第五届全国大学生结构设计竞赛优秀奖作品
第五届全国大学生结构设计竞赛一等奖作品
第五届全国大学生 结构设计竞赛计 算 书目 录1结构选型 (1)1.1需求分析 (1)1.1.1 力学 (1)1.1.2 美学 (1)1.2结构选型 (2)1.2.1 竖向承重体系 (2)1.2.2 横向抗侧力体系 (2)1.3方案效果图 (3)2结构建模及主要计算参数 (4)2.1分析假定 (4)2.2材料参数及几何模型 (4)2.2.1 材料参数 (4)2.2.2 几何模型 (5)2.3有限元建模 (7)2.3.1 单元选择及节点处理 (7)2.3.2 静、动力参数 (7)2.3.3 有限元分析模型 (8)3结构受荷分析 (9)3.1静力分析 (9)3.1.1 位移 (9)3.1.2 内力 (9)3.2动力时程分析 (10)3.2.1 质量源及节点束缚 (10)3.2.2 模态分析 (10)3.2.3 位移和内力 (11)3.3结构稳定分析 (15)4节点构造 (15)4.1支座节点 (15)4.2梁柱节点 (16)5模型加工图及材料表 (16)5.1模型加工图 (16)5.2材料表 (17)6铁块分布详图及水箱注水重量 (18)6.1铁块分布详图 (18)6.2水箱注水重量 (18)附件A 模型及节点实物图 (19)附件B 模型设计施工图 (20)1.1需求分析本次结构设计竞赛赛题为采用竹材和502胶水制作一个多层房屋结构模型，要求所制作的模型不但要能够承受顶部水箱和各楼层铁块的静力荷载，而且必须能够承受模拟地震动的动力荷载。
虽然赛题对结构的具体变形没有多加限制，但是对每级荷载加载时的模型失效制定了判定准则。
为了保证不出现模型失效，必须严格控制结构的绝对位移和层间位移。
因此，设计出来的结构模型必须是一个在满足竞赛要求的前提下，运用空间结构的构造方法和结构力学、材料力学等相关力学知识所设计出的材料消耗最少、同时结构强度和刚度能够满足竞赛要求的结构模型。
以下结合力学和美学对结构方案进行需求分析。
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。
第1~4届全国大学生结构设计竞赛回顾
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华南理工大学土木与交通学院
3.4 第四届
题目：竞赛模型为体育场看台上部悬挑屋盖结构，采用 木质材料制作，具体结构形式不限。模型包括下部看台、 过渡钢板和上部挑篷结构三部分。
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华南理工大学土木与交通学院
华南理工大学土木与交通学院
第1~4届全国大学生结构设计竞赛回顾 兼学校结构赛培训
陈庆军
博士、副教授、硕士生导师 国家一级注册结构工程师
注册岩土工程师
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2011.10.13
华南理工大学土木与交通学院
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一、概况
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叶片类型
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结构类型
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第三届全国大学生结构设计竞赛 第一名：西南交通大学
巨大的叶片是成功的关键 结构体系是普通的桁架结构
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非常合理地计算了比赛规则
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第三届全国大学生结构设计竞赛 第二名：湖南大学 6叶片是成功的关键 结构采用前倾形状，避免叶片打 到结构
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一些队伍失败的原因 （1）小叶片导致无法启动，亦有如叶片攻角没设 置好而导致功率偏低。 （2）如叶片根部连接处不牢靠使得叶片折断导致 叶片破坏； （3）如叶片变形过大碰到塔架损坏的； （4）有一支队伍由于搬运时的失误造成模型在加 载前先出现破坏
结构设计竞赛郑州大学作品
