水塔结构计算书,结构竞赛

目录

前言````````````````````````````1

1.方案设计摘要``````````````````1

名字的由来````````````````````1

设计理念``````````````````````2

2.结构选型 `````````````````````3

3.模型照片``````````````````````4

4.节点构造``````````````````````4

5.计算书````````````````````````5

6.结论与总结``````````````````````````5

前言

依据“XX大学第X届大学生结构设计竞赛”规则，在充分利用集成竹、胶的力学性能的基础上，以“结构重量最轻，承载力最大”为结构设计目标，我们团队设计制作了符合竞赛要求的结构模型——“筑迹”。通过理论分析、结构设计、模型设计、模型制作以及试验分析等一系列过程，我们团队不断地对“筑迹”的结构进行优化，并以此结构模型参加竞赛。

我们团队以充分发挥材料特性，大胆创新为宗旨，团结协作，共同努力，在一个多月的时间中，共制作了6个模型，进行了10多次试验，每次试验都进行详细的分析、记录。最终，所有的努力凝结为现在这个参赛作品——“筑迹”。

整个制作结构模型的过程都反映着我们团队对结构研究的严谨和热爱。探究，尝试，分析，进步，一支目标明确的团队其创造力是巨大的，我们付出了汗水，我们收获了坚实的成果，我们渴望能得到评委会的认可。

1.方案设计摘要

1.1名字的由来

筑造奇迹，是每个有志青年的梦想。我们参加结构大赛，意在学有所用，旨在激发我们的创造力，志在筑造一个个更轻、更稳的奇迹。正是在我们的渴望和我们的专注下，我们把脆弱的小竹条筑造成的结构模型能在18cm的模拟地震中屹立不倒。因此，我们为之取名为“筑迹”。

1.2设计理念

本次结构设计竞赛要求设计的模型为高架水塔结构，顶部有水箱，其中制作材料为集成竹。按照常规思路，荷载重心降低有利于结构抗震（但是此次比赛重心高度已经规定）。因此模型荷载在竖向高度上的分布对于效率比的计算影响较

大。还有就是，可以采用减震的方法。

每根杆都经过不断细心的打磨，不仅在一定程度上减小了结构自身的重量，更在整体视觉上给人一种美感。

为了增强结构的整体感，我们制作了根115cm的主要支撑杆，并且在100cm 用细线弄成网状，让水箱可以直接放在100cm处，加以稍微的连接，达到完美的整合。

从生活到设计，从简单到时尚，观察生活细节，融入青春热情，我们亲手缔造“筑迹”传奇。

2.结构选型

全支撑框架结构体系具有较强的抗侧力能力和承重性能，这也是我们最先考虑的结构方案。矩形结构具有一定的柔性，我们利用它的柔性达到消耗能量的作用，让结构在模拟地震中摇晃，但是不倒。因此，我们在结构离地30cm前都不加横杆束缚。为了在摇晃中主体柱子不被折断，我们采用了两根竹子拼接一根柱子的形式。

在结构上部有3kg的水箱，为了不让它压垮结构，结构必须要保持一定的刚性，因此，我们在结构30cm、53m、76cm、100cm处都加了横杆。

多层房屋结构中的节点多为梁柱节点，在本结构中梁柱节点有主要是梁与柱子的节点，为了使结构更加稳固，防止在震动中柱子脱落，我们在柱子底端进行加固。提高了梁柱节点的可靠性。基于减震隔震的思路我们决定上部结构靠线来承重，该体系传力路径明确，受力合理。

3.模型照片

俯视图

主视图

4.节点图

底板固定梁柱节点

5.计算书

结构静力分析

将手算的各阶段模拟静态下各层所受等效水平地震力作为静载施加到结构顶部，求得各级加载下各个模拟态下结构各杆件的弯矩M和轴力N。然后对结构施加重力荷载，求得重力荷载下各杆件的弯矩M和轴力N。将水平地震下的内力与重力下内力相作基本组合，作为结构所受内力。分别取出柱子M、N最大，与材料的最大承载力进行比较。

截面验算

构件的稳定性分析参考钢结构稳定性分析原理处理。

平面内稳定计算公式为：

σ=N/(φx A)+βbmMx/(γxWx(1-0.8N/(Nex)))<=f=65.

平面外稳定计算公式为：

σ=N/(φx A)+η（βtxMx/（φbWx））<=65

结构和水以及加载用的木板的总质量为:

M=m水+m板+m结构=3kg+2.104kg+0.150kg=5.254kg

弹簧的力（假设按最大位移0.18m计算）

F=0.18k=1557.98N

加速度a为

a=F/M=0.18k/5.254=296.5m/s2

水给结构的力为：

F1=a*m水=889.6N

每根杆的力为：

F杆=0.5F1=444.8N

所以结构中每根立柱的弯矩图为：

根据平衡条件可以算出：

F杆*1.075=0.018*F拉

可以求出杆受到的拉力为：F拉=26564.44N

杆的拉应力为：74MPa

符合杆的抗拉强度

抗压强度为F杆/36=12.35MPa

手拉强度满足要求小于组委会提供的集成竹的抗拉强度150MPa，符合要求。

综上所述，我们的结构完全符合竞赛规则，而且能在18cm的模拟地震中不倒。

6.结论与总结

通过以上模型分析和实践的加载试验，表明我们所选用的结构体系完全是合理的，构件的强度、刚度和稳定性均满足设计要求。经过此次比赛的锻炼，我们这些还没有工程经验的大学生获益良多。在整个过程中，我们所学到的力学知

识和工程设计知识得到了最大地应用，增强了结构抗震减灾的意识，强化了抗震设计基本概念，对结构减震原理有了更深入的认识。最后，感谢在此次竞赛中给与我们指导的各位老师.