结构设计竞赛模型制作的方法与技巧
1全国大学生结构设计竞赛-赛题讲解
1(图中各加载点砝码数量和支座标高以比赛现场确定的参数为准，此图仅为示意) 15
1
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一二级加载为静荷载
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三级加载为动荷载
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模拟球在不同位置的荷载
1
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a.下图所示规避区内不得出现结构物
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支座竹板无需模拟，结构与竹板连接处可设置为铰接
左右各50mm处的桥下净高不做要求，桥 上标高无限制。
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演示NIDA如何添加荷载工况
如何添加荷载
1
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演示NIDA如何进行分析和杆件设计
只需要做两种分析
• 线性分析 – 强度和刚度 （应力比<1) • 特征值屈曲分析 – 稳定性 (刚性体系失稳系数>1， 柔性体系另外判断)
1
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可知：最大应力比均未超过1，故一级加载通 过。
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演示NIDA如何设置与检查
竹索两端要铰接，只允许受拉
1荷载工况部分：由于参数未定，荷载工况数量较多。此处一二三级荷
载各举一例进行陈述。
加载点 A1 A2 B1 B2 C1 C2 D1 D2
一级加载
加载重量（N） 135 65 125 75 115 85 105 95
加载点 A1 A2 B1 B2 C1 C2 D1 D2
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二级加载：
第二级加载，共分为两个步骤：
(1) 步骤一：保持C加载截面的C1、C2加载点静载不变，从其左侧加载点（A1、 A2、B1、B2）或右侧加载点（D1、D2）中任选一个加载点，将该加载点
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。
219331540_大学生结构设计竞赛木塔模型方案设计及优化
1绪论大学生结构设计竞赛是教育部、财政部首次联合批准发文（教高函[2007]30号）的全国性9大学科竞赛资助项目之一。
大学生结构设计竞赛是一种培养创新意识、合作精神和工程实践的学科类竞赛，也是土木工程学科学生实践竞赛最高级别的赛事。
学生通过合理运用物理力学结合竹皮材料性能[1]等知识得到最终结构模型。
结构竞赛的发展有利于激发学生的主观能动性和独立性。
更有利于培养学生思维创造能力和实践动手能力。
2赛题简述本届大学生结构设计竞赛以应县木塔为依托，要求制作一座每层含8个挑檐加载点的三层木塔结构。
此外，木塔模型的尺寸还应保证处于规定的内外规避区范围内，且木塔各层外边界尺寸由低往高逐渐减小。
并规定在一定时间内完成模型制作。
其中外部挑檐和塔顶是比赛荷载加载点。
包括一级荷载的8个荷载点的竖向压力，主要是模拟木塔结构的抗压性能和抗拉性能。
二级荷载的2个荷载点的顺时针扭转力，模拟木塔结构的抗扭转性能。
三级荷载的1个荷载点固定方向的水平力，模拟木塔结构的抗拉性能。
每级荷载需维持10s 则算通过。
若在荷载期间模型出现垮塌或严重变形则算失败。
3杆件确定3.1杆件受弯性能分析以木塔整体结构上来看，梁的弯曲形变最大，若梁发生过度弯曲，则会导致模型整体发生形变，形变严重时甚至会导致模型垮塌。
当没有荷载时梁的下侧纤维受拉，上侧纤维受压。
从弯曲角度强度上考虑，合理的截面形状能够实现自身质量轻，抗弯能力强的特点。
经过多次的观察，发现矩形截面比圆形截面在相等的抗压环境下更加合理客观，且整体的质量相对较轻。
3.2杆件强度分析竹皮纸分为顺纹，横纹和斜纹三个方向，顺纹方向的抗拉强度，抗压强度最大，横纹方向最小。
顺纹的抗剪强度最小，而横纹最大，纹理交叉的相邻单板使得每个方向的强度都相对比较均衡，结合王汉坤[2]不同含水率对竹材的影响，表明得出当竹材中的含水率上升时，顺纹抗压、弯曲强度会下降，顺纹拉伸能力会加强。
但考虑模型在整体质量上有一定的要求，所以采用面板为单层竖纹竹皮纸每隔一定的间距横向设计竹制拉条，是面板竖向，横向强度都有均衡。
