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颗阙
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1 带屋顶水箱的竹质多层房屋结构计算书参赛院校 : 东北林业大学参赛作品名 : 埃菲尔参赛队员 : 赵婷婷杨颖伟刘子辉指导教师 : 郭楠左宏亮第五届全国大学生结构设计竞赛 2011 年 10 月 - 1 -

2 摘要依据第五届全国大学生结构设计竞赛竞赛要求, 在充分理解赛题的基础上, 依托现有结构概念, 合理利用比赛规则, 设计并制作了参赛作品模型采用塔形结构, 与水平地震作用下的弯矩图大致吻合, 并能增加结构的整体稳定性底面尺寸尽可能做大, 从而在地震过程中提供更大的抗倾覆力矩, 顶面尺寸和水箱底面重合, 将水箱视为结构的刚性横梁考虑到赛题没有限定结构侧移, 因此采用刚度较小的框架体系, 减小地震作用, 同时能够减轻结构质量, 通过结构的变形来消耗能量, 充分利用竹材出色的抗拉强度和韧性梁柱是结构的主要受力构件, 因此采用了轻质高强的格构式构件, 即采用缀板柱和桁架来构成整体结构, 并且为了增强构件的平面外刚度, 将柱肢和桁架弦杆做成了 L 型截面通过结构选型方案确定计算分析模型制作模型试验和模型优化几个阶段, 最终形成了本次比赛的参赛作品关键词 : 塔形结构, 框架体系, 缀板柱, 桁架, L 型截面 - 2 -

3 目录一设计说明整体方案构思作品名称结构选型结构设计赛题分析模型方案铁块布置及水箱注水量模型加工图特色处理制作工艺二模型计算分析计算假定地震作用计算模型内力及变形计算荷载效应组合构件截面选择构件强度及稳定性验算三试验分析四结论

4 一设计说明 1. 整体方案构思 1.1 作品名称埃菲尔铁塔不仅是巴黎的象征, 也是世界闻名的高耸结构, 它不仅外形美观, 而且结构合理, 我们的作品以埃菲尔命名, 追寻大师足迹, 渴望重现经典 1.2 结构选型本模型采用塔形结构, 与水平地震作用下的弯矩图大致吻合, 增加结构的稳定性, 如图 1-1 所示模型底面采用 220mm 220mm 的矩形平面, 充分利用赛题尺寸, 尽可能使力臂更大, 从而在地震过程中提供更大的抗倾覆力矩模型顶面采用 124mm 124mm 的矩形平面, 和水箱底面重合, 通过柱顶和横梁与水箱连为一体, 此时刚度较大的水箱就相当于是框架结构顶部的刚性横梁, 能够增强整体结构的抗侧刚度结构抗震的两种基本思路是抗和放, 虽然真实结构大多要求刚度较大, 而满足使用要求, 但从赛题角度来说, 较大的刚度必然会导致结构质量的增加, 因此我们选择了刚度较小的框架体系, 而没有设置斜撑, 一方面减小了地震作用, 另一方面通过结构的变形来消耗能量, 充分利用竹材出色的抗拉强度和韧性, 如图 1-2 所示梁柱是结构的主要受 - 4 -

5 力构件, 因此采用了轻质高强的格构式构件, 即采用缀板柱和桁架来构成整体结构, 并且为了增强构件的平面外刚度, 将柱肢和桁架弦杆做成了 L 型截面, 如图 1-3 及图 1-4 所示 ( a) 模型抖动 ( b) 模型摆动图 1-1 模型整体效果图 1-2 结构的振动方式图 1-3 缀板柱 - 5 -

图 1-4 连接柱的水平桁架 2. 结构设计 2.1. 赛题分析 ( 1) 结构抗震的抗与放结构抗震的两种基本思路是抗和放, 虽然真实结构大多要求刚度较大, 而满足使用要求, 但从赛题角度来说, 较大的刚度必然会导致结构质量的增加, 因此我们选择了刚度较小的框架体系, 而没有设置斜撑, 一方面减小了地震作用, 另一方面通过结构的变形来消耗能量,

