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 时程分析 (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，上层部分的平面内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，使各杆件内力分布更合理。

历经各种困难，我们最终完成了这座竹质多层房屋结构的设计和

犹如承载着我们的热情和朝气，昭示着“在追求真理的路上，我们艰辛而愉悦，我们虔诚而专注，我们疲惫而执着”，更见证着我们所有为之付出辛勤汗水的老师和学生的深厚情谊，故将其唤作“筑梦塔”。

1.2 特色说

明

本模型设计的特色有以下五个方面：

（1）构件加固设计加工精细合理构件加固设计采用宽为

4mm的小圆环在柱子薄弱环节加固，犹如一个个戒指一样，牢牢环箍住柱子，加工细致，表面采用砂纸打磨，光滑质轻，在较小增加模型质量的基础上起到了很好的加固作用，同时使得柱子形状精细别致。

（2）空间框架结构体系简明采用空间框架结构体系，结构布置简明，荷载传递路径清晰，各杆件受力合理，充分利用了木材的力学性能。

（3）棱台形式对称美观采用棱台形式，结构形式对称美观，使斜柱的布置方向与其受力方向接近一致，有效地减小了构件上所受的弯矩及侧向变形，更好地满足了结构的抗震要求，另外，使结构在X、Y 轴两个方向抗震效果一样，避免的某一侧失稳。

（4）柱子内部局部加强处理在柱子内部插入长度1mm 的竹制圆管，底层间距 6mm，其它层间距 10mm，这样整个1m 长的柱子犹如还原回了天然竹竿的样子，既增强了柱子的承压能力，又尽可能的避免了柱子在抗震时发生局部失稳破坏。

（5）箱型梁内部加强处理在梁的中心镶入大小合适的竹片，保证的梁的承压能力和抗弯能力。在梁与柱的节点连接处，梁端填充了相似的竹片，既增加了梁自身的强度，又整体提高了模型的

刚度，能有效传递和分配结构上部传来的荷载，并且能较好限制结构位移，增强结构的空间整体性。

第 2 部分设计方

案图

2.1 结构总装配图

图 1 方案透视

图

图

图 3 方案侧视

图

2.2 构件详图

梁的端部剪开 15mm

图 4 柱子详图图 5 梁的详图

2.3 节点详图

图 5 顶层节点连接图图

6 中间层节点连接图梁柱节点连接处，为了保证竖向构件

的连续性和整体性，不对柱

子进行剪切处理，而是将梁的端部沿折痕剪开，张开的竹片用 502 胶粘接在柱子上，然后用砂纸打磨，光滑连接，美观牢固。

图 7 柱脚处节点

处理

柱脚剪开 2cm ，但是为了防止柱脚沿见开出裂开，在柱脚底部镶 嵌 1c m 长的圆柱进行底部加强，然后粘接在地板上。

2.4 方案效果

图 8 方案效

果图

2.5 铁块分布

由于振动台面最大加载质量限制为 30kg，为使结构在地震作用下受力更为合理，将铁块质量从底层到上层依次减小，降低了结构的重心，减小了地震剪力。铁块具体分布见图：

图 9 大铁块示意图

图 10 小铁块示意图

（1）四层铁块分两层叠放，分布图如下：

四层下

四层上图 11 四层楼面铁

块示意图

四层铁块质量：1.8×2+0.675×4= 6.3kg

四层有效面积：12×3.2×2+6×3.2=96 cm2（2）三层铁块分两层叠放，分布图如下：

三层下三层上

图 12 三层楼面加载示意图三层铁块质量：1.8×4+0.675×2=

8.55kg 三层有效面积：12×6×3=216 cm2