建筑模型制作技巧和方法
建筑模型制作技巧和方法建筑模型是建筑设计过程中必不可少的一个环节，它能够更直观、更立体地展示建筑设计效果，帮助设计师更好地沟通和交流设计理念。
然而，建筑模型制作并不是一件简单的事情，它需要设计师有一定的功底和技巧，并且需要耗费大量的时间和精力。
本文将介绍建筑模型制作的一些技巧和方法，帮助设计师更好地完成建筑模型制作。
一、选材与切割在选材方面，建议使用易于加工的材料，如泡沫板、木板、铝塑板等。
在切割材料时应该注意刀具的选择，尽可能选用精细的工具，如高速钢刀片、电动切割机等。
在切割时，要保证手稳、眼准、力均，尽量避免切割过深或过浅，制作出平整、光滑的材料。
二、折弯与拼装在建立完单个零部件之后，需要将其按照设计效果进行折弯、拼接。
在折弯过程中，要保证力度均匀、折弯弧度、角度准确。
在拼接过程中，要注意构造的合理性和稳定性，确保结构能够稳固地承受外力。
三、表面涂装表面涂装是建筑模型制作中很重要的一个环节。
通过表面涂装，能够更直观地展示出建筑模型的设计效果。
在涂装时，要注意使用无毒、无味、无害的材料，如卡纸、色纸等。
同时也要注意色彩的搭配及涂布的均匀性，使整个模型更有美感。
四、配件与灯光配件和灯光也是建筑模型制作中常用的手段，能够更好地突出建筑模型的特点。
例如，在制作公园模型时，可以通过添加树木、草坪等配件来增加模型的逼真度。
在制作城市模型时，可以通过加装背景灯光、镜面等灯光效果来突出模型的主题。
五、尺寸与比例在建筑模型制作中，尺寸和比例的掌握是至关重要的。
要保证模型的尺寸准确，比例匀称。
如果尺寸、比例出现错误，将会影响整个模型的效果。
尤其是在制作摩天大楼、桥梁等较大型的建筑模型时，更应该注意掌握好尺寸和比例。
六、创意与设计在建筑模型制作过程中，创意和设计也是非常重要的。
要根据设计理念，运用一定的创意，打破原有的思维旋律。
不同的设计理念，会带来不同的创意和设计方案，为模型的制作增添更多的精彩。
七、学习与实践最后，建筑模型制作也需要不断学习和实践。
大学生结构设计大赛指导
大学生结构设计大赛指导一、采用的材料及其性能1.白卡纸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，抗弯压能力近似为零。
但将纸卷成筒状或并用乳胶粘结后，可承受弯矩并可承受一定的压力，但受长细比的限制，多为压杆失稳状态的受力破坏，所以受压杆的长度不宜过长。
2.乳胶乳胶的粘接性能：粘结力强，满足结构受力特点，但湿度大，不易干燥，干燥后硬度大，容易产生脆性破坏。
纸带对接时强度约降低50％，纸带侧接时，强度较高，能够达到与母材强度相同。
二、方案理论分析包括：设计说明书、计算书和方案图。
设计说明书应包括对方案的构思、布局、功能、结构选型及其他有特色方面说明；计算书应包括计算模型、荷载分析、内力分析、承载能力估算等。
方案图应包括结构整体布置图、主要构件详图和方案效果图。
三、制作技巧1.准备工作1.1 材料性质的初步认识如常用的材料：230g白卡纸，他的含义是：每张A0纸重230g。
此类纸不同区域都略有不同，但大体还是一样的。
如重量，强度等。
在制作模型过程中，需要注意的几点有：a.白卡纸的保护问题：刚买好的纸务必好好保管，最好有足够大的地方将其平摊，上面再用东西盖一下，以免受潮。
注意不要伤着白卡纸，一旦上面有折皱，这张纸基本上就废了，因为受伤的纸强度会降低很多。
b.顺纹和逆纹：仔细观察白卡纸会发现顺、逆纹的差别。
一般来说，沿长边方向是顺纹，沿短边方向是逆纹。
讨论顺和逆的差别基于两点：第一主要是施工上的因素，沿顺纹剪裁要方便得多，也更顺手些；第二，强度上的因素，顺纹方向强度稍大于逆纹方向。
因此，在制作构件过程要尽量注意沿顺纹裁剪。
c.光滑面与粗糙面：白卡纸一般是一面为光滑面，一面是粗糙面。
用粗糙面粘结效果会更好，因为表面的粗糙不平，将增加结合处的咬合力，也就增加了粘结力。
d.湿度的问题：在夏季潮湿季节里，白卡纸易受潮，制作的构建强度会降低，因此需好好保养。
建议在制作构件及拼装结构的时候准备个电吹风。
结构设计大赛桥梁模型
结构设计大赛桥梁模型摘要：1.引言2.桥梁模型结构设计要点3.材料选择与性能要求4.桥梁模型施工与搭建技巧5.桥梁模型美观性与实用性兼顾6.总结与展望正文：结构设计大赛桥梁模型是一项极具挑战性和实用性的任务。
为了打造出一座既美观又实用的桥梁模型，我们需要遵循一定的设计原则和技巧。
本文将详细阐述桥梁模型结构设计的关键环节，以帮助参赛者更好地完成这项任务。
一、引言随着科技的发展和人们对创新意识的不断提高，结构设计大赛愈发受到关注。
桥梁模型作为大赛中的一类热门项目，既考验了参赛者的创新能力和结构设计水平，也展示了我国在桥梁建设领域的综合实力。
