结构设计大赛 计算书

作用为,参考模型动力计算简图：
可得到： F1＝13.2N，F2＝22.4N，F3＝31.8N，F4＝41.2N 各层竖向荷载为原来一半： N＝0.5G=0.5×32=16（N） 各层水平地震作用为原来一半： P1＝0.5F1＝0.5×13.2＝6.6（N） P2＝0.5F2＝0.5×22.4＝11.2（N） P3＝0.5F3＝0.5×31.8＝15.9（N） P4＝0.5F4＝0.5×41.2＝20.6（N） 所以根据简化后整个结构的受力情况，由结构力学求解器可得到结
作品名称：哥特之居 参赛队伍： 梦 之 队 成 员：组长：张会彬、
组员：潘卫兵 胡攀 廖高建 高永强 杨潘潘 王聪超 张少飞
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、设计方案 …………………………………………………（4） 1、设计基本假定…………………………………………………（5） 2、主要构件材料表………………………………………………（6） 三、结构设计计算 ………………………………………………（6）
1、方案构思
模型主要承受竖直荷载和较大的水平动载，竖直荷载较容易满足， 水平动载对结构的刚度要求较高，同时要求结构有较强的抗剪能力。
（1）本结构主要构思是想利用四根柱子的轴力来抵抗荷载的作用 和地震作用。
（2）设计的总原则是：尽可能的利用细杆来提高柱子的承载力， 并利用木材的抗拉性能，及抗压性能来抵抗荷载的作用。
写在篇尾的话： 经过了近一个月的准备，从构思到设计再到动手建造，让我们在思 考中收获成长；在实践中体味快乐。
当然，在这之中也历经了重重考验，但计算的繁琐和施工的难度并 没有动摇我们参赛的决心。一次次改良，一次次完善激发着我们的热 情。每当看到模型质量减轻、承载和抗震能力提高的时候，我们欣慰不 已，信心满满。此次比赛学院领导老师十分重视，给予了大力的支持， 我们深感荣幸。
剪力图：
弯矩图：
： N／mm2 N／mm2 显然小于板的承载能力，所以强度足够
四、总结 1、制作模型比设计模型更重要 我认为任何一种合理的结构，只要能够制作好，它的承重就应该是 没有问题的。如果是没有制作好，即便是最好的结构，在加载时也将不 能达到预期的效果。 2、态度决定一切 我觉得我们在这次结构设计中没有用一个好的态度去制作模型，每 天都抱着无所谓的态度，只要两天能够制作一个模型就好。到最后，模 型是做了不少，但是，没有一个做的好的，不是歪得歪，就是扭得扭。 所以制作时，一定要抱着真正比赛的态度去做，这样才会有效果。 3、懂得变通 在制作的过程中要不断的尝试，不断的该井模型，这样在比赛时才 能够拿出好的作品。 4、我们没有差别和差距 们要对自己有信心，相信我们和他们没有差距和差别，这样才可以 赢得胜利。
在遵守原则的前提下，我们综合考虑各个因素设计的“哥特之 居”具有以下三个创意点：
创意点一 根据地震剪力倒三角的分布规律，在设计时我们在柱子 上设置了横向加固木材圈相当于“箍筋”的作用。
创意点二 施加预应力——在结构基础上,进行斜拉杆的粘结，卸 载之后即产生预应力，可以增加柱子的刚度。
创意点三 在整个结构与底板的粘结处采用充实木条的底端以增加 粘结面积，并且在低端采用立体方形粘结底板与柱子，以便保证此粘结 端成为刚性节点。从而保证整个结构的稳定性。
在柱内增加了斜撑小三角形，成为我们结构一大特色。 （3）主梁与次梁杆之间相交时，节点通过端点延伸木条粘结，用
胶水加固，这大大提高了斜梁的稳定性和强度。
二、设计方案 在经过小组成员多次探案跟调研后，作出以下设计方案： 1、设计基本假定
（1）竹条材质连续均匀。 （2）柱、梁之间的节点按刚节点计算，支座为固定支座。加载时
竖直静荷载为均布荷载作用在整个楼板面上，然后传递与次梁，主梁， 柱子（假设为轴心受压）。
（3）杆件计算时采用材料力学及混凝土结构设计原理相关计算模 式。
2、模型结构图
3、主要构件材料表及相关系数
（1）、主要承重柱，受力横梁，次梁，撑杆尺寸与数量表。
标
形状
长度
数量 备注
号
柱
子
1650mm
8
截
面
主
梁
180
3、结构特色 这个名为“哥特之居”结构是在我们制作结构对结构进行试验的多 次循环反复而后的出来的结构，它凝聚了所有的试验所得的经验。 它的优点： （1）从结构的外形上看，我们选择正四边形作为主体形状，受力 均匀，加载方便，有效利用空间足够大。 （2）针对结构的受力特点和位移情况，选择正四边形柱子，并且
然斜杆、横梁等构件有利于整个结构的稳定性，所以整个结构的稳定性 足够
2、 梁的强度校核
