第五届大学生结构设计大赛计算说明书
结构设计竞赛设计说明书
目录1、方案构思及结构选型 (2)2、材料性能 (3)3、结构设计 (5)4、制作工艺 (6)5、特色处理 (7)1、方案构思仔细阅读完竞赛细则，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 35kg、水平冲击荷载 3kg，考虑到压杆长细比限制、拉杆的抗撕裂能力、拉片的受拉性能、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，杆件需要较大的刚度，要有很好的抗折效果。
（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：①尽可能的利用细杆来提高柱子的承载力，并利用木材的抗压性能，及木片的抗拉性能来抵抗荷载的作用。
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平冲击荷载，所以必须考虑动荷载的作用，因此，我们选择了正面为长方形，俯面为正方形的框架结构，并且在第二层节点处采用刚性连接，使结构具有较好的整体性，以便承受较大的水平冲击荷载。
同时考虑到在静荷载中结构的不稳定性。
（图 1）对此我们将在冲击面的两根主柱两侧加呈 25 度的支撑，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。
再者对于预加载中出现最多的问题，加载时，第一层的受拉杆件挠度过大，我们在新的结构里加强了杆件的强度和节点的刚性处理。
结构如图（二）所示。
（图 2）2、材料性能（1）桐木杆桐木片作为模型材料，其力学性能特点分别是木杆受压拉性能良好，抗撕裂能力差，抗压稳定性差；木片受拉性能良好，抗撕裂能力差，抗压稳定性差。
将木片切成方块并用502粘结后，可承受一定的压力，但受高厚度的限制。
木杆多为压杆失稳状态的受力破坏，需增加刚度，减小侧向挠度。
502的粘接性能：木杆对接时强度约降低 50％，木杆侧接时，强度较高，认为与原材强度相同；木片均采用侧向粘接，可认为抗拉强度不变。
表1.木杆顺纹向力学指标拉伸弹性模量拉伸极限压缩弹性模量压缩极限2800Mpa 28~50Mpa 100Mpa 20Mpa备注：①受压计算时需考虑木杆长细比影响。
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?{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，使各杆件力分布更合理。
浙江省第五届大学生结构设计大赛计算书(一等奖)
“千年龟壳”屋盖结构模型设计方案学院名称XXXXXXXXXX专业名称土木工程学生姓名XXX 、XXX 、XXXX指导老师XXXXXXXXXXXXX联系电话XXXXXXXX浙江省大学生结构设计竞赛组委会二OO六年十月一、设计说明书根据竞赛规则要求，我们从模型的用材特性、加载形式和制作方便程度等方面出发，采用社会上收集的易拉罐罐体、用改性丙烯酸酯胶作为粘结剂，精心设计制作了“千年龟壳”屋盖模型。
刚与柔的完美结合是这个模型的最大特点。
1、结构体系主体为张弦梁的结构体系：屋面板和方型梁的组合，作为张弦梁的压弯系统，承担结构的整体受弯、受压和抗剪；单根铝片作为张弦梁的受拉系统，承担下部拉力；方型薄壁杆作为张弦梁的中间撑杆，协调上述两者共同工作，承受压力。