二、桥梁模型结构设计要点1.稳定性：桥梁模型的首要任务是确保稳定性，参赛者需要充分了解各种桥梁结构的受力特点，使设计的桥梁模型在承受外部荷载时能够保持良好的稳定性。
2.承载力：桥梁模型的承载力是评价其性能的重要指标。
参赛者应充分考虑桥梁模型的受力分析，确保其在规定荷载范围内不会发生破坏。
3.经济性：在保证桥梁模型安全稳定的前提下，参赛者还需兼顾其经济性。
可以通过优化结构、选择合理材料等方式降低成本，使桥梁模型更具竞争力。
三、材料选择与性能要求1.材料选择：桥梁模型材料的选用应根据实际工程需求和大赛规定，选择力学性能好、重量轻、成本低的材料。
常见的材料有铝合金、塑料、木质等。
2.性能要求：所选材料的性能应满足桥梁模型的受力要求。
例如，具有较好的抗弯、抗扭、抗剪等力学性能。
此外，还需考虑材料的耐候性、耐磨性等性能。
四、桥梁模型施工与搭建技巧1.按照设计图纸进行制作，确保各部件尺寸和形状符合要求。
2.采用合适的连接方式，使桥梁模型各部件牢固结合，减少安全隐患。
3.注意细节处理，如倒角、打磨等，以提高桥梁模型的美观性。
4.在搭建过程中，参赛者应密切关注桥梁模型的稳定性，及时调整不符合受力要求的结构。
五、桥梁模型美观性与实用性兼顾1.外观设计：在保证桥梁模型安全实用的基础上，参赛者可以发挥创意，设计出独具特色的桥梁模型。
结构设计竞赛中模型工艺与制作方法研究
（ 赣州 中学 ， 江西 赣州 摘 ３ ４ １ ０ ０ ０ ） 要： 以“ 第二届登峰杯全 国中学生结构设计竞赛” 命题 为背景 ， 通过对材料 性能 、 结构选 型、 节点连接方 式
等 方面进行研 究， 针 对杆 件在 制作 与加 载过程 中所 出现 的问题进行 分析 ， 并结合 实际情 况提 出相应的优化 形式 ， 对 不 同条 件 下 的模 型 制 作 具 有 指 导 意 义．
网络 出版 地 址 ： ｈ ｔ ｔ ｐ ： ／ ／ ｋ ｎ ｓ ． ｃ ｎ ｋ ｉ ． ｎ ｅ ｔ ／ ｋ ｃ ｍ ｓ ／ ｄ ｅ ｔ ａ ｉ ｌ ／ ３ ６ ． １ ３ ４ ６ ． Ｃ ． ２ ０ １ ７ １ １ ０ ８ ． １ ６ １ ７ ． ０ ０ １ ． ｈ ｔ ｍｌ
第 ６期
黄 祖伟 ， 黄焕 椿 ， 刘＿ 伟康 ， 等
收 稿 日期 ： ２ ０ １ ７—０ ９—１ ０
ＤＯ Ｉ ： １ ０ ． １ ３ ６ ９ ８ ／ ｊ ． ｅ ｎ ｋ ｉ ． ｃ ｎ ３ ６—１ ３ ４ ６ ／ ｃ ． ２ ０ １ ７ ． ０ ６ ． ０ ２ ３
作者简介 ： 黄祖伟（ ２ ０ ０ ０一）， 男， 江西赣州人 ， 赣州中学高三年级在读学生． 十通讯作者 ： 李荣旺（ １ ９ ８ ０一） ， 男， 江西赣州人 ， 赣州中学教师 ， 研究方 向： 创新教育．
２ 比赛 命 题 分 析
本 次竞赛 要求 使用 桐木 条和 ５ ０ ２胶 制作一 个结 构模 型 ， 安装 在 加载 装 置 上 ， 用 于静 力荷 载 和 动力 荷 载． 静 力荷 载分 为 ５级 加载 ， 每级 加载 都是采 用 １ 个３ ｋ ｇ的 加载 块 ， 加 载块 为 整 摞标 准 Ａ ３纸 加 工 而成 ， 具 有 一 定 刚度 ． 待 ５级静 力荷 载加载 完成 后 ， 维 持静 力荷 载进行 动力 荷载 的加 载 ， 动力 荷 载通 过 ２ ｋ ｇ的钢 砝码 在 其 底 面距 离第 ５块静 力加 载顶 面 １ ５ ｃ ｍ处 自由落体来 施加 ． 模 型 的合 理设 计需 要建 立在对 材料 充分认 识 的基础 上 ， 因此 ， 正 确认 识 材 料性 能 是做 好 模 型 的关 键 ． 本 次 结构 竞赛 使用 的木材 均 为桐木 条 ， 桐 木条 的抗拉 力学 性能 较好 ， 抗拉 强度 达 到 ４ ０ ＭＰ ａ ， 横 纹 力学 性 能则 较 差． 在设 计 与制作 过程 中， 应 充分 利用材 料顺 纹 的抗 拉 性 能 ， 尽 量减 小对 纤 维 的破 坏 ， 与 其它 材 料相 比 ， 桐 木 条 的延 性较好 ， 设 计时应 当充 分考 虑这 种有 利 因素． 本 次结 构模 型制作 应 当充分 考虑结 构 的整体美 观 与荷重 比 ， 经 过前 期 的结 构设 计 、 理 论分 析 、 模 型制 作 、 从 最初 的几种 方 案 中选 出优 化空 间较 大的设 计方案 后进 行后 期 的模 型优 化 ， 结 构模 型见 图 １ ． 对结 构体 系 的 选择也是结构设计竞赛 中最能体现创新的地方 ， 也可以充分发挥参赛者的想象力 ， 同时结构形式 的选择也体 现 了参 赛者 对结 构体 系的理 解和 力学 分析 的能力 ．
结构设计竞赛经验谈
思维的发பைடு நூலகம்与创新
• 从施工工艺上的发散思维
• 案例二：同济大学一等奖模型 “云梯”
• 结构形式：框架+支撑。 • 特点在于两个斜撑在节点处的连
接。 • 一般做法是先做两根斜撑，然后
