塔结构模型设计与制作方案设计

2010 七纸塔结构模型设计与制作方案设计书

土木0702班

2010/5/21

七纸塔结构模型设计与制作方案设计

学院:建筑工程学院班级:土木0702班

学生姓名：胡永波，李娉，沈淑含，张涛，戴霞霞，石金和，陈小龙

指导老师：张宁远

一、方案设计摘要：

此荷载模型主体采用直立式塔架结构。结构主体由刚度较大的抗弯构件,（称刚性结构）和蒙皮结构构成，并附以片状物（称连接构件）用以减少结构变形，保证结构刚度要求；通过对刚性构件施加竖向荷载，并且有蒙皮、撑杆、和使互相连接的构件成为具有整体刚度的结构，荷载主要由撑杆和交叉连接构件传给支座。由于综合应用了刚性构件抗弯抗压刚度高，从而直立式塔结构可以做到结构自重相对较轻，体系的刚度和形状稳定性相对较好，承受荷载的能力比较强等特点。整个模型主体由四根较长刚性较好的竖直杆件，两根短刚性竖直杆构件和数条斜向交叉受拉构件连接而成。该模型充分体现了“轻巧、实用“的时代趋势，且结构严谨，材料得到充分的利用，较好地实现了承载能力合理发挥，草料消耗恰到好处的结构设计原则。

二、主要内容：

1、主要结构图：

2、结构设计方案说明

整个模型加载时，主要由四根长柱和两根短柱作为承重和抗弯构件。

由于整个构件之间都是用白乳胶连接而成，所以我们将所有节点都处理成刚点。模型在加载荷载时，因自重荷载相比外荷载很小，故为计算简便忽略其自重的影响。根据竞赛要求，对于我们的模型计算时我们按最危险的状态，即满荷载的状态下分析模型的受力和变形状况。

经综合考虑，本结构采用下部六棱柱，上部四棱柱的空间桁架结构，主杆（竖杆）、斜向杆和蒙皮组成，加载点由四根主杆支撑。整个结构整体抗弯刚度好、自重轻、结构构件受力明确。四根主杆主要承受竖向荷载产生的轴力，以及倾覆弯矩产生的轴力；斜杆承受弯曲变形产生的形变拉力，并传递给主杆和支座；蒙皮主要给主杆提供侧向支撑，以保证主杆受压时的侧向稳定性。整体结构方案见图。

这种结构既适合承重有适合承受水平荷载。斜杆的主要作用是抵抗弯曲变形，斜杆的工作原理是利用它抗压为主兼抗拉能力来形成与弯曲形变相抗衡的力。制作斜杆为一段卷纸采用20cm，直径12mm。

3、荷载分析与计算简图

1）．根据设计要求和已给材料数量，我组设计出的层高从下至上一次是，140mm、140mm、140mm、140mm、130mm、120mm、

110mm、70mm（顶板），基础高110mm。

2）.根据高层建筑结构设计长细比，通常取14，所以经过计算可得柱最小直径为10mm，结合实际情况及其它因素，我组设计主支撑柱的

直径为16mm，斜撑直径为12mm。

3）.判断弹性压杆的稳定性

<1>.计算压杆所能承受的临界荷载,而其取决于杆件本身，是

一个定值。根据欧拉公式得：

（干端固定一端铰支杆件）

时，压杆处于稳定状态。（压杆轴向压力）

时，压杆处于临界平衡状态。

时，压杆处于不平衡状态。

由上所得：

A为柱的实际面积

4、承载力估算

由于结构的承载抗弯能力和结构的制作工艺有关，故无法通过计算获得。而理论的计算值又远大于实际的承载和抗弯能力，承载能力的估算有理论计算获得不实际。经试验初步定承载能力值:10kg荷载。

5、参赛感想

结构设计有关的竞赛在我院举行的第一届，在我们看来这是一个对我们土木学生很有意义的一个平台，结合所学，来展示我们自己对结构的认识和理解。这是我们初学者的一个机会，我们比赛时的身份就是工程师，对于给定的条件设计出我们自己的完美结构。

当然对于第一次参加的我们来说，刚开始感觉很难，因为我们觉得无从下手，上课讲的知识好像都用不上，专业的知识我们还很欠缺，即使有想法，如何做出来也是一个难题。

但是我们知道，这个竞赛是一个团队的比赛，我们单个人可能并不是全能的，但团队的七个人优势互补的话，这个团队就是一个成功的团队。

通过做模型让我们总结了，在比赛章程中，一般会给出模型尺寸的限值。当未直接给出限值时，可通过加载条件间接加以确定。如对于构造长度而言，过短不利于加载平台的有效支承，过长则增加结构自重；

对于高度而言，过小不利于结构竖向刚度的保证，过高则影响加载试

验，也增加了结构的自重；对于宽度，一般受加载方式的限制。因此，模型的尺寸应保持在一定范围内，通过理论分析和模型试验取得各方面的平衡。

经过做模型和计算我们发现了很多问题。例如这次我们的模型在制作时时就遇到了很大的问题，如何将柱子直径控制在一定范围内，做到粗细大致相同，如何组装，计算时如何分析，如何受力分析，如何简化计算等问题。遇到问题时就需要充分发挥我们的团队精神，分析问题所在，一起寻找解决问题的办法，在你感觉山重水复疑无路之时，只要你坚持走下去，总会有柳暗花明又一村的，突破瓶颈之后会有凤凰涅盘重生的感觉。所以完美的模型绝非一朝一夕之功。

通过这次比赛，让我们对所学的课程有了更深一层次的理解和掌握，同时也让我们都懂得了团队精神在合作时的重要性，在做模型的过程中理论联系实际、将所学的材料力学和结构力学知识的实战运用是课本所无法赋予的，也锻炼了我们的动手能力。所以很感谢学校给我们这次锻炼的机会，也感谢老师给予我们的大力支持，我们坚信我们会得到更多的收获。