框架模型............................................................................................................... 11 2.2.4 水箱隔震框架模型....................................................................................................... 11 2.2.5 结构动力特性分析...................................................................................................... 11 2.2.6 动力时程分析.............................................................................................................. 14
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第五届全国大学生结构设 计竞赛计算书
参赛学校：重庆大学 参赛作品：陆上方舟 指导老师：贾传果 参赛队员：柳晓晨 段炼 刘希
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目录 1． 概念设计
1.1 设计概况............................................................................................................................... 2 1.2 方案构思............................................................................................................................... 2 1.3 结构选型............................................................................................................................... 3 1.4 铁块布置图........................................................................................................................... 4 1.5 结构特色总结....................................................................................................................... 4 2． 抗震计算 2.1 计算前准备工作................................................................................................................... 5