高层建筑抗震性能模拟地震振动台试验

一、竞赛目的
通过比赛，加强华东地区工科院校土建类专业之间的相互交流，促进学生创新能力和专业技术水平的提高，营造培养卓越工程人才的良好氛围。

本次比赛突出设计理念、结构概念、结构体系创新，采用先进设备实施加载试验，希望能从理论创新引领实际工程发展的角度，加强理论与实际的有机结合，注重对设计构思与实施结果一致性的考察。

二、竞赛题目
高层建筑抗震性能模拟地震振动台试验
三、竞赛内容
1、结构方案概念设计及方案优选；
2、结构分析与制作详图设计；
3、结构模型制作；
4、结构模型模拟地震振动台试验。

四、竞赛细则
（一）材料及制作工具
1、材料
主体材料：有机玻璃板，额定厚度：1mm、2mm，弹性模量2.6⨯103MPa，强度40MPa，比重1.2。

辅助材料：镀锌铁丝，规格22号，直径0.71mm，材质：Q235。

胶接材料：氯仿、502胶（辅助安装质量块用，安装质量块时在实验室现场领取）。

标识材料：红、黄、蓝、黑彩色不干胶纸各一张，规格100⨯40。

【注1】材料由组委会提供，不允许使用任何其他材料。

【注2】材料参数仅供参考，有机玻璃板厚度、镀锌铁丝的直径可能
有较大的误差，以实测结果为准。

2、制作工具
钩刀、美工刀、电吹风、0#水砂纸、锉刀、直尺、图板、小毛笔、滴管注射器。

（二）模型设计要求
1、底座
虚线内为模型可使用范围，Φ1=8为柱脚安装孔，Φ2=5为底板安装孔
底座平面示意图
模型需可靠连接于底座上，然后固定于地震模拟振动台台面上。

底座为有机玻璃板，尺寸250×250×6mm，外围25mm范围不得有任何构件。

底座内部200 200范围8个直径8mm的圆孔，可用于固定构件（上部模型如不能利用这8个孔，可采用其它任一有效方式将上部模型固定于底板上）；外围12个直径5mm的孔用于将底座固定于地震模拟振动台台面上。

底座平面示意见上图，底座上不得另行钻孔。

2、楼层数
模型必须至少有4个平面楼层，包含底层但不包括顶面，底座视为模型一层。

3、楼层净高
楼层净高应介于150-160mm。

楼层净高指该楼层主要横向结构构件顶部与其上楼层主要横向结构构件底部之间的距离。

若底板上设置有地梁，则一楼净高需自地梁顶部开始计算，若无地梁则从底板顶面开始计算。

柱脚加劲肋、隅撑等局部小构件不影响计算楼层净高。

4、楼层面积
不计一层和顶面面积，其它所有楼层的面积总和必须介于80000-120000mm2之间。

除了底座之外，其它楼层面积不得超过38000mm2。

每一楼层面积为最外围柱所包络面积，包括柱子所占用的面积。

每一楼层结构有超出柱子的部分不计入该楼层面积。

5、使用性能要求
1）模型外立面底层应考虑出入口、采光通风要求，其它层应考虑采光通风要求，外立面不应完全封闭；
2）模型内部应考虑水平交通要求。

6、结构性能要求
1）模型两个方向高宽比均应介于3-4之间；
2）模型试验仅在单向施加地震作用，但模型在各主要抗侧力方向的抗侧力体系应协调，在计算书中应有明确交代。

试验时模型方向通过挑边确定。

3）除底层外，其它楼层及顶层必须设置完整楼面，楼面开孔面积不得超过本层面积的20%；楼面系统应能承受楼面附加质量，附加质量标准为：
A.除底层和顶层外，其它楼层楼面结构应能承受0.15g/mm2附加质量；
B.顶层楼面结构应能承受0.03g/mm2附加质量；
C.附加质量用铁块代表，铁块额定大小60×45×30mm，质量为635克，楼面实际附加铁块数根据楼面面积和附加质量标准计算后向上取整确定（注意不是常规的四舍五入）；
D.楼面上应有固定质量块的合适措施。

