结构设计大赛004华中科技大学计算书.pdfVIP

2011 第五届全国大学生结构设计竞赛 设 计 计 算 书 参赛学校：华中科技大学 作品名称：灵跃 参赛队伍：三叶草 参赛选手：叶增光 叶灵鹏 胡安业 指导老师：苏原 董平 目 录 1 概述 2 2 结构设计方案说明 3 3 结构几何和材料属性 4 大赛给定的竹材规格和材料属性见表1 4 4 结构在规定荷载作用下的效应计算 5 4.1 分析假定 5 4.2 关于水箱注水深度的计算 7 4.3 关于第二，三层拉索构件- “竹片”的计算： 8 4.4 有限元模型的建立 9 4.5 位移计算结果 10 4.6 地震作用下的内力计算结果 14 5 杆件截面设计及验算 14 6 模型施工图 15 附表1 不同截面形式的杆件承载力 16 附表1-1 受压构件稳定性验算 16 附表1-2 箱形截面抗弯承载力 16 附表1-3 T 形截面抗弯承载力 17 附表1-4 工字型截面抗弯承载力 17 附表1-5 矩形截面压弯承载力 17 1 1 概述 此次结构设计竞赛规定了结构的总高度，各楼层净高下限，楼层数下限和 总有效承载面积及各楼层的有效承载面积的范围。其竞赛目的是为了在满足竞赛 要求的前提下，运用空间结构的构造方法，并运用相关力学知识，设计出在满足 刚度和强度要求下，在地震荷载下具有最高效率比的结构模型。从竞赛要求给定 的平面尺寸特别是关于有效承载面积的要求综合考虑各方面要求，我们认为无楼 板空间框架结构是较理想的选择。无楼板框架结构，具有大空间的建筑功能优势 同时由于去掉了楼板，可有效降低结构自重，提高效率比。我们设计的结构模型 效果图如图所示 图1 结构模型效果图 （3-d 图） 图2 结构模型效果图 （立面图） 2 图3 模型实物图 2 结构设计方案说明 根据结构的对称性，对杆件的编号如图4 。根据此次竞赛的要求，地震波进 行单向加载，但加载方向将会根据抽签的方式决定，所以为保证结构在 X,Y 向 加载下具有近似的性质，我们采用中心对称的外形，俯视图每层均为正方形，接 近各向同性。 根据赛题关于有效荷载面积的说明，为减小结构自重，提高效率比，且考虑 到铁块用热熔胶固定于结构上，并可用热熔胶将加载铁块固结为一个整体，起到 分布荷载的作用，并且如果去掉楼板，将此部分质量加到梁柱等主要构件上，对 结构受力是有利的。所以本结构采用无楼板设计，采用将铁块和水箱直接固定在 梁上的加载方式。 此次设计的结构为多层框架结构，顶层放置水箱，相对下部结构放置的铁块 而言自重较轻，也就是顶层的荷载较小，且由于水箱底面积较小，为减少自重并 使水箱可方便放置于顶部，设计顶层的外观轴线尺寸取为水箱的顶部尺寸。为使 结构传力简单，一、二、三层平面尺寸均取为 22cm ×22cm 。总体采用下大上小 的结构形式。 通过试验和理论分析，在总荷载不变的情况下，将主要荷载集中在上部结构 台面加速度没有明显变化，但结构的有效负载重量可以明显增大对提高效率比是 有利的，故在加载方式上，在满足有效荷载面积的前提下，将主要荷载质量