6 图 1-4 连接柱的水平桁架 2. 结构设计 2.1. 赛题分析 ( 1) 结构抗震的抗与放结构抗震的两种基本思路是抗和放, 虽然真实结构大多要求刚度较大, 而满足使用要求, 但从赛题角度来说, 较大的刚度必然会导致结构质量的增加, 因此我们选择了刚度较小的框架体系, 而没有设置斜撑, 一方面减小了地震作用, 另一方面通过结构的变形来消耗能量, 充分利用竹材出色的抗拉强度和韧性 ( 2) 如何提高效率比本次大赛的加载表现通过效率比来体现, 即 Ei = e 100 M M I W, 从公式中我们能够知道振动台实测的台面加速度越大铁块和水箱的等效负载重量越大模型越轻则效率比越大 ( 3) 铁块布置原则结构抗震性能如果好, 要求结构布置上实现质量和刚度沿高度分布比较均匀, 由于我们采用了塔形的方案, 层刚度是从下 - 6 -

7 到上逐渐减小的, 因此在铁块的布置上也应该尽可能使层剪力分布与结构抗力相吻合, 这样能是结构的应力分布比较均匀, 更充分地利用材料 ( 4) 如何减小模型质量 M M 首先从整体方案中, 选择较柔的框架体系, 能够减小地震作用, 从而减小模型质量 ; 其次将梁柱等主要构件均做成格构形式, 增大惯性矩的同时, 也能够减轻质量 ; 最后, 根据赛题要求, 尽量不设置楼板, 通过横梁斜梁及条带所构成的组合体系, 支承铁块 ( 5) 如何增大台面加速度 I 由于振动台较小, 模型对振动台的反馈是很明显的, 在试验过程中, 我们发现, 不同模型的台面加速度会有较大的差别, 有的甚至达到了 50% 影响台面加速度大小的原因很多, 比如水箱的注水量铁块分布结构刚度等, 从理论上分析超出了本科生的能力范围, 因此我们通过试验来不断调整注水量和铁块分布, 以得到较大的台面加速度 2.2 模型方案 ( 1) 从矩形到塔形埃菲尔铁塔之所以合理, 一个很主要的原因是因为塔的整体形状与水平荷载作用下的弯矩形状是相吻合的, 如图 1-5 所示 - 7 -

8 因此模型没有做成通常结构的矩形立面, 而是做成上端小, 下端大的塔形结构, 使模型的形状和水平地震作用下的弯矩形状更加接近, 如图 1-6 所示图 1-5 埃菲尔铁塔的设计理念图 1-6 参赛作品的立面选型 ( 2) 刚性结构与柔性结构正如前文所分析的那样, 本模型放弃了刚度较大的桁架体系, 而采用刚度较小的框架结构体系, 通过减小结构刚度来实现减小地震作用的目的, 如图 1-7 所示竹材是轻质高强的材料, 抗拉强度和韧性非常好, 将结构设计的很柔, 从能量耗散的角度, 让结构通过弹性变形能和动能来耗散地震输入的总能量, 充分利用材料 - 8 -

9 图 1-7 结构体系选择值得说明的是, 我们之所以采用柔性结构, 有一点很重要的原因是赛题中并没有对结构的侧移进行限制, 所以只要结构不坏, 摆动幅度大些也是允许的而真实的结构设计中, 为了满足结构刚度要求和舒适度要求, 是要限定结构侧移的, 这一点可以通过设置斜撑梁加腋增大梁柱截面等措施来实现 ( 3) 底面及顶面尺寸确定模型底面采用 220mm 220mm 的矩形平面, 充分利用赛题尺寸, 尽可能使力臂更大, 从而在地震过程中提供更大的抗倾覆力矩, 如图 1-8 所示图 1-8 模型底部平面 - 9 -

如果从增加结构刚度的角度出发, 选择剪力墙结构筒体结构巨型桁架结构等都是很好的选择, 结合本赛题, 带支撑的框架结构是不错的选择,

10 模型顶面采用 124mm 124mm 的矩形平面, 和水箱底面重合, 通过柱顶附加的三角形节点板和横梁与水箱连为一体, 此时刚度较大的水箱就相当于是框架结构顶部的刚性横梁, 能够增强整体结构的抗侧刚度 ( 4) 结构体系的选择图 1-9 模型顶部平面如果从增加结构刚度的角度出发, 选择剪力墙结构筒体结构巨型桁架结构等都是很好的选择, 结合本赛题, 带支撑的框架结构是不错的选择, 在工程上一些著名的例子, 比如香港中银大厦和芝加哥的约翰汉考克大厦, 因此在制作初期, 我们也选择了刚度较好的桁架体系, 如图 1-10 所示

