结构设计大赛作品介绍书

2012年第四届山东农业大学结构设计大赛

计算书

作品名称：中流砥柱

参赛队伍：Arch

队员：刘永永、廉照彬、高迪

专业：水利水电工程

一·赛题综述

竞赛模型为木质多层房屋结构模型，模型的各层楼面系统承受的竖向荷载通过附加铁块实现。多层结构模型由参赛选手制作，并用胶水固定于木质模型底板上，通过螺栓和连接钢板固定。

模型总高度应为80cm，误差±5mm。底面尺寸不得超过30cm×30cm的正方形平面，模型至少3个楼层，每个楼层层高不少于25 cm。模型的总有效承载面积应在600cm2至720cm2的范围之内，且每个楼层的有效承载面积不得小于25cm2。

二、设计说明

1.作品简介

1）作品构思

模型为三层四边形框架结构，采用三角固定，及拱结构承重，同时兼顾整体美观性。

2）作品名称及含义

“孤峰浮水面，一柱钉波心。顶住三门险，根连九曲深。柱天形突兀，逐浪素浮沉”。作品取名为“中流砥柱”寓意模型稳固、坚实。

2.结构选型

1）选型依据

根据赛题要求，模型选择框架支撑体系。框架结构是一种最常见的结构形式，其设计简单，施工方便，在多层建筑中运用得较多，这种结构被证明可以有效减少地震等灾害造成的损失，减小人员伤亡和经济损失。

2）设计理念

本模型采用框架支撑体系，以“小震不坏，中震可修，大震不倒”为设计理念，为了保证模型具有良好的耗能能力，在第一级加载时模型中的任一构件不会出现破坏；第二级加载时模型的主要承重构件——梁和柱中任一构件不会出现破坏；第三级加载时模型整体或任一楼不会层发生坍塌且任一柱脚不会脱离底板，要求结构前期具有足够的刚度，后期具有足够的延性。本模型采用“强柱弱梁，强剪弱弯，强节点，强锚固”的设计原则。结构采用框架支撑结构。主要构件包括框架柱、楼板和柔性支撑。框架柱与地基相连，承受结构的重力荷载和地震荷载。楼板直接承受铁块的重力荷载。

3、结构建模特色

1)多方向小木块固定柱子

采用木块、胶水将柱子稳定固定在底板上，确保了柱子的牢固，为整个结构的设计、稳定提供了前提。

2)三角形支撑

利用三角形的稳定性，提高梁的承重能力，同时稳定柱子，提高结构整体的稳定性。

3)拱形结构

充分利用拱形结构分散荷载的功能，提高了梁的承载能力，同时，增强了柱子的稳定。

4)梁上加侧杆增加承重

充分利用材料特性，利用杆件内部纤维提高梁的承载能力。

4、受荷载分析

1）竖向荷载（铁块产生荷载）

二层底部荷载布置和三层底部荷载布置

通过粗梁搭载铁块，二层通过拱形结构及三角结构支撑梁，三层主要通过稳固横梁负载

2）横向荷载（侧击）

采用厚实的10*8 柱子进行主要受剪，另外采用拱结构和三角

结构以及整体的稳定进行缓冲。

5、节点构造

1）柱梁连接方式：梁搭载在柱子的外侧，用支撑顶住。

2）梁与三角支撑主要连接方式：

3）柱子构造4）主梁构造6、模型加工图

7）主要计算

三、总结致谢

在制作过程中，每一次结构的优化改进，都激发我们的热情。当看到模型质量不断减轻、位移不断减小的时候，我们欣喜若狂，信心倍增。实践再一次证明，只有把理论运用于实际，用所学的知识指导实践，才能合理优化模型。制作的过程并不一帆风顺，我们迷茫过，但坚持着！

地震荷载是一个动荷载，不同于以往的静荷载，影响其反应的因素很多，以我们现有的知识要把地震波分析得基本清楚是很难做到的。振动力学和专业基础课结构力学中关于结构动力学的部分对我们本次模型设计起到了很大作用。在本次竞赛的准备阶段，老师曾指导我查阅资料的方向和计算思路，我们深感荣幸。通过此次结构设计竞赛使我们学会了怎样处理问题、怎样把所学知识应用于生活中，锻炼了我们的动手能力和创新能力。我们相信，此次结构设计竞赛将会是大学里难以忘记的一次经历。