为了满足承载力及抗侧移和整体稳定性的要求， 我们选择柱子做 成通柱，并将每层的深梁分别插入柱子上预留的洞口中。此结构能够 充分发挥材料的强度与刚度，力求结构的最大作用效能。柱底加地圈 梁，增加主体结构与地板的接触面积，以增强结构的整体稳定性。加 上柱间支撑，以增强结构的抗侧移刚度，使结构各向刚度分布均匀， 以提高结构的整体稳固性。 屋顶上的水箱利用自身惯性则起到 TLD 减 震器的作用，以减少房屋的侧向位移，增强机构安全性。
表1 备注
（mm） (mm) 3 3 3 3 3 3 1.8 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5
一二 三层 楼板 去除 四角
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2. 理论分析
此次结构分析， 借助 Ansys 有限元结构分析软件进行了模拟分析 所建立的有限元模型如图 12。 1
ELEMENTS OCT 17 2011 09:58:05
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图 1.一层平面图
图 2.二层平面图
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图 3.三层平面图
图 4.四层平面图
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图 5.水箱布置
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图 6.剖面图
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图 7.立面图 1
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图 8.立面图 2
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图 9.柱的组成片
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图 10 柱的组成片
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图 11.梁柱板节点构造
结构材料 种类 长 ( mm) 楼板 深梁 地梁 柱板 1 柱板 2 柱板 3 支撑 220 155 187 997 997 997 30 宽 (mm) 220 15 20 40 37 34 20 高 竹板厚 粘贴层 数 5 5 5 5 5 5 3 4 16 4 4 8 4 12 个数
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全国大学生结构设计竞赛
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。
华南理工大学第五届全国结构设计大赛计算书
第五届全国大学生结构设计竞赛
1. 结构选型
1.1 方案构思
本次比赛的题目十分贴近实际，既要考虑结构的重量又要考虑结构的抵抗静载的能力及在地震 下的抗震能力，要求在工程中保证结构的强度、刚度和稳定性的前提下，设计出安全又经济的方案。 因而，方案构思从结构强度、结构抗震、结构优化等方面，对结构的本质进行思考。
制作用料
材料用量大
材料用量小
总结：经过这部分的分析及相关的试验验证，本结构最终选取了直柱式结构（保证顶部具有更 大的面积承受更多的荷载）及柔性楼板体系。在保证承载面积的情况下，利用柔性楼板和载重物相 结合，更好地达到消能耗能的目的。
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第五届全国大学生结构设计竞赛
②支撑形式的比较
对角中心支撑
偏心支撑