利用白乳胶与柱连接。而同济这 组的做法是直接做一根长的斜撑， 然后折一下形成两根斜撑（注意， 没有折断）。接着在弯折处与柱 连接形成节点。
结构设计与模型制作中的发散思维
2019/12/20
背景与现状
• 起源
清华大学
• 发展情况
华东地区，华南地区，北京市，浙江省，湖南省
• 材料
白卡纸、木材、铝
• 结构形式
高层建筑模型，简支桥梁模型，大跨屋架模型等
2019/12/20
思维的发散与创新
• 利用材料特性的发散思维
白卡纸，装饰外墙用的硫酸纸以及蜡绳。常 规的想法是：以白卡纸作主要受力构建，硫酸纸 装饰外墙，而蜡绳一般不予考虑。现在，我们换 一种思维考虑： （1） 分析蜡线的性质
• 利用材料特性的发散思维
（2） 硫酸纸是否只能用来做装饰而 不能作为主要构件参与结构受力？
• 充分利用透明纸张力好的特点，采 用蒙皮结构作为主要承载结构，在 承受侧向荷载的时候，整个外墙面 传递荷载，传力途径多样，辅以腊 线控制结点位移。
• 基础采用倒置正交异性板结构，增 设两对斜撑增大基础整体刚度，此 法同时增大了上部结构与板的锚固 面积。
2019/12/20
思维的发散与创新
• 从施工工艺上的发散思维
• 案例三：三峡大学作品“缆月” • 梁，柱是由多层白卡纸粘结而
成的实体，整体施工，节点处 强度有很好的保证。
2019/12/20
大学生结构设计竞赛赛题单跨双车道桥梁结构模型设计与制作
大学生结构设计竞赛赛题单跨双车道桥梁结构模型设计与制作主办单位：AA建设教育协会承办单位：AA理工大学XX分校竞赛日期：2016年11月23日－26日1 竞赛题目和内容1.1 竞赛题目——单跨双车道桥梁结构模型设计与制作竞赛模型为单跨双车道桥梁结构，采用白卡纸为材料制作，具体结构形式不限，图1为示意性结构模型。
模型承受的车辆荷载由牵引小车施加。
图1模型结构示意图1.2 竞赛内容竞赛内容包括：理论方案、模型制作、作品介绍、加载试验。
2 理论方案要求2.1 理论方案理论方案内容包括方案图和计算书。
（1）方案图：应包括结构作品效果图、结构布置图、主要构件和节点详图。
（2）计算书：应包括结构计算简图的选取、荷载分析、内力分析、承载能力估算等。
2.2 理论方案格式和要求（1）封面（见附件一），第一页为300字左右的摘要，其后为方案图和计算书。
除封面外，其余各页面上均不得出现参赛学校和个人的姓名等信息，否则理论方案按零分计。
（2）理论方案要求用A4纸双面打印，一式三份于规定时间内交到竞赛组委会，逾期作为自动弃权处理。
3 模型制作要求3.1 模型制作材料和工具竞赛期间，承办方为各队提供如下材料及工具用于模型制作：（1）白卡纸：4张（A0号，约250g/张，平均厚度约0.3mm/张）白卡纸力学性能参考值：弹性模量1500MPa，顺纹抗拉强度22.2MPa，抗压强度7.0MPa。
（2）白乳胶：2瓶（225ml/瓶）（3）砂纸：2块（200mm×200mm）（4）棕线：1捆（仅限制作拉索结构形式的参赛队领用。
拉索结构形式，包括绳索使用在桥面上部结构的拉、悬、吊、张弦等方式，不允许将绳索使用在桥面下部结构的张拉。
）制作工具：2把美工刀，1把剪刀，1支2B铅笔、干燥剂1份、大塑料袋一只。
注：①材料不足可现场领取，其中每队额外领取数目：白卡纸不超过两张,白乳胶不超过1瓶，棕线不超过1捆。
②各队可携带尺子、三角板、圆规、电吹风以及其他辅助制作工具。
关于结构设计竞赛中模型的设计与制作方法
２０１ 科技资讯 ＳＣＩＥＮＣＥ ＆ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ２００７ ＮＯ。
１８ＳＣＩＥＮＣＥ ＆ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ学 术 论 坛结构设计竞赛是一项针对在校大学生的极富创造性，挑战性的科技竞赛。
它旨在通过对材料力学，结构力学，桥梁工程，桥梁结构实验，高层建筑结构等基础知识的综合运用，多方面培养大学生的创新思维和实际动手能力，加强同学之间的合作与交流，培养团队意识，丰富课余生活。
通过结构设计竞赛可以很好地将课堂理论与实际工程紧密结合起来，培养大学生的设计与计算能力。
因此，在国内很多著名高校，此项比赛成为了土木类专业的传统赛事。
在高教司和一些著名高校的积极筹办下，２００５年６月在浙江大学举办了第一届全国大学生结构设计竞赛，加强了学校之间的交流，促进了此项赛事的发展。
本项竞赛也是教育部重点支持的竞赛之一。
本文将介绍模型的设计和制作方法，并通过具体实例加以说明。
１ 材料和构件模型的合理设计需要建立在对材料充分认识的基础上，因此，正确认识材料性能是做好模型的关键。
大多数比赛使用的材料是白卡纸，腊线，乳胶，也有采用其他一些材料的。
这里主要讨论一下白卡纸，腊线这两种材料以及由这些材料制作的杆件以及他们的连接。