2、截面选择用U型加两侧翼缘和面板黏结组成完整的箱型截面，让屋面板参与整体受力，产生蒙皮效应；铝条抗拉能力强，因此采用简单的“一”字型截面；撑杆受压，采用方型既有利于稳定，又有利于与上部箱型梁的紧密连接。
3、节点设计支座处：采用封闭箱型局部加固端部，保证能承受较大的支座反力；采用双层材料在梁底夹住铝条，保证铝条不因受拉而产生支座处突然脱开。
加载处：将连接拉环的铝条，从方型薄壁撑杆中穿过后，直接粘贴于方型梁顶，加载时荷载通过拉环和铝条直接作用于梁上。
合理的模拟了现实中张弦梁的工作状态。
4、制作处理在制作过程中使模型整体向上微拱，使梁尽可能受压力而少受弯，有利于梁的稳定和减少挠度。
5、设计假定（1）材质连续，均匀；（2）梁与梁之间结点为刚结；梁与撑杆之间的连接为铰结；撑杆与下部拉条之间为铰结；屋盖支座为简支；（3）屋盖本身质量不计；加载时，荷载以集中力的形式作用在指定的九个节点处。
（4）杆件计算时采用钢结构的计算模式；根据以上假定，通过结构力学求解器建立计算模型，所得的内力和位移作为构件设计的依据。
二、方案图1．模型结构图“千年龟壳”效果图“千年龟壳”仰视图模型实物图2．结构整体布置图左视图(2-2)左视图(1-1)仰视图节点5节点74.截面详图梁撑杆杆撑拉条三、计算书 1 .结构选型采用“丰”字交叉式张弦梁结构形式。
建筑大学第五届结构塔吊模型设计大赛设计说明书
沈阳建筑大学土木工程学院第五届结构模型设计大赛方案设计作品名称所属院系土专业班级土木学生姓名学号学生姓名学号学生姓名学号联系电话150二○一○年五月十三日摘要根据竞赛规则要求，我们从模型的用材特性、加载形式和施工方便程度等方面出发，采用150g规格的牛皮纸，蜡线及白乳胶这三种材料制作成柱——桁架结构体系。
绘制了模型的结构图、结构整体布置图、节点详图。
从结构的整体着眼，设计中充分利用了桁架结构三角形的稳定性；考虑到比赛中模型的加载形式，即两侧分别加载（A）29.4N和不大于(B)58.8N的竖向静荷载和（B）点前后面19.6N的水平静止荷载。
我们在计算过程中假定材质连续均匀、杆与杆的连接采用铰结、模型本身质量不计，进行受力分析，得出整个结构的内力及变形图，并对结构杆件进行强度及稳定性计算校核。
同时，对模型进行了大量的加载实验。
通过计算和加载实验，确认该模型能满足强度、刚度及稳定性的要求。
一、设计说明书1、方案构思结构形态具有二重性，首先结构形态具有合理的受力特性即理性逻辑，其次在于结构形态具有明确的几何特征即形态逻辑。
如果能够做到这两方面的完美结合，不仅能使机械结构表现出优美的形态，而且还能达到最为经济的效果。
某著名建筑师曾说过：只有一个造型是最好的，那就是能清楚表现出经济原理的造型。
所以我们这次结构的选择均是从塔吊结构的受力特点出发去寻找最合理的形式。
1.1结构选型在结构设计中应该合理布置结构构件，使得截面获得相对最大的截面惯性矩，发挥材料的最大受力性能。
主要构件受力直接，荷载传递路径明确。
我们讨论决定利用空间柱——桁架结构体系，充分考虑牛皮纸的抗拉压性能强、抗弯剪性能弱的特性，结构利用四根主杆三根角形杆作为主要结构构件，支撑竖向重力荷载和侧向水平荷载。
在各侧立面上用似螺旋向上的斜撑相连,角形杆用M形斜杆支撑。
这样使得七根主杆外的所有杠件主要以桁架杠形式出现。
在无任何多余装饰元素下，外露桁架杆的交错布置，体现现代建筑简洁、明快的风格，蕴涵一种结构与建筑相结合的“建构美”。
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。
(整理)全国大学生结构设计竞赛计算书.