4.3.1 模型试验 ...................................................................................... 22 4.3.2 试验小结 ...................................................................................... 28 5. 模型加工图 .................................................................................................... 29 6. 铁块布置图及水箱注水重量........................................................................ 32 结语 ..................................................................................................................... 34
结构设计大赛059北京建筑工程学院计算书
第五届全国大学生结构设计竞赛计算书参赛学校：北京建筑工程学院参赛作品名：竹参赛队员：宋宇张蕊郜珊指导老师：祝磊一．结构选型根据对赛题的理解以及实践经验，初期选定模型形式为框架结构。
这种结构制作简单，自重轻，可以提供更多放置铁块的空间。
但是在模型的制作过程中我们发现这种柔性结构的侧向刚度过小，在地震作用下，结构顶端与底端产生水平相对位移较大。
经过修改，最终选定结构形式为带支撑框架，其通过弹性竹制楼板的变形协调与刚接框架共同工作形成双重抗侧力结构体系。
斜向支撑作为第一道防线，框架作为第二道防线，具有良好的抗震性能和更好的抗侧刚度。
由于加载时地震波的输入方向不确定，故结构平面选型时考虑将两个方向的刚度保持相同，即尽可能保持结构平面纵横方向对称。
此结构可等效视为一悬臂梁，可知应尽量增大柱间距，以使结构获得良好的抗弯性能。
而根据所学知识以及实际制作的经验，可靠的变截面柱计算起来过于繁复，实际制作中也不可能达到理论模型的效能，最后结构的支柱考虑采用管状等截面柱。
二．设计思路1.对于材料特性分析根据对两种主要材料的特性理解，并结合以往经验，将竹材所发挥的作用近似理解为钢筋，而502胶水凝固后可大大提高所依附材料的刚度，而两种材料结合时竹材为502胶水提供了空间发展的平台。
由于502胶强度远高于竹材，不考虑搭接处节点强度。
而对柱间对接，需考虑其连接强度。
因为实际情况过于复杂且没有必要建立理论模型，直接采用构造措施来保证其连接可靠性。
竹材与木材类似，是典型的平面正交异性材料。
据相关研究表明，此类材料的顺纹方向的抗拉强度较横纹方向大30%以上，而此次比赛所提供的竹皮的横纹抗拉强度则更是远小于其顺纹抗拉表现。
因此要充分利用其良好的顺纹的抗拉能力，避免使材料横纹方向受力过大，所以我们对于部分比较重要的楼板采用顺横搭配的组合截面形式，而单层楼板黏贴与其纹路方向垂直的竹条。
对于柱端的加劲构件的制作，为避免其受弯破坏，采取顺纹缠绕（竹皮纹路与筒长方向一致）的方法，如图1所示。
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。
第五届全国大学生结构设计大赛
第五届全国大学生结构设计大赛结构设计方案书作品名称凌霄参赛单位天津大学队伍名称 302指导老师韩庆华教授李宁讲师参赛队员李天宇薛子洲陆洋2011年10月目录一、结构选型 (1)1.1 赛题分析 (1)1.2灵感来源 (1)1.3模型效果 (3)1.4结构选型及创新点 (6)二、结构建模及主要计算参数 (10)2.1建模效果轴测图 (10)2.2模型尺寸 (10)2.3材料力学性能及主要计算参数 (11)三、受荷分析 (13)四、节点构造 (32)4.1柱子与主梁的结点 (32)4.2井字形楼板的连接 (32)五、模型材料表及注水高度 (33)六、铁块荷载布置方式 (33)附录一：振动台试验室实验 (34)附录二：TLD减震技术手段 (35)附录三：Ansys时程分析命令流 (37)一、结构选型1.1 赛题分析本届结构设计大赛旨在设计一座高耸结构，满足强地震作用下的结构使用功能，真正做到高层建筑结构小震不坏大震不倒，进而推动高层建筑逐步成为未来建筑业中的主流发展方向。
与此同时，还要利用TLD减震手段，通过调节结构自身自震频率与水箱自震频率，使得二者达到一个最佳状态，更加完善的达到减震作用。
本次结构设计大赛的荷载模式采取自由设定铁块的方式，有效承载重量是铁块重量的高度加权值。
由于最后的计算公式中，主要涉及有效承载能力结构自身质量台面响应加速度这三项参数指标，因此，如何做出较为轻质的结构，尽可能的提升承载能力成为了本届结构赛的关键。
与此同时，充分利用TLD，使得水箱的自震频率接近甚至等于结构在施加铁块之后的自震频率，在一定程度上可以帮助起到减震的效用。