这里主要参考一些赛事提供的材料性能结合简便的实验做定性分析。
１．１ 材料性能１．１．１线的性能与白卡纸相比具有较大的抗拉强度，但是抗拉刚度小，没有抗压能力，可以模拟实际结构中的拉杆，索等构件。
线在变形时有一部分为永久变形，可以在使用前进行预张拉，之后再使用到结构中，以消除永久变形对结构的不利影响。
１．１．２白卡纸的性能具有较强的抗拉与抗压强度、刚度。
使用时需要注意纸张两个方向纹理的不同。
纸杆是结构的主要受压，受弯杆件。
一般均为薄壁杆，可参考实际结构中薄壁杆件。
纸带有一定的抗拉强度，作为拉杆时相比腊线来说有较大的刚度。
纸片有一定的抗拉强度，可以作为张力膜使用。
第五届全国大学生结构设计竞赛(2)
第五届全国大学生结构设计竞赛理论方案指导老师：雷进生学生：殷杰徐芬刘威二〇一一年八月目录一、结构设计说明 (3)1、作品简介 (3)2、框架结构设计 (3)二、模型制作 (7)1、结构整体布置图 (7)2、主要构件详图 (8)3、方案效果图 (9)4、结点详图 (10)三、结构计算 (11)1、平面结构振型分解 (11)2、模拟加载质量计算 (12)3、结构力学求解器求解过程 (15)4、结构有限元受力分析 (28)4.1有限元的理论解析 (29)4.2 有限元计算详图 (30)4.3结构各阶模态参与因数 (34)4.4荷载作用下的位移云图 (36)4.5 有限元计算结果 (53)一、结构设计说明1、作品简介作品名称：质量：447g结构宽度：200mm结构高度：1000mm2、框架结构设计该模型的横截面是一个正方形。
考虑到模型的刚度和强度要求，4根柱由3层厚度为0.5mm的材料粘接成横截面为12mm×12mm的空心杆，梁由2层厚度为0.35mm的材料粘接成横截面为8mm×6mm的空心杆，结构中间的斜拉杆是有2层厚度为0.35mm的材料粘接成横截面为4mm×4mm的空心杆,每层楼板是由下而2层从厚度为0.25mm的材料上撕下来的薄纸粘贴而成。
这样既能满足结构刚度和强度的要求，又能节约材料，从而减轻模型的质量。
并且在模型每个结点处都用厚度为0.25mm的材料做成的腰为30mm的薄片进行粘贴，来保证模型在震动的过程中结点不易受到破坏。
该模型为四层房屋桁架结构模型。
在加载过程中，荷载等效为均布荷载作用于柱和梁上。
通过拼接，该模型的柱和梁形成了一个统一的整体。
梁在均布荷载作用下，其弯矩使得纵梁下部受拉，上部受压。
梁与梁之间设有斜杆做支撑，使得支撑部分连为一个整体，并且加强梁对荷载的抵抗能力。
合理安排梁的间距与横截面，使得梁能在结构不破坏、满足位移要求的条件下尽可能多的承受荷载。
结构设计大赛设计说明书
目录设计说明书1、方案构思 (2)2、结构选型 (2)3、材料性能 (2)4、特色处理 (4)5、结构分析图 (4)1、方案构思仔细阅读完竞赛赛题，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。
确定设计竖向荷载80kg，考虑到压杆长细比限制、拉杆的抗撕裂能力、竹皮纸的受拉性能、制作模具等因素，竖向荷载较容易满足，但对于水平冲击荷载和扭转变形，杆件需要较大的刚度，要有很好的抗折、抗扭效果。
（1）本结构主要构思是想利用两根直柱和四根斜柱的轴力来直接抵抗荷载的作用。
（2）设计的总原则是：尽可能的利用直杆来提高结构的承载力，并利用木材的抗拉性能，及抗压性能来抵抗荷载的作用。
2、结构选型按设计要求，在加载参赛人员的情况下主要考虑竖向荷载，由于人员会产生抖动，还必须考虑水平动荷载的作用；因此，我们选择了正面为梯形侧面为的刚架结构，并且在所有节点处采用刚性连接，使结构具有较好的整体性，以便承受较大的竖向荷载和水平冲击荷载作用。
同时考虑到在初赛中结构的不稳定性，对此我们将在冲击面的两根主柱两侧加呈三角形的加筋肋支撑，一方面可以加强结构两侧的稳定性，一方面可以抵抗一部分水平冲击荷载带来的影响。
再者对于初赛中出现最多的问题，加载时，受拉杆件挠度过大，且节点破坏较严重，我们在新的结构里加强了杆件的强度和节点的刚性处理。
3、材料性能竹皮纸作为模型材料，其力学性能特点是受拉性能良好，抗撕裂能力较差，抗压稳定性差。
将纸裁剪成矩形并用502胶水粘结后，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。
502胶水的粘接性能：通过对用胶水对接的杆件进行拉伸，可知：502胶水强度较高，凝结时间为4h的试件在接触面被划开破坏，而8h 和12h试件都为接触面处木条表层脱落破坏，因此可确定此胶水强度很高并且在一定力值范围内变形小足以用于粘结料。
竹材材料规格及数量竹材力学性能参考值：弹性模量1.0×104MPa，抗拉强度60MPa。
结构设计大赛手工技巧
结构设计大赛手工技巧《关于结构设计大赛手工技巧的那些事儿》嘿，朋友们！今天咱就来唠唠这结构设计大赛手工技巧。