11 图 1-10 刚度较好的桁架体系在试验过程中, 我们发现, 刚度大的结构地震作用也较大, 需要用更多的材料来抵抗水平地震作用结合抗震设计抗与放的两个原则, 我们开始尝试柔性的结构, 最初我们也担心结构做柔以后, 是否还能够抵抗地震作用, 在试验过程中, 竹材出色的抗拉性能和韧性给了我们信心综合上述原因, 我们采用了抗侧刚度较小的框架结构体系, 如图 1-11 所示 ( 5) 缀板柱的构成图 1-11 柔性的框架体系

这样能有效地防止柱肢在压力作用下发生失稳 ( 6) 桁架的构成图 1-12 三角形缀板柱为了防止桁架在平面外失稳, 桁架的上下弦杆均采用 L 型截面,

12 与实腹柱相比, 格构柱具有刚度大, 质量轻的优点, 因此本模型采用格构柱中的缀板柱的形式, 之所以选择缀板柱而没有选择缀条柱, 也是考虑将结构做柔, 减小地震作用考虑到制作模型的材料为片材, 平面外刚度较差, 柱肢由三个 L 型截面构成, 并在 L 型截面的外表面粘贴缀板, 形成三角形的缀板柱, 如图 1-12 所示, 这样能有效地防止柱肢在压力作用下发生失稳 ( 6) 桁架的构成图 1-12 三角形缀板柱为了防止桁架在平面外失稳, 桁架的上下弦杆均采用 L 型截面, 腹杆采用竖杆加斜杆的组合形式, 通过精心布置, 使竖杆受压 ( 双层竹片 ), 斜杆受拉 ( 单层竹片 ), 如图 1-13 所示图 1-13 ( 7) 设置对角线斜向桁架桁架构成如果只在结构外围设置桁架, 则所有铁块的重量都要通过此

桁架传给柱子, 需要将桁架做的比较大, 而且因为桁架的平面外刚度较小, 竖向荷载作用下会产生较大的扭转, 对结构是不利的此外, 结构的对角线方向刚度也较小, 形成了薄弱环节因此在对角线方向设置斜向桁架, 不仅能减小边缘桁架的荷载, 而且也能增加楼板在对角线方向的刚度, 如图 1-14 所示图 1-14 对角线斜向桁架 2.

13 桁架传给柱子, 需要将桁架做的比较大, 而且因为桁架的平面外刚度较小, 竖向荷载作用下会产生较大的扭转, 对结构是不利的此外, 结构的对角线方向刚度也较小, 形成了薄弱环节因此在对角线方向设置斜向桁架, 不仅能减小边缘桁架的荷载, 而且也能增加楼板在对角线方向的刚度, 如图 1-14 所示图 1-14 对角线斜向桁架 2.3 铁块布置及水箱注水量 ( 1) 铁块布置结合模型尺寸, 铁块产生的层剪力与结构抗力的关系, 以及铁块布置对台面加速度的影响, 最终确定铁块布置方案如下 : 1 一层顶布置小铁块 12 块, 下层 10 块, 上层 2 块, 全部平放 (6cm 4.5cm 面朝下 ), 共计 8.1kg; 2 二层顶布置小铁块 10 块, 下层 7 块, 上层 3 块, 全部平放, 共计 6.75kg;

14 3 三层顶下层布置大铁块 2 块, 全部平放 ; 上层布置小铁块 4 块,2 平放, 2 侧放 ( 6cm 3.2cm 面朝下 ), 共计 6.3 kg 有效承载面积为 =603cm 2 各层铁块布置如图 1-15 所示下层上层立面图一层顶铁块布置图下层上层二层顶铁块布置图立面图下层上层立面图三层顶铁块布置图图 ~3 层顶铁块布置图

15 ( 2) 水箱注水量水箱注水量不仅影响结构的等效负载重量, 而且在试验的过程中我们发现, 如果水箱注水不满, 水的晃动会影响结构的摆动, 进而会影响台面加速度 ; 另外, 因为我们的铁块布置的比较多, 水箱注满, 能够使结构的质量沿高度分布更加均匀, 因此我们将水箱注满, 水箱质量为 4219 克 2.4 模型加工图