结构自身质量主要是来自于竹皮用量以及502胶水的使用量，虽然502可以增重较大，但是502胶水滴注过的竹皮强度会有一个很大的提升，我们团队在制作结构的时候，通过这种方法，对一些关键的部位滴注胶水，提升结构的承载力。
结构的有效承载力是按照铁块重量乘以所在高度进行加权值求和，虽然体块在高处可以得到更多的有效承载力分数，但是，不可盲目追求而忽视结构自身的承载规律特性，尽量做到铁块均布在结构上。
结构设计方案格式
StructureDesignScheme
参赛项目
1、设计思路（字体，宋体，五号，行距为固定值20磅，阅后删除）
本作品是依据竞赛命题主题“无碳小车”，提出一种无碳方法，带动小车运行，即给定一定的重力势能，根据能量转换原理，设计出一种可将重力势能转化为机械能并驱动小车的行走装置。我们把小车的设计分为三个阶段：方案设计、技术设计、制作调试。通过每一阶段的深入分析、层层把关，是我们的设计尽可能向最优设计靠拢。方案设计阶段根据小车功能要求我们根据机器的构成原动机构、传动机构、执行机构、控制部分、辅助部分进行模块化设计。分别针对每一个模块进行多方案设计，通过综合对比选择出最优的方案组合。我们的方案为：车架采用梯形底板式、原动机构采用了锥形轴、传动机构采用齿轮、转向机构采用曲柄连杆、行走机构采用单轮驱动实现差速、微调机构采用微调螺母螺钉。其中转向机构利用了关节轴承。技术设计阶段我们先对方案建立数学模型进行理论分析，借助MATLAB分别进行了能耗规律分析、运动学分析、动力学分析、灵敏度分析。进而得出了小车的具体参数，和运动规律。接着应用SolidWorks软件进行了小车的实体建模和部分运动仿真。在实体建模的基础上对每一个零件进行了详细的设计，综合考虑零件材料性能、加工工艺、成本等。调试阶段根据实际情况不断对理论数据进行修正，最终达到比较好的效果
产品名称
小车
共2页
第 1 页
编 号
第五届全国大学生工程训练综合能力竞赛
The5thNational UndergraduateEngineeringTrainingIntegrationAbilityCompetition
结构设计方案
StructureDesignScheme
参赛项目
4、结构设计创新特色说明（字体，宋体，五号，行距为固定值20磅，阅后删除）
黄祖慰-大学生结构设计竞赛指导讲义2
第二讲大学生结构设计竞赛介绍讲授人：黄祖慰一、全国赛概况第一届：高层建筑结构模型第一届全国赛赛题赛点为制作一座一米高的房屋结构模型，在模型底部装铁砂以模拟基础效果。
模型加载方式为单侧水平静力荷载与动恒载。
右图为西南交通大学代表队作品，整个结构以桁架构造布置。
由于这次比赛加载单向性的问题，结构模型构造上也应该采取单向刚度大的设计。
下面展示获得一等奖的作品：浙江大学作品：东南大学作品：特点为桁架+蒙皮结构上海交大作品：其在设计上完全按照赛题加载规则，设计时没有按照具体楼房的设计来设计，而是只考虑加载方向上的刚度。
反面教材：结构竞赛不等于结构造型竞赛，把握赛题要点是硬道理，过多添加不必要的构造或者装饰只会使结构重量增加。
第二届：两跨双车道桥梁第二届国赛赛点是两跨双车道桥梁结构模型设计、制作和移动荷载作用的加载试验，与多次举办的校内赛赛题相似。
下图为加载装置示意图。
下面介绍第二届国赛的优秀作品：浙江师范大学（第一名）269g：由其结构构造可将其想象为一单索面上承式悬索与空间桁架的组合结构，其横梁纵梁均采用三角截面箱型梁，符合其桥面系的受力机理斜杆采用卷制的空心圆管节点的处理非常独到。
上海交通大学（第二名）279g：模型充分利用了纸张的抗拉能力，采用蒙皮作用防止主梁竖向构件受压失稳，另外再通过横向联结系保证两片主梁稳定。
反面教材：华侨大学（242g）：桥梁模型结构轻盈，但是细节处理不当，横向联结系失效导致桥梁失稳破坏。
某某大学作品：对赛题恒载理解不充分，设计上过于保守。
其在设计上也存在缺陷，对力学概念理解模糊，模型重量大。
不关注细节，桥梁结构上刚度，但是桥面布置不合理，导致模型加载失败。
第三届：定向木结构风力发电塔第三届国赛的赛点是制作一个支架与风力发电叶片，在风荷载下达到模型的保证模型不损坏的同时尽量增大发电功率。
下面为模型与加载装置的示意图：下面介绍优秀作品：西南交通大学（第一名）支架普通，没有经过仔细优化，模型重量大。
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。
第五届全国大学生机械创新设计大赛入选作品
48
变形休闲摇椅
休闲娱乐
武汉理工大学
孙健、李争柱、晏熙、余嵌、章熙悦
郭柏林
49
手握式螺丝刀
家庭用
武汉职业技术学院
王渤、郭亚峰、郑文、邓章磊、熊飞
朱红、程利民
50