参加过这比赛的都知道，那可真是一场脑力和手力的大挑战呀！首先，你得有双稳如泰山的手。
就拿裁剪材料来说吧，要是手抖一下，那可就“失之毫厘谬以千里”喽！明明量好的尺寸，结果一抖，嘿，全白费。
这时候就得深呼吸，告诉自己的手：“稳住啊，兄弟！”不然辛辛苦苦做半天，最后发现因为手一抖成了废品，那心情，哇凉哇凉的。
切割材料的时候也是，别小看这一刀下去，角度不对或者用力过猛，那都可能让整个结构歪七扭八。
这就像是给材料整容，得精雕细琢，不能大刀阔斧。
而且啊，有时候用那些工具，就感觉自己像个小木匠，嘿，可有意思了。
还有粘贴这一步，那胶水可不能乱涂，得像涂口红一样精准。
涂多了吧，到处都是黏糊糊的；涂少了吧，又粘不结实。
这就考验你对量的把握了，就跟炒菜放盐似的，多一点少一点差别可大了去了。
再说说打磨，这可是个细致活儿。
想象一下给结构磨皮，得轻轻地、慢慢地，要是太用力，没准就把材料给磨穿了。
那感觉，就像给宝贝做美容护理，得小心翼翼地呵护着。
除了这些具体的手工技巧，耐心也是关键呀！千万别着急，一着急就容易出错。
有时候在那坐一天，就为了粘好那么几个小零件，旁边的人看着都着急，可咱自己心里有数，急不得呀！还有哦，创新也很重要。
不能总是跟着别人的思路走，得自己琢磨点新花样出来。
不然怎么在大赛中脱颖而出呢？就像那句话说的“第一个把美女比作鲜花的是天才，第二个则是庸才”，咱得争取当那个天才才行。
总之呢，这结构设计大赛的手工技巧啊，真是让人又爱又恨。
爱的是做出完美作品的那种成就感，恨的是过程中的那些小麻烦。
但不管怎么说，参加一次，那收获可是满满的。
既能锻炼手工，又能培养耐心和创新能力，还能结交一群志同道合的小伙伴，真是一举多得呀！朋友们，有机会可得去试试，绝对让你记忆深刻！。
大学生结构设计竞赛模型制作工艺与装配方式
建筑技术·应用 2021年11月第18卷总第409期Urbanism and Architecture157大学生结构设计竞赛模型制作工艺与装配方式谢宇锋，徐 佶，徐凯澳，梁超锋，沈一明（绍兴文理学院土木工程学院，浙江绍兴 312000）摘要：大学生结构设计竞赛模型的制作工艺往往决定着模型能否载誉而归。
本文介绍了结构模型中常用构件截面形式，总结了空心杆件和实心杆件的制作工艺，进一步归纳了结构模型节点的外侧连接、内侧连接及凿孔连接工艺，提出了结构模型主体的插入式套筒装配和插入式套筒消栓装配等连接方式及工艺。
归纳总结的模型制作与装配工艺可为大学生结构竞赛参与者提供参考。
关键词：结构设计竞赛；结构模型；制作工艺；节点连接；装配方式 ［中图分类号］TU318 ［文献标识码］A DOI ：10.19892/ki.csjz.2021.32.45The Manufacturing Process and Assembly Method of the Structure Design Competition Model for College StudentsXie Yufeng, Xu Ji, Xu Kai ’ao, Liang Chaofeng, Shen Yiming(School of Civil Engineering, Shaoxing University, Shaoxing Zhejiang 312000, China)Abstract: The production technology of the Structure Design Competition Model for College Students often determines whether the model can be returned with a full load. In this paper, several sections of components commonly used in structural models are introduced, and the manufacturing technology of hollow and solid bars is summarized. The outer side connection, inner side connection and drilling connection technology of structural model nodes are further summarized. The connecting methods and processes of the main body of the structure model, such as the insertion sleeve assembly and the plug elimination assembly of the insertion sleeve, are