2011年第五届全国大学生结构设计大赛计算书.doc

2011年
第五届全国大学生结构设计
大赛计算书
作品名称:简约之美
指导老师:
参赛队员:


理论分析计算书目录
一、设计说明……………………………………………………(3)
1、方案构思……………………………………………………(3)
2、结构选型……………………………………………………(3)
3、结构特色……………………………………………………(5)
二、设计方案……………………………………………………(6)
1、设计基本假定…………………………………………………(6)
2、模型结构图…………………………………………………(6)
3、主要构件材料表………………………………………………(8)
三、结构设计计算…………………………………………………(8)
1、静力分析……………………………………………………(9)
2、地震作用分析…………………………………………(9)
3、内力分析………………………………………………(10)
3、计算简图……………………………………………………(10)
四、结构分析总结…………………………………………………(11)
参考……………………………………………………(12)
致谢……………………………………………………(12)


一、设计说明
根据竞赛规则要求,我们从模型制作的材料抗压特性,抗拉特性,单向简谐动载加载形式和静力加载大小要求等方面出发,结合节省材料,经济美观,承载力强等特点,采用比赛提供的竹质材料,502胶水粘结剂精心设计制作了“简约之美”结构模型,该模型为四层房屋的梁柱体系结构。
1、方案构思
模型主要承受竖直荷载和较大的水平动载,竖直荷载较容易满足,水平动载对结构的刚度要求较高,同时要求结构有较强的抗剪能力。
(1)本结构主要构思是想利用四根柱子的轴力来抵抗荷载的作用和地震作用。
(2)设计的总原则是:尽可能的利用细杆来提高柱子的承载力,并利用木材的抗拉性能,及抗压性能来抵抗荷载的作用。
2、结构选型
按设计要求,在楼面承受荷载情况下外加较大的水动力荷载,所以必须考虑动荷载的作用;因此,我们选择了整体构造截面为正方形的框架结构,并且利用箱型梁与正方形(由于胶水的缘故,粘贴并不完全刚接,其实处于刚接和铰接之间,刚接作用强一点,所以这里采用刚接)柱子的刚性连接形成矩形框架,使结构具有较好的整体性,以便承受较大的动力荷载。
在遵守原则的前提下,我们综合考虑各个因素设计的简约之美具有以下五个创意点:
创意点一根据地震剪力倒三角的分布规律,在设计时我们在柱子上设置了横向加固竹材圈相当于箍筋的作用,并且根据力流设置了加密区,分布规律:由下到上,由密变疏,如下图a所示。
创意点二考虑材料有较高的抗拉性能,结合材料的力学性能,简约之美的主梁设计为箱型梁,增强梁的抗弯性和承载能力。
创意点三次梁采用T型梁,T梁两横一竖正交相接并与主梁连接,T梁腹板承槽型相对形成很大的接触面积使得梁与梁更好的粘结,这样主梁与次梁在同一平面;楼板与梁之间之间粘结,在楼板面上开孔既节省材料又美观,如下图b所示。
创意点四施加预应力——在结构承受300KN左右荷载的基础上,进行斜拉杆的粘结,卸载之后即产生预应力,而且斜拉条承螺旋式相交,可以增加柱子的刚度。如图c所示。
创意点五在整个结构与底板的粘结处采用充实竹子的低端以增加粘结面积,并且在低端采用立体三角形粘结底板与柱子,以便保证此粘结端成为刚性节点。如图d所示。
依据以上创意点加上精细的制作环节,我们制作出的结构质量轻,强度高,节省材料,承载空间大,经济美观,达到了物尽其用之美,真可谓简约之美
、结构外形
结构平面为边长195mm的正方形,柱高1005mm,整体为215*215*1005mm的正四棱柱,梁采用箱型主梁和T型次梁的组合结构加强稳定性和抗弯性。
‚、材料截面选择
我们用正方形柱承受铁块恒荷载和水平动载,矩形主梁连接正方形的柱子,T型次梁连接主梁。
主体承力矩形柱由横截面积10mm*10㎜空心结构,柱与柱之间由外边6mm*8㎜,内边4mm*6mm的箱型梁连接,结构内部由T型梁(翼缘1mm*8mm,腹板2mm*5mm)与次梁交叉相连,增加了结构的强度和刚度。
ƒ、节点设计
主体框架结构相交的节点由于杆在加动载和静载时会引起较大的剪力,在连接时用小木片填充密实其梁的结头处横断面,在加载处节点贴上薄竹片来增大接触面积,从而来增大节点强度,从而在结构受力计算时一些节点模拟成刚节点。主梁与次梁之间都通过端点处延伸木条来粘结,使得接触面积增大,从而保证具有良好的刚度和较大的强度。
3、结构特色
这个名为简约之美的结构是在我们制作结构对结构进行试