用于固定质量块的小构件不影响楼层净高计算，但小构件如与横向主要构件形成一体并能加强横向主要构件，则需考虑其对楼层净高的影响。

4）模型应至少能承受峰值加速度为1000gal的模拟地震作用，具体地震作
用情况详见模型试验部分。

（三）模型制作及安装
1、材料领取
各参赛队在指定时间领取底座和不超过设计方案中上部结构模型重量2倍的材料。

2、模型制作
各参赛队在指定时间、地点完成模型制作。

注意底座不得进行任何减轻质量的改动。

模型安装到底座上后，采用彩色不干胶标出模型名称，用A、B、C┅依次标出模型各侧面，以便加载时挑边。

3、模型重量
由工作人员称量包含底座在内的整体模型重量，减去底座重量后得到模型重量，记作M M，单位g。

4、形式审查
模型制作完毕后，由工作人员对模型进行形式审查，内容如下：
1）模型材料是否完全由组委会提供，如发现任何参赛队自带材料，该队将被取消参赛资格；
2）模型尺寸是否符合要求，如不符合要求，取消继续参赛资格；
3）根据楼面尺寸核定方案计算加载质量块数量是否正确，如不正确，给出正确的质量块数量，列入加载质量块数量一览表。

质量块数量误差超过两块取消继续参赛资格；
4）底座状态是否与领取时一致，如发现不一致，取消继续参赛资格。

5、模型安装
1）各参赛队在安装前通过抽签确定安装位置、安装方向；
2）在工作人员指导下将模型安装于振动台台面上；
3）参赛选手按照核定数量将质量块固定于结构模型楼面上；可采用502胶辅助固定。

4）严格禁止在安装时对模型进行任何形式的结构补强。

（四）模型试验
1、试验方式
所有的结构模型将同时安装在地震模拟振动台上进行单方向模拟地震作用
测试，开始时台面峰值加速度很小，逐级加大，观察模型响应和破坏特征。

最多进行10级地震作用测试，台面加速度峰值依次为：100、200、400、600、800、1000、1200、1300、1400、1500(gal)。

2、输入地震波
采用El Centro波（N-S向加速度记录）。

El Centro波是1940年5月18日美国IMPERIAL山谷地震（M7.1）在El Centro台站记录的加速度时程。

其记录全部波形长54秒，N-S分量加速度峰值为341.7gal。

加载采用时间相似比1:2，实际加载时间27秒。

3、破坏判定
试验过程中出现下列任一情形判定为破坏，失去继续参赛资格：1）结构整体或任一楼层坍塌、或局部坍塌不适合继续承载；
2）半数(含半数)以上柱子脱离底座；
3）超过5块质量块脱落；
4）有不超过5块质量块第一次脱落时，允许重新固定质量块后继续参加下一级测试，如通过下一级测试，继续参加试验，但最终成绩中按每块每
次2分扣分；如未能通过下一级测试，则根据质量块掉落的上一级测试
计算试验表现分；如出现第二次质量块脱落直接判定为破坏；
5）其它评审专家现场认定的破坏情形。

（五）评分标准
总分100分，分为材料使用5分、结构方案10分、设计计算书10分、制作工艺5分、试验表现70分，参赛模型得分高者取胜。

其中材料使用分由工作人员根据参赛者材料使用情况记载确定，结构方案、设计计算书、制作工艺由评审专家在试验前集体评审确定，模型表现分根据试验结果由规定方法计算确定。

1、材料使用（5分）
组委会根据参赛者设计计算书中的材料预算，在比赛开始时提供2倍的材料用于模型制作。

参赛者在制作过程中向组委会申请追加材料的，每次提供预算值0.5的材料，扣2分，此项5分扣完为止。

未提供材料预算的此项不得分。

提供材料预算且未要求追加材料得5分。

2、结构方案（10分）
1)宏观造型（5分）
考虑构思新颖、外形美观、比例协调三方面打分。

分优、良、差三等，分别得5、3、1分。

2)微观造型（5分）
考虑构件和节点剪裁合理、制作美观、连接可靠三方面打分。

分优、良、差三等，分别得5、3、1分。

3、设计计算书（10分）
参赛者应在比赛前将设计计算书提交给组委会。

计算书应包括结构方案概念设计及方案优选、结构分析、制作详图设计、模型重量及材料表等基本内容。

按计算书质量打分，其中编排清晰易读2分、结构计算方法科学2分、计算结果合理可信2分、图纸表达清晰准确2分、提供材料表和模型重量2分。

4、制作工艺（5分）
模型制作工艺按优、良、差分别得5、3、1分。

5、试验表现分（70分）
某模型试验表现分K 按下式计算：
D E E K i -⨯=70max 试验最大有效效率比被测模型试验效率比，M
i M I E =,）（E E i max max =上式中I 为模型试验时未破坏能承受的最大加速度峰值，单位gal ；M M 为模型质量，单位g ，D 为实验过程中模型未破坏但质量块脱落的扣分，按每块每次扣2分累计。