智能变形舞蹈机器人
休闲娱乐
湘潭大学
胡伟平、滕菁、陈珍颖、张晓东
赵又红、李明富
51
双驱动休闲自行车
休闲娱乐
中南大学
薛少华、黄国兵、胡文吉豪、汤莎莎、盛兆华
北京工业大学
李清清、崔浩天、杨旺、马利政、王语莫
余跃庆、杨建新
4
一种基于纯机械结构的“分歧终端机”设计
休闲娱乐
清华大学
朱陶元敏
索双富、高炬
5
微小高尔夫球
休闲娱乐
北京理工大学
刘明、王执权、赵问雪、刘玉娜、冀承骏
张忠廉、唐义
6
十二生肖机械玩具
休闲娱乐
北京理工大学
张爱民、王博洋、陈朝亮、朱庆炜、常奕
唐义、张丽君
18
自动叠衣机
家庭用
广东工业大学
苏泽荣，余杰彬，李泽辉，徐宏善
傅惠南、于兆勤
19
自平衡双轮休闲车
休闲娱乐
汕头大学
李耀权，胡永国，赵荣杰，梁贵彬，张兆文
陈少克、吴保昭
20
桶装水升翻安装机
家庭用
华南理工大学广州学院
李泽聪，邱育波，辛陞雄，杨智超
陈月军、王建春
21
功夫茶自动清洗茶几
家庭用
佛山科学技术学院
陈福宏，李楚钦，张钦岚，黄志彬，蒋本才
西南交通大学
邹晓宇、窦志亮、陈楷、庄桂鹏、李勇
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。
大学生结构设计竞赛之“八仙台”作品结构模型的制作与分析
大学生结构设计竞赛之“八仙台”作品结构模型的制作与分析作者：雷博周学斌夏晨阳刘岳矗周亚青来源：《科学与财富》2019年第20期摘要：全国大学生结构设计竞赛是培养大学生创新意识、合作精神和工程实践能力的学科性竞赛。
本次结构设计竞赛题以承受多荷载工况的大跨度空间结构模型设计为主。
承受多荷载工况的大跨度空间结构模型必须承受静载，随机选位荷载及移动荷载及多种荷载。
三种载荷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。
关键词：结构设计竞赛；结构模型；模型制作；模型加载1 赛题设计任务与分析赛题要求设计并制作一个大跨度空间屋盖结构模型，模型构件的布置范围在两个半球面之间，内半球体半径为375mm，外半球体半径为550mm。
模型放置于加载台上，在指定位置设置加载点。
在一、二级8个点上施加竖向荷载加载过程中，通过位移测量装置对结构中心的垂直位移进行测量，模型位移的许可值[w]=12mm。
三级荷载在内圈加载点中抽签选出1个加载点施加变化方向的水平荷载，加载点如图1所示。
空间桁架结构能最大限度发挥材料的承载能力，但是受压杆的稳定性是关键。
各个加载点和杆件连接点的局部承载能力，应充分考虑。
图1 加载点布置图2 结构设计过程2.1参考资料收集经过调研，我们在一些模型结构上，分析其结构的受力特点，各个杆件的变形情况。
空间网架结构由于网架结构杆件之间的相互作用，使其整体性好、空间刚度大、结构非常稳定，这种结构可以考虑。
悬索结构的受力特点是仅通过索的轴向拉伸来抵抗外荷载的作用，结构中不出现弯距和剪力效应，但悬索结构的分析设计理论与常规结构相比，比较复杂，限制了它的广泛应用。
除以上几种空间结构外，尚有组合网架结构、预应力网格结构、管桁结构、张弦梁结构、索穹顶结构等几种常用空间结构，都有自身的特点和实用范围。
2.2结构选型根据参考资料、赛题要求及组委会所提供的材料、工具、限定的连接方式，小组成员与指导老师共同讨论分析拟定设计方案。
第五届全国大学生机械创新设计大赛决赛结果
第五届全国大学生机械创新设计大赛决赛评审结果
全国大学生机械创新设计大赛组委会
高等学校机械基础课程教学指导分委员会（代章）
第五届全国大学生机械创新设计大赛决赛第二阶段评审于2012年7月19日至7月24日在陕西省西安市第二炮兵工程大学举行。
大赛评委会通过审阅设计资料、观摩实物演示和进行作品答辩等程序，依据评分标准进行评分，并经评审委员会全体会议复审，并汇总初评结果，共评出一等奖88项、二等奖191项。
大赛组委会还评出优秀组织奖12项、贡献奖2项、纪念奖1项。
现将决赛评审结果公布如下：
设计奖：（见下表，排名不分先后次序）
一等奖（88项）
二等奖（191项）
优秀组织奖：
第二炮兵工程大学
（以下排名不分先后）
北京赛区、湖北赛区、浙江赛区、吉林赛区、陕西赛区、江苏赛区、
四川赛区、湖南赛区、河北赛区、天津赛区、慧鱼赛区
贡献奖：
北京中教仪科技有限公司
派克汉尼汾流体传动产品（上海）有限公司
决赛承办纪念奖
第二炮兵工程大学
全国大学生机械创新设计大赛组委会
高等学校机械基础课程教学指导分委员会（代章）
2012年7月22日。
第五届全国大学生机械创新设计大赛各大高校校内选拔赛优秀作品