16 图 1-16 模型结构立面图

17 图 1-17 模型结构平面图

18 图 1-18 节点详图

19 图 1-19 构件详图及材料表

此时柱脚力一部分通过 L 型柱肢直接传给底板 ; 另一部分通过柱肢传给腹板, 再传给底板 ; 第三部分先由柱肢传给腹板, 再传给加劲肋, 最后传给底板这种渠道面的传力方式, 增加了柱脚的可靠性,

20 3. 特色处理 ( 1) 柱脚处理赛会提供的底板, 相当于结构的筏板基础, 能够为整个结构底部提供足够的刚度, 因此没有必要在两个柱脚之间设置拉梁等辅助构件, 也没有必要为柱脚设置底面, 而是将柱脚直接粘贴在底板上即可本模型采用的是格构式柱, 在柱脚区域的 L 型柱肢之间设置腹板进行进行加强, 并参考钢结构柱脚的做法, 在垂直于腹板方向设置了加劲肋, 如图 1-20 所示此时柱脚力一部分通过 L 型柱肢直接传给底板 ; 另一部分通过柱肢传给腹板, 再传给底板 ; 第三部分先由柱肢传给腹板, 再传给加劲肋, 最后传给底板这种渠道面的传力方式, 增加了柱脚的可靠性, 使得本模型的柱脚在整体上放大不多的情况下, 实现了与底板的可靠连接 ( 2) 节点连接处理图 1-20 柱脚处理由于制作材料为竹片, 则竹片与竹片直接的连接就存在线面连接和面面连接两种形式, 显然面面连接是更可靠的连接方式,

桁架与柱的连接处理 ( b) 面面连接方式图 1-21 节点连接方式桁架与柱肢的连接部位是结构的关键部位, 桁架不仅要将弯矩剪力和轴力传给柱,

21 但由于一些构件是相互垂直的, 实现面面连接也并不容易, 因此我们采用 L 型柱肢和桁架弦杆, 改善了节点的连接方式, 如图 1-21 所示此外因为面面连接的接触面积大, 能够控制节点的旋转, 使节点从铰接转化为固接, 因此也增大了整个构件的刚度 ( a) 线面连接方式 ( 3) 桁架与柱的连接处理 ( b) 面面连接方式图 1-21 节点连接方式桁架与柱肢的连接部位是结构的关键部位, 桁架不仅要将弯矩剪力和轴力传给柱, 而且也要作为柱的侧向支撑, 减小柱的计算长度, 防止失稳由于本模型采用的桁架弦杆是 L 型截面, 若直接粘贴在柱肢上, 会形成线面连接, 对于这种关键受力部位

22 是不可靠的, 因此我们将 L 型截面在端部剪开, 一部分上翻与柱肢连接, 另一部分直接伸至远端柱肢截面, 兼作缀板, 如图 1-22 所示图 1-22 桁架与柱的连接方式 4. 制作工艺 ( 1) L 型截面的形成 L 型截面如果采用两根竹片垂直粘贴的方式进行连接, 就是线线连接, 粘贴质量很难保证若直接将竹片弯折, 由于竹片较厚且纤维分布不完全均匀, 很难折成直线所以采用在竹片上刻痕, 然后进行弯折, 再沿刻痕涂胶的方式进行连接这样即能保证弯折的平整度, 又能确保连接质量, 如图 1-23 所示

23 图 1-23 ( 2) 保证柱肢平齐的措施 L 型截面的制作格构式构件虽然具有轻质高强的特点, 但加工起来比较麻烦, 尤其是采用 L 型柱肢以后, 没有平面进行固定, 很难保证柱肢平齐, 因此我们制作了 23mm 23mm 辅助的竹块, 使其卡在柱肢内侧, 这样就能够保证在粘贴缀板之后, 柱肢仍然是平行的, 如图 1-24 所示图 1-24 ( 3) 洒粉粘贴技术通过辅助竹块使柱肢平齐由于赛会提供的材料为片材, 虽然我们在模型制作上尽可能地采用面面连接的粘贴方式, 但线面连接也在所难免, 为了保证

