结构设计大赛模型计算书.doc

石河子大学第四届大学生结构设计大赛
作品名称: 戈壁自由塔
院系名称水利建筑工程学院
学生姓名

指导老师



目录
设计说明书
(一)结构选型··········································· 3
(二)材料性质:········································· 3
(三)制作工艺············································4
(四)模型特色···········································5
结构计算书
(一)计算简图与内力分析·························6
(二)、强度,刚度,稳定性校核·······················6
三、方案图···············································7
设计说明书
(一)结构选型
1、考虑因素:(1)、纸的抗拉压强度比较高,抗弯能力较弱,抗压稳定性差。(2)、防止整体和局部强度条件和失稳是结构方案设计的出发。(3)、加载条件是竖向的静荷载。(4)、加载时荷载容易出现偏心力,使模型偏倒。
2、开始构思:在阅读了本次结构设计大赛的要求后,我们小组就开始查找资料。本次要求我们设计一个多层结构。并且是承受竖向荷载。由于尺寸的要求,模型高为600mm,顶部尺寸应满足能放200mm 200mm的加载板。所以该多层结构容易在竖向荷载加载时的偏心力作用下偏倒。
考虑到以上4点因素,为了使杆件结构受到的力更为合理,方案采用桁架结构体系。
最开始考虑到容易倾倒,我们联想到了埃菲尔铁塔,于是我们的构思是设计顶层为竖直杆,中间是倾斜杆,底层为三个斜三棱柱,但由于节点杆件数目过多,接点不好处理,可能做出来的模型节点容易破坏。于是我们将斜杆改成了三根竖直的主柱,在底层为了防止偏倒,在外围用斜杆支撑。底层内部用三根斜杆(一段固定在主杆上,另一端把三个杆固定到一起。)
为了防止受桁架的失稳问题,增加结构的整体受力性能,在竖向杆件之间用线构造“\”的斜杆和横杆联系。
最终确定它高600mm,底座跨度为356mm,。如右图所示
(二)材料性质:
白卡纸作为模型材料,其力学性能特点是受拉性能良好,抗撕裂能力差,抗压稳定性差。将纸折成圆筒并用乳胶粘结后,可承受一定的压力,但受长细比的限制,多为压杆失稳状态的受力破坏,可承受一定弯矩。结构使用的主要材料是纸、线、胶,通过查阅相关资料,材料的力学性能指标分别见表1和表2。
表1  230克白卡纸弹性模量和极限应力
名称种类
层数
层厚/mm
弹性模量/N·mm2
备  注
230克白卡纸
1

1459
受压计算时需考虑长细比对稳定的影响
表2. 215克白卡纸极限应力
名称类型
层厚
(mm)
拉应力(N/mm2)
压应力
(N/mm2)
备注
215克白卡纸



受压计算时需考虑长细比对稳定的影响
 
(三)制作工艺
1、卷杆:
(1)刚开始卷的时候,由于考虑到要把杆芯容易地拔出来,我们在杆芯