第五届全国大学生机械创新设计大赛各大高校校内选拔赛优秀作品本文档中资料均收集自网络，并已标注资料来源，编辑：liangweisee1.沈阳工业大学：（资料来源）机械学院：机械迷方；管理学院：速度与激情投篮等四组作品2.西南石油大学：（资料来源）2.1家务类作品：机电院李燕玲团队的新型伸缩晾衣架以其独特的创意赢得了评委的一致好评，评委老师甚至指出这种创意也可以用在其他方面。
其他参赛作品有：新型天花板清洁器、新型吸拾发器装置、多功能组合扫把拖、新型擦窗器、智能晾衣架、下雨自动关窗器、简易天花板清扫机、复合式晾衣架、多功能清扫器、新型手推式扫地机、多功能地板清洁器、新型伸缩晾衣架、简易可伸缩可移动家用升降机、建议灯泡更换器和餐盘保湿器15件作品2.2家用健身类创意作品：机电院赵勇团队设计的家用手脚互动锻炼器从方便、安全的角度出发，制作出了一套适合现代家居的锻炼器材。
其它家用健身作品有：家用小型健身器和新型健身自行车。
另外还有为母亲设计的LB多功能新型婴儿床和新型多功能婴儿床，同样是婴儿用床,前者因其自动摇晃床的创意以及为母亲和婴儿考虑的角度获得了评委老师的好评，后者亦以其从节能、经济、人性、安全等多个角度出发，从国内外的优秀产品上借鉴创新，其多功能、模块化的设计理念、自动避障刹车等特色使得作品更为突出2.3趣味创意作品：机电院雷元团队设计的新概念跷跷板，凭借着它的超强趣味性打动了在座的评委,大家纷纷对他们的作品表示赞许。
其它的创意作品有：火车座椅设计、可调式照明雨伞、护眼多功能床上小书桌、多功能便携式电脑桌、大学生宿舍床梯设计、可调式鞋架、多功能剪刀、自动报警防盗锁、减速带发电器、多功能吹风机、多功能便携式电脑包这11种作品这些作品都充分体现了同学们的创新能力和综合素质,展现了当代大学生积极向上的精神风貌3.陕西科技大学：（资料来源:陕西科技大学学生工作部）参赛作品：全自动洗鞋机、身体协调健身器、休闲娱乐秋千、多功能按摩健身装置、Easylife团队的智能炒菜机4.北京理工大学珠海学院：（资料来源）机械与车辆学院获奖作品名单奖项序号组别作品名作者李伟鸿一等奖 1 慧鱼组护花使者-花盘自动护理器李半秋陈梓佳郭子聪龙肇龙二等奖1 慧鱼组环保多功能自动清洁机(urROBOT)李洪伟温浩源黄香山李主求张广林2 慧鱼组晾衣好帮手李锦跃袁泽炼单军伟梁俊浩3 原创组自动叠衣机汤国彪谭康盛赖小龙三等奖1 慧鱼组勤劳的小蚂蚁——全自动光滑墙壁清洗器邱明武李运发蔡声润赖小龙2 原创组家用遥控机器人蔡少森陈东镖李焕张德志5.华中农业大学：（资料来源）打地鼠娱乐机、健身电脑椅、台灯机器人、脚踏式环保休闲洗衣机等16个项目6.南京理工大学（资料来源）6.1以创新见长：三维打印技术做成的定量调味罐、八连杆机构的逍遥马、多功能多联动按摩轮椅、两部带有新颖传动设计的自行车6.2节能环保型：节水型水龙头、多功能环保窗帘、净鞋精灵7.华北电力大学（保定校区）（资料来源）8.东北大学（资料来源）顺序题目学生指导教师一等奖一种新型环保清洁机器人范文韬、李国良、刘俊男、吕伟、郑雯邹平杨旭磊二等奖真空吸盘式爬壁机器人王奇斌、姬国钊、王卓张世伟二等奖太阳能采光系统设计黄长发、曹洋、陈秀峰张建成三等奖多功能代步车张荣昌、曹开元、何卫震、陆彤、王宝珠王宏刘冲三等奖环保型带式输送机汪博、梁媛媛、陈洪亮宋伟刚三等奖节能环保立体车库严智远、朱庆贺、李茹、左博、段雅丽王庆岳向吉优秀奖机械自动清洗便池装置廖浪、雷林、邱永峰优秀奖高效环保型自动擦黑板设备赵雪彦等、朱丽莎张义民韩清凯优秀奖磁悬浮陀螺蒋扬均、蒋成龙刘国良优秀奖宝贝机器人C语言编程宋博、刘丹颜世玉9.东华大学（资料来源：东华大学教务处）项目名称团队成员指导老师便携式电动鞋刷设计与制作宋涛、黎想、温锦华、原蕊王永兴、于海燕基于ZigBee的中国林蛙养殖智能大棚模型的研究与开发刘婷、闫丙磊、罗雨璋杨向萍模块化“极限运动”遥控车郑烁隆、郭亚、张家顺、苏庆双、赵岩骆祎岚、陈玉洁太阳能概念车的制造李翔、顾友林禚洪昌王浩戴惠良、周虎便携式可重构自行车陈凌伟、龚勋、路金玲、王润庭王永兴、王生泽小区多层升降停车系统房焕之、曾新芳、张家顺唐智半自动便携式擦玻璃机王依平、孔佺佺、魏奔、高梦瑾孙志宏、周申华让泼出去的水收回来——环保热水器董非、刘珂、钱槱昕姚子颖太阳能绿化自动灌溉系统禚洪昌、李翔、顾友林、华舒阳戴惠良、周虎10.