粘贴质量, 我们将打磨竹材的粉末放于粘贴表面, 再将另一片竹片垂直放入粉末中, 然后涂胶

有限元程序, 采用空间建模对参赛模型进行了分析考虑到本科生的知识结构, 分析时没有采用更为精确的时程分析法,

24 粘贴质量, 我们将打磨竹材的粉末放于粘贴表面, 再将另一片竹片垂直放入粉末中, 然后涂胶这种方法类似于钢结构施工中的角焊缝, 竹片相当于钢板, 竹粉相当于焊料因此可以使节点更加可靠, 如图 1-25 所示 ( a) 角焊缝焊接钢板 ( b) 洒粉粘贴图 1-25 洒粉粘贴技术二模型计算分析为了更好地了解实际模型的受力状态, 以便在制作过程中不断优化, 我们在老师的指导下, 运用 sap2000 有限元程序, 采用空间建模对参赛模型进行了分析考虑到本科生的知识结构, 分析时没有采用更为精确的时程分析法, 而是用较为简单的底部剪力法求解结构的地震作用, 再通过程序计算各杆件内力, 进而进行构件截面的选择 1. 计算假定考虑到有限元程序特点及实际操作的可行性, 本着准确和简化

的原则, 做出如下计算假定 : 1 由于缀板有一定宽度, 与柱肢有是面面连接, 故缀板与柱肢连接简化为刚接 ; 桁架上下弦与柱肢之间, 虽然是面面连接, 但不能限制其转角, 因此简化为铰接, 通过上下弦杆的拉压力偶来传递弯矩 ; 柱脚与底板通过腹板和加劲肋紧密连接为一体, 因此简化为固顶端 2 将铁块荷载简化成均布荷载, 作用于楼层顶面 3 通过底部剪力法计算模型的水平地震作用,

25 的原则, 做出如下计算假定 : 1 由于缀板有一定宽度, 与柱肢有是面面连接, 故缀板与柱肢连接简化为刚接 ; 桁架上下弦与柱肢之间, 虽然是面面连接, 但不能限制其转角, 因此简化为铰接, 通过上下弦杆的拉压力偶来传递弯矩 ; 柱脚与底板通过腹板和加劲肋紧密连接为一体, 因此简化为固顶端 2 将铁块荷载简化成均布荷载, 作用于楼层顶面 3 通过底部剪力法计算模型的水平地震作用, 并以线荷载的形式作用于楼层顶面 4 在顺纹方向, 竹材是均值弹性的, 不考虑塑性上述简化和假定虽然会带来一定误差, 但计算原理上来说是正确的, 误差也在可接受的范围内因此通过计算分析, 能够准确的把握模型整体以及各个杆件的受力状态, 对模型进行优化 2. 地震作用计算由于没有相关结构的周期计算, 采用底部剪力法计算模型结构的地震作用时, 通过白噪声对加上铁块和水箱的模型进行扫频, 并以此为依据求解水平地震作用生产的白噪声如图 2-1 所示, 扫频结果如图 2-2 所示图 2-1 白噪声

26 图 2-2 白噪声扫频结果采用底部剪力法, 通过振动台扫频得到周期, 以第三级加载为例给出计算过程, 前两级加载的计算结构见表 2-1 模型结构的基本周期由扫频得到, T 1 =0.051s; 水平地震影响系数最大值由台面实测得到 α max =1.12; 由于模型底板和振动台为固接, 可以认为场地土为坚硬岩石, 即场地类别属于 Ⅰ 0 类, 设计地震分组为第一组, 因此 T g =0.2s, m 1 =8.775kg, m 2 =6.075kg, m 3 =6.3kg, m 4 =4.22kg 1) 水平地震影响系数 T 1 =0.051s, 0< T 1 < 0.1 对应于 T 1 的水平地震影响系数线性内插求得 α 1 =0.85 2) 底部剪力标准值 F Ek =α 1 G eq =0.85α 1 ΣG i = ( ) 9.8= N 3) 顶部附加水平地震作用 T 1 =0.051s<1.4T g =0.28s, 不考虑顶部附加水平地震作用 ΔF n 4) 水平地震作用各层的水平地震作用 F i n j 1 G H i j i G H j F Ek

27 ΣG j H j =9.8 ( ) = = N F 1 F 2 F 3 F 4 = N = N = N = N 图 2-3 重力荷载代表值计算简图 G4 G3 G2 G1 表 2-1 重力荷载代表值及水平地震作用 ( N) 重力荷载代表值 G 1 G 2 G 3 G 水平地震作用 F 1 F 2 F 3 F 4 一级二级三级模型内力及变形计算荷载计算与简化 : 在重力荷载作用下, 将荷载简化为均布线荷载作用在边缘桁架和斜向桁架上在地震作用下, 将荷载简化为均布线荷载作用在一侧边缘桁架梁上空间模型加载情况及模型结构的弯矩剪力轴力如图 2-4~ 图 2-6 所示