目录1设计说明 (1)2总装配图 (1)3叶片设计及构件图 (2)4塔架设计、构件图及主要连接图 (3)4.1发电塔架设计 (3)4.2 结构几何与材料属性的确定 (5)4.3 塔身构件图 (5)4.4 主要连接图 (6)5水平风荷载计算 (8)6 结构变形计算 (9)6.1 有限元模型的建立 (9)6.2 分析假定 (10)6.3位移计算结果 (10)7结构承载力计算结果 (11)7.1强度验算 (11)7.2稳定性分析（对压弯柱） (12)8模型详图与材料预算 (12)参考文献 (13)1设计说明此次结构设计竞赛模型为定向木结构风力发电塔。
竞赛限定塔身高为800mm，叶轮直径为800mm。
竞赛目的是为了在满足竞赛要求的情况下，通过合理设计叶片形状和数目，使得风力发电机的发电效率最大，同时尽量保证发电塔的塔身结构材料消耗较轻，结构强度和刚度能够满足竞赛要求。
这需要综合运用空气动力学、结构力学和材料力学等相关的力学知识。
从结构刚度要求和节约材料角度出发，发电塔结构选择正三角形截面的格构式结构。
其具有较好的刚度，同时在视觉上，我们也希望以尽量少的杆件形成刚度较好的塔架结构，并通过合理的设计尽量减小杆件的截面尺寸，这样从各个角度观赏结构都具有较好的视觉效果。
我们设计的结构模型效果如图1所示。
图1 结构模型图（斜视图）2总装配图总装配图如图2所示，采用三片叶片，三片叶片之间角度为120度。
叶片与风电塔之间采用风叶连接件进行连接，风叶连接件的外轮廓尺寸为92mm。
图2 总装配图3叶片设计及构件图图3风力发电机测试系统风力发电机的功率和位移测试系统如图3所示。
在风力发电机的发电功率测试系统中，发电机功率采用功率计测量，负载为15欧姆。
风力发电机的效率和叶片对发电机产生的扭矩密切相关，其与电流强度、叶片的动力扭矩成正比。
图4叶片外轮廓图图5 叶片分段截面尺寸风力发电机叶片设计是风力发电机捕捉风能的核心部件，叶片设计的好坏直接决定了风力发电机的发电效率，是整个风力发电机系统最为关键的部分。
第五武汉大学结构设计大赛设计书
目录第1章设计思路 (2)1.1设计构思 (2)1.2结构选型 (3)第2章方案图 (4)模型效果图 (4)第3章材料参数的确定 (5)3.1绘图纸的性质 (5)3.2白乳胶的性质 (5)3.3白乳胶的使用及注意事项 (6)第4章计算书 (6)第5章模型制作 (12)5.1制作流程 (12)5.2下料 (12)5.3梁的制作 (13)5.4组装 (13)第1章设计思路本次结构设计大赛即设计一个底部大空间三层建筑结构，而我们的设计作品在建筑外形上为塔式结构，因为塔式结构在长久的时间中被认为是具有更好的抗冲击性能结构。
因此在满足静载作用的前提条件下，塔式结构可以更好的抵抗冲击荷载作用。
竞赛规则要求同时考虑竖向永久荷载和水平冲击荷载这两种荷载，已达到和实际情况接近的目的，使得比赛过程更加贴近生活，让参赛选手对实际工程有了大致的了解，同时可能擦出设计创新灵感的火花。
作为在校大学生这次结构设计大赛给了我们一个难得的锻炼机会，将书本知识用于实践，培养研究和创新精神。
由此，我们在进行底部大空间时以结构设计为主导，兼顾外观，以期达到满意的效果。
1.1设计构思1.1.1选择合理的结构形式形式服从功能，建筑物应适应时代的要求，注重功能，力求发挥和表现结构与材料的美学特点是我们追求的目标。
底部大空间设计方案的选择，很大程度上取决于结构形式的选择，所以，在追求外观和功能的同时，我们着重考虑了结构体系的合理性，经济性和实用性。
结构设计应以“安全，高效”为核心，力求：“创新，经济，便捷，美观”。
选择合理的结构设计形式，使底部大空间不仅可以为各类空间需求，而且受力合理，经济效果较好；同时，具有美学效果，给人以深刻的印象。