put forward. The summarized model making and assembly process can provide a reference for the participants of college students ’ structure competition.Key words: structural design competition; structural model; fabrication process; node connection; assembly mode大学生结构设计竞赛是一项针对在校大学生的集创造性和趣味性于一体的科技竞赛，该竞赛能提高大学生对知识的综合运用能力，多方面培养大学生的创新思维和实际动手能力，增强团队意识，丰富校园文化和学术氛围。
结构模型制作
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。
②支承形式支承形式对结构设计的影响很大，直接关系到模型的结构形式和理论分析。
为此，我们需要关注“加载平台是否提供有效的水平约束”。
一般的竞赛只提供竖向支承，而水平约束则较弱，甚至不提供。
因此，对于悬索和有水平推力结构，往往受该条件限制而无法运用，此时应考虑采取其他方式，如系杆拱等。
③几何净空这在实际工程中极为重要，对于模型设计，一般也会限定其净空要求，但往往被很多参赛者忽略。
对于承受移动荷载加载的桥梁模型，净空大小直接关系到模型是否能够顺利加载。
浅析结构模型制作工艺
浅析结构模型制作工艺制作工艺杆件纸带通过实验研究和理论分析,结合实践经验,着重讲述几种常用模型构件的制作工艺,包括方杆、圆杆和纸带的制作。
一、引言《结构模型设计竞赛》是一门面对土建类大学本科学生,旨在培养知识运用能力和创新能力的新型学科竞赛。
到目前为止,他已有十多年的。
近年来,我国基础建设飞速发展,各种结构形式相继涌出,那些形式新颖、自重轻,承载大,形态优美的结构形式则更是备受青睐。
虽然土建类学生与日俱增,但由于理论与现实的差异性,他们还缺乏那种独立创新的能力。
面对这种形势,为了培养学生的创新能力与动手能力,众多高校和部分地区相继推出了结构模型设计竞赛。
而模型制作就相当于现实生活中物的施工,施工质量的好坏直接决定了建筑物承载力和使用性能。
毫无疑问,制作工艺是结构模型设计大赛中至关重要的,是成败与否的关键。
二、模型构件的制作模型的主要构件有杆件和纸带,杆件又分三角形,方形,圆形。
下面就几种主要构件的制作进行详细讲解。
(一)方形杆件的制作(以1cm×1.5cm尺寸为例) 三个人分配好位置,A、B两人紧靠坐在书桌的一边,C同学站立在对面,将玻璃板平铺在书桌上,玻璃板的一边与书桌的一边平齐,再将白纸平铺到玻璃板上,注意是要沿着顺纹方向卷杆。
A、B同学将木棍与白纸边缘齐平,向前转动90度,卷的时候木棍与白纸紧贴不能滑动,此时C同学紧紧按住白纸不让白纸滑动,A、B同学则同时将木棍与白纸使劲向后拉,让白纸出现一个明显的棱角,此时A、B同学还可以用手指甲在白纸上来回移动,有助于棱角的形成,但注意不要伤纸。
当一边的棱角出来后,C同学继续按紧白纸,A、B同学按紧白纸与木棍将其一块向前转动90度,同时使劲往后拉,重复上面步骤使其出现另外一个棱角,依此类推不断向前转动,直到木棍的每条边上都有两层白纸。
为使纸层之间接触更加紧密,棱角更鲜明,在向前卷动的过程中可以用一个比较光滑的实物如玻璃杯,利用杯壁来回用力压实木棍上的白纸。
结构设计大赛全攻略
结构设计大赛全攻略一、活动要求：此次结构设计大赛和以往的比赛不同，这次比赛我们根据同学的兴趣及水平的不同提供了两种赛题，以便大家能够发挥所长。
A：一般组1、模型为层数不少于2层，跨数不少于2跨的框架结构；2、模型外轮廓竖向投影均为边长为400mm的正方形；模型高度为600mm；3、自重不得超过500g。
比赛时，以最大的横向加载及竖向加载为参评成绩。
B：创意组1、模型为层数不少于2层；2、模型外轮廓竖向投影均为边长为400mm的正方形；模型高度为600mm；比赛时，竖向加载为80Kg，横向加载为15Kg，在满足此加载条件下，比哪件作品的质量最小。
在完成作品的同时，每组还应该编写设计说明书，设计说明书封面：必须注明作品名称、参赛队员姓名和专业；设计说明书的内容：应包括概念设计、计算设计和构造设计。
二、活动流程：1、报名时间时间： 4月18日中午地点：铁石广场形式：现场报名2、作品准备时间时间： 4月18日-5月初（暂定）说明：请参赛选手严格遵守活动要求，积极认真的准备3、作品收集时间时间： 5月初（暂定）说明：参赛选手将参赛作品及作品说明书交到思创社办公室，工作人员会及时将参赛作品有关材料进行完善，对作品的质量、高度等参数进行测量4、根据上交作品的数量和质量决定接下来比赛的形式A:进行结构设计大赛的初赛，对所有参赛作品，我们将请专业老师进行评分、评判，选出一部分作品进入决赛。
