创新设计最终版

目录

1设计说明书 (1)

1.1 设计构思 (1)

1.1.1造型构思 (1)

1.1. 2结构体系的选择 (4)

1.1. 3特色说明 (5)

2 方案图 (5)

2.1结构整体布置图 (6)

2.2主要构件详图及节点图 (7)

2.3 方案效果图 (10)

3计算书 (12)

3.1结构计算假定和各个单元物理参数 (12)

3.1.1计算假定 (12)

3.1.2构件截面尺寸 (12)

3.2计算简图 (13)

3.3 静载状况下结构的内力分析 (13)

3.3.1结构强度计算 (13)

3.3.2结构刚度计算 (16)

3.4承载能力验算 (17)

3.4.1强度验算 (17)

3.4.2刚度验算 (18)

3.4.3稳定性验算 (18)

3.5承载能力的估算 (19)

3.5.1稳定条件控制的最大承重G1 (19)

3.5.2强度条件控制下的最大承重G2 (19)

3.5.3刚度条件控制的最大承重G3 (19)

3.6破坏形式的估计 (19)

附录一结构力学求解器输入源代码 (21)

附录二结构内力输出值 (23)

1设计说明书

以房屋建筑中的肋形梁楼盖和立柱的设计理念，设计扶壁式挡土墙结构。用柔性的面板和刚性的骨架组成挡墙，以斜向的撑杆替代扶壁，构成由骨架与斜立柱组合的空间体系，给人一种简单而又不失稳重的感觉。

1.1 设计构思

设计的对象为扶壁式挡土墙，扶壁式挡土墙结构包括围墙和侧撑两部分，如下图所示。扶壁式挡土墙是一种钢筋混凝土薄壁式挡土墙，其主要特点是构造简单、施工方便，墙身断面较小，自身质量轻，可以较好的发挥材料的强度性能，能适应承载力较低的地基。适用于缺乏石料及地震地区。一般在较高的填方路段采用来稳定路堤，以减少土石方工程量和占地面积。扶壁式挡土墙，断面尺寸较小，踵板上的土体重力可有效地抵抗倾覆和滑移，竖板和扶壁共同承受土压力产生的弯矩和剪力。

1.1.1造型构思

（1）材料强度分析

纸质杆件的抗弯能力最弱，因此，设计时应尽可能降低由荷载产生的弯矩。由表1、表2可看出白卡纸的主要优点是拥有较强的抗拉性能；经试验，白卡纸制成的杆

件抗压性能也较强。因此，结构体系的杆件受力应以受拉和受压为主。

表1230克白卡纸弹性模量

表2230克白卡纸极限应力

（2）结构功能要求

设计构思从以下三个角度出发：结构具有足够的强度、刚度、稳定性和抗滑性能；结构实用，美观；结构构件多元化，使之充分利用，降低自重。

此外，所设计结构模型必须加载40kg的钢珠，并在丧失承载力前持荷30秒以上（不含30秒）。

（3）结构立面形式的选择

扶壁式挡土墙，相当于沿墙的长度方向每隔一定距离设置一道扶壁，增强墙面板与墙踵板的连接，以承受较大的弯矩作用，如图1。本结构模型拟设置两排扶壁，由两根斜柱构成（斜柱以纸带连接），斜柱直接撑在墙面主梁上。

图1扶壁式挡墙

墙面板拟设置成肋梁楼盖型式，如图2。面板通过肋形梁体系将荷载传递给斜柱，最终由斜柱将荷载传到底板。利用肋形骨架增大面板刚度，配合以合理的斜柱撑点使之不会倾覆。

图2 肋形梁楼盖

结构最重要的功能，就是承受其生命全过程中可能出现的各种作用。因此，在选

择结构型式中，为了能满足结构承载能力和抗滑要求，我们经过反复试验和甄选，充分考虑白卡纸的材料性质，以结构功能要求为基本出发点，从多种形式对比中，决定以扶壁式挡墙和肋形梁楼盖作基本形式，再结合梁、柱各自的特点，最终选择斜柱、肋梁面板组成的结构型式。

（4）构件截面的选择

由白卡纸材料性质及结构的功能要求决定了构件宜以受拉、压为主，而白卡纸的受拉性能较好。因此，构件截面型式的选择应从受压性能最优的截面形式开始考虑。可供选择的常见截面有圆形截面、方形截面、矩形截面等。

从圆形、方形、矩形截面中考虑，圆形的受压性能优于方形，方形优于矩形。但是，考虑到模型制作时圆形截面节点的处理难度较大（如图3所示），因此，受压杆件选方形截面为宜。

图3 圆形截面杆件连接示意图

1.1. 2结构体系的选择

结构体系的选择主要考虑结构的整体稳定性和抗滑性能。该体系为图4 所示的斜柱扶壁和由纸膜及骨架组成的墙面板，通过节点处理将两部分构件连为整体，并利用纸带张拉以平衡整个结构。这样，整个结构能够具有较大的强度、刚度、稳定性和以及较好的抗滑性。在侧翼利用2cm的挡板使两翼的面板形成三边支撑的双向板。最终的设计作品如图4。

图4结构体系图

1.1. 3特色说明

(1)白卡纸薄膜层制作墙面板：白卡纸由3部分组成，将其油性一侧最薄的薄膜层撕开来制作墙面板，墙面板受拉，能充分发挥材料性能且满足要求。

(2)撕纸巧妙：先将白卡纸撕一小角，并用小圆杆卷起，慢慢滚动，再将外表薄膜层撕下，无褶皱、裂痕；

(3) 结点加劲：斜撑杆与主梁连接处贴一片白卡纸，增加结点局部刚度和强度；

（4）主次梁连接独特：将横次梁在制作之前在特定的位置开口，采用竖主梁贯穿横次梁的原则，以此减少次梁因断开损失的刚度，使主次梁刚度充分体现；

2 方案图

2.1 结构整体布置图

（a）墙面板正面图（单位：mm）

（b）侧立面图

图7 结构整体布置（单位：mm）2.2主要构件详图及节点图

首先对模型主要构件及关键节点进行编号，如图8所示。

图8 构件及节点编号图（1）主要构件详图

图9 ①号杆详图