1.1.2关于模型设计的若干考虑本次底部大空间设计过程，因为加载方式的确定，并对底部大空间的尺寸有明确的规定，同时应考虑受弯构件的挠度问题和结构在模拟地震荷载作用下的位移，所以在满足强度和稳定的前提下，还应该使受弯构件的挠度和结构的位移满足要求，而不同结构形式在这个方面的特点均不相同，需要一一进行理论和实际的分析和比较。
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。
天津大学第五届全国结构设计大赛计算书
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这种大角度的可以充分提高结构的整体性，使得结构整体充分受力，进而提高结 构的刚度以及强度。在结构振动过程中，这种支撑的存在也在一定程度上可以让我们 有一定的控制结构自身频率的余地， 我们可以通过改变他的刚度来改善结构的自震频 率，为后面调频使用 TLD 减震做铺垫。 楼板是我们结构设计的一个创新点。我们考虑到楼板一旦发生较大的挠度的话， 会对结构整体的稳定性以及主梁和次梁的连接处造成很大的破坏， 同时大变形也会增 大我们理论软件分析去模拟这种情形的难度，所以，我们设计了如下图所示的组合楼 板来保证楼板的刚度：
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三、受荷分析
该结构的控制荷载为地震作用。故下面主要进行地震作用下的时程分析。 结构针对地震波的抗震计算，目前比较好的办法就是时程分析。时程分析法是世 纪 60 年代逐步发展起来的抗震分析方法。用以进行超高层建筑的抗震分析和工程抗 震研究等。至 80 年代，已成为多数国家抗震设计规范或规程的分析方法之一。 “时程分析法”是由结构基本运动方程输入地震加速度记录进行积分，求得整个时 间历程内结构地震作用效应的一种结构动力计算方法，也为国际通用的动力分析方 法。 “时程分析法”常作为计算高层或超高层的一种（补充计算）方法，也就是说满足 了规范要求的时候是可以不用它计算结构的。规范规定：对于特别不规则的建筑、甲 类建筑及超过一定高度的高层建筑，宜采用时程分析法进行补充计算。所以有较多设 计人员对应用时程分析法进行抗震设计感到生疏。近年来，随着高层建筑和复杂结构 的发展，时程分析在工程中的应用也越来越广泛了。 建模说明： 在 ansys 时程分析模拟时，我们采取了 beam188link8shell63mass21 这四类单元。 其中，beam188 主要用来模拟柱子和主梁以及次梁；link8 用来模拟支撑；shell63 用 来模拟筒体剪力墙；mass21 来近似模拟铁块荷载。 在建模时，我们简化了一些问题： 关于水箱：水箱可以起到减震的作用，但是考虑到时程分析若加入流体 80 单元 的话，整个计算文件较大，况且软件模拟本身就存在一定误差，因此，在软件模拟时， 暂时不考虑它的减震作用。从另一方面来说，这样分析出的结果是更加不利的，可以 起到一个安全系数的作用。当然，我们也做了真实的实验，这可以在一定程度弥补我 们在软件分析时的不足。 关于铁块荷载：我们在确定了铁块的分布模式之后，利用 mass21 单元来近似模 拟铁块荷载。为了提高我们模拟的精度，我们会在楼板设定四个质量点，使得 mass 分布较为接近真实荷载模式，不会采用一个质量点来模拟，这样的误差校对会减小。 关于剪力墙：我们结构主要的抗弯设计就是在剪力墙，因此，剪力墙的计算要求 精度较高。我们利用 shell63 来模拟，可以很精确的模拟出这种效果。 结果分析： 对于我们时程分析的结果，我主要提取了结构的位移时程曲线，最大应力时刻 （vonmises 应力分布云图）这两个结果，分别从刚度和强度两个角度来分析结构在地
结构设计大赛说明书