B:决赛，我们将对晋级作品进行更高一级的测评。
三、评分标准1．结构体系选型与结构布置（15分）按模型结构体系选型与结构布置的合理性、实用性和创新性评分。
本项得分取实际到场评委评分的平均分。
2．理论分析（5分）按设计说明书、方案图和计算书内容的完整性、正确性评分。
本项得分取实际到场评委评分的平均分。
3．模型制作（5分）按模型制作工艺情况评分。
本项得分取实际到场评委评分的平均分。
4．加载试验（70分）按照前述规定进行模型加载试验。
按以下方法计分：（1）对于竖向荷载试验，先按（n=N/W）计算出各模型竖向承载荷重比，其中N代表模型所承受的最大竖向荷载（kg），W代表模型自重（g）；再将n值为最大（记nmax）的模型定为满分（45分），其余模型的分数按（45×n/nmax）计算。
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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”。
假设时，须防止赛题示意图的模型束缚思路，也不得被常见模型约束，应勇于借鉴创造。
求证时，须运用相关力学
知识或软件，进行逻辑严密的论证所选型的可行性与合理性[1]。
构件设计原则为“合理材料，局部加强”。
同时对于某一局部，若多重加强后仍不理想，应考虑构建整体加强（如修改界面尺寸等）。
结构造型须考虑材质特点：竹皮的受拉性能要好于受压。
传力路径要明确，力的传递路径要短。
造型要简洁、美观、新颖。
杆件的截面形式常见的有矩形、圆形、三角形等形状。
为得到更大的抗弯刚度，截面一般做成空心，也可以在杆件内部加肋，以增强整体稳定性。
矩形截面杆件制作简单，正方形截面各向受剪能力相同，适用于双向组合受压，也适合轴心受压，单向受剪力时，材料未能充分利用;长方形截面适用于单向受剪，材料利用充分。
矩形截面中间空心大，受偏心力时易失稳。
三角形截面相对于矩形截面，减少一个截面，用料少，三角形结构稳定，不易失稳，但是节点连接复杂。
圆形截面各向受压受剪性能都很好，用料少，但节点连接困难。
模型节点受力较大且受力复杂，难于计算，并且由于设计和制作误差，在节点处难免存在缝隙，因此有必要对节点进行缝隙填塞和节点加强处理。
3.1 缝隙填塞
胶水的品种不同密度也不一样一般在 1.1g/cm3-2.0g/cm3之间，竹皮密度0.8g/cm3。
结构设计竞赛称为“一克的艺术”，为了尽可能减轻模型的质量，节点缝隙需用竹皮填满，然后滴上胶水即可。
胶水滴注过的竹皮强度会有一个较大的提升，这样的做法并不削弱结点的连接。
3.2 节点加强
模型节点处受力复杂，是整个结构模型中的薄弱环节，在结构设计大赛中很多的破坏都是由节点破坏引起的，因此在结构设计与制作时还应综合考虑各方面因素来选择适合的方法加强节点连接。
常用方法有：贴薄片法、加楔法、交错粘贴法、拉竹条法[2]和裹丝状竹材法。
“贴薄片法”在结点处加一块薄片。
可以控制结点刚度，使得模型整体刚度增加，操作简单，在提高结点强度和模型整体刚度的同时，模型自重的增加却很小。
“加楔法”在结点处的各个杆件之间加上楔子。
增大连接点之間的接触面积，使得相接于一点的各杆件之间的粘结更为牢固，能很好的控制各杆件在结点处的位移，从而控制了挠度。
“交错粘贴法”采用两构件表面重叠粘结的方法，将结点处使用的竹片交错粘贴。
通过增大两杆件的有效接触面积消除结点过小的各种不利因素，提高构件间的稳定和刚度要求。
“拉竹条法”即利用竹条良好的韧性和强度将位于结构同一平面内的结点用竹条交叉粘结。
这种做法的好处是竹条质量轻，可将此结点处的荷载传递到其他处，大大减少了结点处的危险荷载。
“裹丝状竹材法”将竹皮打磨出丝状物，然后缠裹节点。
对于多个杆件共节点的加固，简单高效。
4 模型制作常见问题
（1）杆件长细比过大。
杆件长细比过大会导致结构加载时失稳，可以采用分层加以解决。
（2）结构扭转。
结构抗扭有效解决方法是加斜撑。
（3）底部节点间有横杆。
为减小模型质量，取消横杆，不影响整体结构受力。
（4）结构最上部截面缺横杆。
为减小结构不均匀受力和增强结构整体性能，最上部截面需加水平杆件。
5 结束语
随着土木工程专业的本科生教学水平的不断提高，对实践环节要求越来越高，通过对结构设计竞赛的模型制作过程注意事项和常见问题进行分析和介绍，有利于参赛学生在有限时间内运用所学知识，发挥创新能力，设计并制作出优秀的结构设计竞赛模型，在结构设计竞赛中取得优异成绩。
参考文献：
[1]雷云尧，刘晓旭.竹皮结构设计制作规范（XB10001-2014）[S].华中科技大学武昌分校学校标准，2015.
[2]耿琳，张宇，李明泽.大学生结构设计竞赛模型结点处理浅析[J].卷宗，2016：489.。