无锡商业职业技术学院：（资料来源）奖等级获奖作品名称参赛学生姓名指导教师姓名一等奖能自动收晾的多功能智能晾衣架娄恩柱吴磊王美娟多元一体化清洁机王彬屈奎雨吴建军葛荣亮二等奖一种自动控制婴儿摇床刘博孙培其肖丽徐欢高文娜李景魁高汉华万向吸顶电风扇张峥水亢阳阳稽许正顾竹君秦玉洁王宝敏林瑾一种多功能升降床韩静房同瑞师振芳叶亚战孙伟凡王新琴杜春宽优秀奖远程控制自动关窗器孙培其刘波肖丽徐欢李景魁高汉华小型收缩家用梯李敏敏陈艳蔡亚洲杨少强吴德宝冯志芬顾菊芬开门转鞋器鄂涛杨袁阳魏银高尔军家庭用双人健身器材林立川许停停丁东杨赵岩朱琳周凌陈亚梅吸盘擦窗器房成奇张波游周杨国华戴明智能感应窗曹丽丽朱珠周丹陈胜吕军石晓明11.湖北汽车工业学院：（资料来源）舞动的竹竿、趣味休闲玩具车（机电）、多变精钢（桌椅与健身器材的结合）等6件作品12.湖南科技大学：（资料来源）机电工程学院一等奖：全自动多功能玻璃清洁机器人、社区自动互变形篮球架和乒乓球台、全自动挤牙膏器、除菌型真空袋储衣柜二等奖：节能娱乐健身课桌椅、智能选衣梳妆衣柜、新型筷子笼、智能晾衣架、自行式清洁健身机、多功能数字智能药箱、节水型自动拖把清洗机、全自动拖把清洗机三等奖：旅行牙刷、嵌套式自动升降柜、多功能果蔬切削机、多功能装拆滑轮鞋、洗涤液自供给刷、鞋底清洁装置、家用便捷半自动粘贴器、自适应性健身按摩椅13.北京交通大学：（资料来源）一等奖：·机械组：看我七十二变-交互式多自由度变形机构、可升降叠衣桌、可缩放变形艺术灯具·慧鱼组：家用开瓶机二等奖：·机械组：可压缩式垃圾桶、往复式跳跃娱乐小车、脚踏滑板车、“摇钱树”、仿生机械马·慧鱼组：洗碗机、家用diy曲奇机、垃圾自动拾取垃圾桶三等奖：·机械组：新型立体旋转式储物柜、偏心动力娱乐轮椅、自主调节式旋转储物架、自动喂鱼机、家庭小型物品搬运机械、创意衣架、新型清洁车·慧鱼组：羽毛球发球机、全自动挤牙膏器、自动化刷牙装置、快乐的提线木偶、天天向上运货机器人、酷型调酒师14.南京工程学院：（资料来源）机械工程学院：自动循环淋水婴儿澡盆、可刹车自行车脚撑车辆工程系：亲子式（3人）臂力驱动协力小车建筑工程学院：“傻瓜式”直冲蹲式马桶15.西北农林科技大学：（资料来源）因可行性高、实用性强、与大赛主题“幸福生活-今天和明天：休闲娱乐机械和家庭用机械的设计和制作”相符的三件作品：10级机化专业瞿济伟：多功能老人便捷车09机制专业陈雄超：自动感应收回式晾衣杆10级机制专业马宝童：多功能拉杆箱16.杭州电子科技大学：（资料来源）机械工程学院新颖独特“温柔的手”、趣味性十足的“大力水手”、巧妙方便的"便携式床”17.辽宁工程技术大学：（资料来源）创新实践学院主办，机械工程学院承办一等奖：家用娱乐健身器等3件作品二等奖：多功能清洁机器人等6件作品三等奖：新型多功能自动垃圾桶等9件作品liangweisee整理供稿2012年4月2日星期一。
带屋顶水箱的竹制多层房屋结构
第五届全国大学生结构设计竞赛带屋顶水箱的竹制多层房屋结构计算书参赛学校：北京航天航空大学参赛作品名：玲珑塔参赛队员：宋冠中王恒李坦指导老师：黄达海目录一、题目分析 (3)二、结构选型 (3)三、结构建模及计算 (7)四、楼板对结构的影响 (22)五、结构稳定计算 (25)六、节点构造 (25)七、模型加工图及材料表 (26)八、铁块分布示意图及注水质量 (27)九、计算总结 (28)题目分析从结构观点看,该多层房屋结构首先要承受水箱及砝码传递的静荷载，因此，结构必须具有足够的静力承载力。
其次，结构主要承受水平方向的单向地震动荷载作用，这就要求结构必须具有良好的整体刚度以及整体稳定性，以抵抗水平方向的动荷载，再次结构必须具有良好的振动特性，从而避免在加载过程中出现共振现象，而且结构也必须具有一定的韧性，以保证结构在可容许的变形条件范围内不发生破坏。
综上所述，必须综合考虑结构的刚度、强度、振动特性、稳定性、整体性等多方面因素，以保证结构的抗震性达到最优化。
我们主要从结构的刚度、稳定性、振动特性三方面考虑，在刚度方面，提高结构抗震性能的最实惠的方法就是适当增加支撑，因此我们会寻求一种保证结构质量的前提下，比较适宜的加支撑的方法；在稳定性方面，我们设想要通过结构选型来控制结构重心，并尽量降低其高度，避免结构出现“头重脚轻”的情况，以增加结构的稳定性；在振动特性方面，由于地震方向是随机的，因此结构应该具有良好的对称性，除此之外，我们设想通过降低结构重量，增加结构刚度来提高结构的固有频率，从而降低结构振幅，增大结构抗震阻尼，进而提高结构抵抗变形的能力。
一、结构选型多层楼房结构的选型，主要在于梁柱主要受力构件的组合形式，各立面支撑形式以及楼盖板形式的选择。
为在保证承载力以及结构刚度的基础上尽量减小结构重量，我们通过以下几个方案进行对比分析，得出最优方案：侧面常规方案①（图1-1）首先我们考虑最常规的方案，就是将结构做成每层等高，整体做成高一米的长方体构型，柱采用5mm*4mm方形柱，梁采用3mm*4mm方形梁，楼面做成正方形并且使面积利用充分（22cm*22cm），每个大侧立面整体加两个对角线支撑，做成一个长方形刚架。
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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
3. 力学有限元软件分析·························································16 3.1 计算建模·······························································16 3.1.1 选型·····························································16 3.1.2 单元模型及其等效荷载·············································18 3.1.3 时间步与地震加速度·············································· 19 3.1.4 单元类型························································ 19 3.1.5 边界条件························································ 19 3.2 计算结果·······························································19 3.3 分析结论·······························································23
2.2 结构各层水平地震作用计算················································3 2.2.1 结构基本周期计算····························2 2.2.2 结构各层水平地震作用计算···········································5
2.1 计算模型与计算参数······················································2 2.1.1 结构模型与抗震计算简图·············································2 2.1.2 计算假设··························································2 2.1.3 相关计算参数·······················································2
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4. 模型结构设计图·····························································23 5. 结点构造与荷载布置·························································23
第五届全国大学生结构设计与 制作竞赛计算书
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目录
1. 结构选型····································································1 2. 结构设计····································································2
2.4 近似模型 2----框架--斜撑体系抗震设计····································10 2.4.1 在水平地震作用下框架--斜撑体系内力与侧移计算······················10 2.4.2 在竖向重力荷载作用下框架--斜撑体系内力计算························11 2.4.3 杆件强度验算······················································13