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 (1)1.2.1 竖向承重体系 (1)1.2.2 横向抗侧力体系 (2)1.3 方案效果图 (2)2 结构建模及主要计算参数 (3)2.1分析假定 (3)2.2材料分析及几何模型 (3)2.2.1 材料分析 (3)2.2.2 几何模型 (4)2.3有限元建模 (7)2.3.1 单元选择及结点处理 (7)2.3.2 静动力参数 (7)2.3.3 有限元分析模型 (7)3 结构受荷分析 (11)3.1静力分析 (11)3.1.1 位移 (11)3.1.2 内力 (11)3.2水平荷载与竖向荷载共同作用 (12)3.2.1位移 (12)3.2.2内力 (13)3.3 承载能力的优化与极大值估算 (13)4 节点构造 (14)4.1支座节点 (14)4.2梁柱节点 (15)5 模型加工图及材料表 (15)5.1模型加工图 (15)5.2材料表 (16)附件 A 模型及节点实物图 (17)1 结构选型1.1需求分析本次结构设计竞赛赛题为采用白卡纸和乳白胶作为主要材料，蜡线作为辅助材料，制作一个至少两层、两跨的建筑结构模型，要求所制作的模型能够承受竖向和水平方向的静荷载，而且模型的变形位移不能超过赛题规定。
考虑到材料及结构形式，竖向的位移要求应该比较好控制，而水平方向的位移控制可能会成为难点。
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。
1.1.1 力学（1）竖向静力荷载结构承受的竖向静力荷载主要由梁柱承担，最终传力到基础。
理想状态下模型的竖向承载能力很大，但考虑到水平荷载的影响，模型的制作工艺等，竖向荷载不应选取最大值，而应选取最优值。
第五届华东地区结构设计邀请赛计算书
目录1 概述 (1)2 结构设计方案说明 (2)3 结构几何与材料属性的确定 (2)4 结构在规定荷载作用下的效应计算 (3)4.1 有限元模型的建立 (3)4.2 分析假定 (4)4.3 位移计算结果 (5)4.4 竖向荷载作用下的承载力计算结果 (7)4.5 水平荷载作用下的承载力计算结果 (8)5模型详图 (9)6模型预计重量 (10)7 材料预算........................................................................错误！未定义书签。
1 概述此次结构设计竞赛规定了结构的平面尺寸大小，限制了结构的最大高度，其竞赛目的是为了在满足竞赛要求的情况下，运用空间结构的构造方法，并应用结构力学、材料力学等相关的力学知识，设计出材料消耗最少，同时结构强度和刚度能够满足竞赛要求的结构模型。
从竞赛要求给定的平面尺寸来看，我们认为采用空间刚架应是较理想的选择。
空间刚架具有大空间的建筑功能优势，同时在视觉上，我们也希望以尽量少的杆件形成较大的空间网格，并通过合理的设计尽量减小杆件的截面尺寸，这样从各个角度观赏结构都具有开阔的视野。
我们设计的结构模型效果如如图1和图2所示。
图1 结构模型效果图（斜视图）图2 结构模型效果图（立面图）2 结构设计方案说明根据结构的对称性，对杆件截面的编号如下图所示。
整体结构的受力原理借助了桥梁结构中的“提篮拱”概念。
众所周知，单拱结构的平面内刚度较大，但平面外刚度很弱，在承受竖向荷载和水平荷载作用时，很容易发生平面外屈曲或倾覆。
而提篮拱则是将两个相互倾斜的拱结构通过横撑、斜撑等联系杆件连接起来，在承受荷载作用时，两个拱结构相互之间可以提供平面外支撑，从而较大改善了整体结构的受力性能。
在本结构方案中，前后两个倾斜的平面刚架为承受竖向荷载的主体受力结构，也即横梁④与柱⑥是传递竖向荷载的主要受力构件。
而两个平面刚架通过顶面横梁之间的横撑①、③和斜撑②，以及柱之间的斜撑⑤和⑦形成较强的横向联系，从而使结构具有较好的抗侧刚度，能够抵抗较大的水平荷载。
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。
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。