根据由结构力学求解器所得到的轴力图，剪力图、弯矩图只，易知 梁的最大弯矩为N，，
N／mm2 N／mm2
显然强度足够
3、 板的强度校核
板的强度校核采用混凝土设计原理中的相关计算方法
板上等效的线荷载为
所以板的剪力图、弯矩图如图所示：
工程力学09级1班4组 2012-4-12
参考文献 1、材料力学(第二版),单辉祖,2005,高等教育出版社 2、结构力学(上，第三版），龙驭球，2007，武汉理工大学出版社 3、土木工程荷载与设计方法，张学文，罗旗帜，华南理工大学出版 4、李章政，熊峰 建筑结构设计原理，化学工业出版社； 5、裴星洙，张立 高层建筑结构的设计与计算，中国水利水电出版社 6、木结构设计规范 GB50005-20037； 7、王社良 抗震结构设计，武汉理工大学出版社。
1、静力分析 ……………………………………………………（9）
2、内力分析 （10）
………………………………………………
3、计算简图 …………………………………………………… （12）
四、总结 （13）
…………………………………………………………
参考 （13）
…………………………………………………
致谢 （14）
构的轴力图，剪力图，弯矩图分别如下图所示
弯矩图 单位N·mm
轴力图 单位 N
剪力图 单位 N
2、强度校核 （1）柱的强度校核
20mm 6mm
x
几何特性 面积 A＝6×20＝120（mm2） 惯性矩 I＝20×63／12＝360（mm4） 抗弯截面模量 W＝20×62／6＝120（mm3）
a、抗抗剪强度验算
8
截
面
次
梁
180mm
8
截
面
斜
杆
15mm
10
截
面
此
细部构
件用于
9mm
20
斜杆与
细
柱子的
部
连接
构
此
件
细部构
件用于
6mm
12
柱子与
梁的连 接
（2）、材料的力学性能指标
抗拉强度
顺 纹
70 N/mm2
橫 纹
2 N/mm2
弦 向
———
3、铁块分布表
抗压强度 60 N/mm2
———
———
抗剪强度 5.7 N/mm2
根据由结构力学求解器所得到的轴力图，弯矩图知 N N.mm
所以由材料力学的相关计算公式：
由弯矩产生的截面最大弯曲正应力为：
N／mm2
由轴力产生的截面最大正应力为：
N／mm2
故截面最大压应力为：
N／mm2
因为 N／mm2
所以抗压强度足够。
同理，截面最大拉应力为：
N／ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱm2
因为 N／mm2
所以抗压强度足够
柱子的轴力图如图所示： 引入截面的惯性半径 a、第一层稳定性校核 =272.4>N=125.48N 所以第一层稳定性足够
b、第二层稳定性校核 =93.6N>轴N=57.82N 所以第二层稳定性足够 c、第三层稳定性校核 =52.8N>轴N=51.77N 所以第三层稳定性足够 d、第四层稳定性校核 =27.6N>轴N=2.67N 第四层稳定性足够 在计算过程中已经忽略斜杆、横梁等构件对结构稳定性的影响，显
2、结构选型
按设计要求，在楼面承受荷载情况下外加较大的水动力荷载，所以 必须考虑动荷载的作用；因此，我们选择了整体构造截面为正方形的框 架结构，并且利用梁与正方形（由于胶水的缘故，粘贴并不完全刚接， 其实处于刚接和铰接之间，刚接作用强一点，所以这里采用刚接）柱子 的刚性连接形成矩形框架，使结构具有较好的整体性，以便承受较大的 动力荷载。
b、抗抗剪强度验算
根据由结构力学求解器所得到剪力图N.mm
所以截面上的最大切应力为
N／mm2
因为 N／mm2
所以抗剪强度足够
20mm 6mm
x
综上，柱子的强度足够。
（2）柱的稳定性校核 几何特性 A＝6×20＝120（mm2） 惯性矩
I＝6×203／12＝360（mm4） 抗弯截面模量 W＝20×62／6＝120（mm3） 将柱子等效为一端固定，另一端自由，故=2
…………………………………………………
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， 单向简谐动载加载形式和静力加载大小要求等方面出发，结合节省材 料，经济美观，承载力强等特点，采用比赛提供的木质材料，乳胶粘精 心设计制作了“哥特之居”结构模型，该模型为四层房屋的梁柱体系结 构。
1、内力计算 单层总面积：S=18×18=324mm2 单层承受质量：M＝324×10＝3240（g）=3.24（kg） 单层重力荷载： G＝Mg=3.24×9.8=31.75（N），取G为32N 结构等效总重力荷载： Geq==0.85×4×32=108.8（N） 取水平地震影响系数为1，按第一主振型近似计算，各层水平地震