第五届全国大学生结构设计竞赛计算书概要
“龙麟杯”第十一届南京工业大学结构设计竞赛暨第五届全国大学生结构设计竞赛选拨赛设计计算书参赛队伍:菁竹之光作品名称:竹光永恒目录一.概述 --------------------------------- 1二.结构选型与建模 ------------------------- 1三.结构设计方案说明 ----------------------- 2四.结构几何与材料属性 --------------------- 5五.结构在静荷载和地震荷载作用下的计算 ----- 5(1恒载作用下内力和位移计算分析----------- 6(2恒载+地震作用下内力和位移计算分析------- 9一.概述此次竞赛模型规定为至少四层房屋结构模型,并且在模型顶部设有水箱。
模型要求总高度为100±0.5 cm,且至少具有四层结构,且每层净高不小于22cm。
模型底面尺寸不大于22cm ×22cm正方形平面,每层规定有效承载面积的范围和总承载面积。
其目的在于满足竞赛模型要求的情况下,应用空间结构力学的知识,设计出材料用量最少,同时能够满足足够的强度和刚度要求,并且能够抵抗模拟水平地震荷载的结构模型。
二.结构选型与建模考虑到结构需加载水平地震波,我们小组选择了框架结构。
因为框架结构空间分隔灵活,自重轻,有利于抗震,节省材料。
又框架结构侧向刚度较小,属柔性结构,在水平加速度的作用下,能够产生较大位移而不发生结构性的破坏,造成梁柱断裂或倒塌等后果。
结构模型效果图根据竞赛要求,加载方向通过抽签决定,所以模型外形采用了中心对称的方式,楼板均为正方形。
为了使重心尽量偏低,设计时在底层加载较多的铁块,并且顶层面积适当缩小。
结构立面图三.结构设计方案说明楼板设计说明:出于中心对称的设计,楼板采用了正方形的几何图形,每层楼板四周分别设置5mm×10mm的梁,嵌入方形柱内部。
因为铁块均匀分布,楼层中央将为压力重心,楼板下层受拉最大,故在楼层中间设置X型的梁,承载铁块分布的重量,并且铁块尽量沿四周分布。
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第五届大学生结构设计竞赛桥梁结
构设计理论方案
作品名称渊虹
参赛队员王明雪、谭亚琪、代云龙、文杰、高一
专业名称土木、土木、机械、机械、土木指导教师王生武
交通大学结构设计竞赛组委会二〇一三年
结构
承重
验算
二、计算说明书
桥结构的正视图：
2.1 轴力的计算及杆件选择
根据加载要求，小车车尾经过桁架结构中间位置时停止5秒，桁架结构受力简图如上。
结构近似为静定平面桁架，用定节点法计算轴力。
节点A受力分析图
由平衡条件可知：
ΣF X=0 F=F YAC
ΣF Y=0 -F AB=F XAC 再利用比例关系
F AB=L AB F/L BC
对于节点C用截面法得：
以D点为矩心，列力矩平衡方程：-F L AD+F XCE L BC+F YCE L BD=0
再利用几何关系
F YCE=tanθ F XCE
tanθ=(L DE-L BC)/L BD
再以C为矩心，列力矩平衡方程-F L AB-F BD L BC=0
在D点：M D=7L AJ/18
在F点：M F=10L AJ/18
静载时的弯矩图如下图所示：
静载时其中一跨的受力分析如下：
F QC剪力图如下图2：
当荷载作用于跨中时力影响线图如下图：
注：结构承重验算应包括结构选型、计算简图、荷载分析、力分析、承载能力估算等（可加页）。
三、作品简图
桥结构主视图
桥结构俯视图
桥结构俯视图
整体结构效果图
附件2交通大学第五届大学生结构设计竞赛报名表
编号：
填写说明：1、申请者不用填写编号，由组委会统一填写。
2、联系人填写仔细，以便联系。
3、每个队伍的参赛学生不超过5人，指导教师1人。
4、“学院推荐意见”由学院办公室或学院团委填写并加盖公章。