28 a 重力荷载作用下的加载情况 b 重力作用下结构弯矩图 c 重力作用下结构轴力图 d 重力作用下结构剪力图图 2-4 重力作用下结构内力图

29 a 一级地震作用下加载情况 b 一级地震作用下结构弯矩图 c 一级地震作用下结构轴力图 d 一级地震作用下结构剪力图图 2-5 一级地震作用下结构内力图

30 a 二级地震作用下加载情况 b 二级地震作用下结构弯矩图 c 二级地震作用下结构轴力 d 二级地震作用下结构剪力图图 2-6 二级地震作用下结构内力图

31 a 三级地震作用下加载情况 b 三级地震作用下结构弯矩图 c 三级地震作用下结构轴力图 d 三级地震作用下结构剪力图图 2-7 三级地震作用下结构内力图

32 a 一级地震作用下结构变形图 b 二级地震作用下结构变形图 c 三级地震作用下结构变形图顶点位移 : 20.36mm 顶点位移 :42.18mm 顶点位移 : 63.31mm 图 2-8 地震作用下结构变形图

33 4. 荷载效应组合本次比赛, 振动台输出了三级台面加速度, 从失效判别可以看出, 分别用来模拟结构的小震中震和大震, 也即使结构达到小震不坏中震可修大震不倒的三水准的抗震设防要求我们通常的抗震设计, 只考虑小震阶段的验算, 通过构造措施来保证中震可修和大震不倒, 只对必要的结构验算弹塑性阶段的位移因此建筑抗震设计规范也只给出了小震作用下的荷载效应组合如果对三级台面加速度都按规范中给出的公式进行计算, 则过于严格, 也不十分合理, 因此本文参考了傅学怡先生的抗震设计理念, 详见文献 3 即对小震中震和大震采用不同的荷载效应组合小震 :1.2S GE +1.3S E R/γ RE 中震 : S GE +S E R 大震 : S GE +0.75S E R k 式中 S GE 重力荷载代表值 ; S E 水平地震作用效应 ; R 结构或构件抗力设计值 ; R k 结构或构件抗力设计值 ; γ RE 承载力抗震调整系数

34 5. 构件截面选择 ( 1) 柱截面选择柱肢尺寸 :L 形柱肢, 两肢宽均为 4mm, 肢厚 0.85mm( 0.5mm 厚与 0.35mm 厚粘在一起 ), 如图 2-8 所示缀板尺寸 : 25mm 4mm 0.7mm 图 2-8 ( 2) 桁架及边梁截面选择柱肢截面尺寸一层顶桁架总高 20mm, 2-3 层顶桁架总高 15mm 桁架弦杆 : 采用 L 型上下弦, 两肢长均为 4mm, 厚 0.85mm 腹杆尺寸 : 宽 2mm, 直腹杆厚 0.7mm( 两个 0.35mm 粘在一起 ), 斜腹杆厚 0.35mm 四层顶采用槽钢截面, 厚 0.5mm, 总高 5mm, 伸出 3mm 桁架及边梁截面如图 2-9 所示

35 图 2-9 桁架及边梁截面尺寸 6. 构件强度及稳定性验算在结构中选取最不利的底层的柱肢和一层顶桁架中部的下弦进行验算, 在 sap 分析软件中我们可以得到该两种构件在重力荷载和水平地震荷载作用下的内力, 并参考傅学怡先生的抗震设计理念, 对其进行内力组合由于目前没有明确的竹结构设计规范, 无法得到竹材的抗弯强度, 且计算求得的弯矩很小, 我们近似忽略弯矩的影响, 只考虑轴力的影响由于赛题中仅给出了竹材的参考抗拉强度, 参考文献 1, 其值应为设计值, 可以近似推算竹材的抗拉强度标准值为 90 Mpa, 抗压强度设计值为 40 Mpa, 抗压强度标准值为 60 Mpa 以第三级加载为例, 进行构件的验算 ( 1) 强度验算柱 : 梁 : N An N An Mpa<60Mpa Mpa<90Mpa 满足强度要求

36 ( 2) 稳定验算柱 : 经计算得截面 I=9.4mm 4, A=6.0775mm 2 I 9.4 l i 1.24mm, A i N A n Mpa <60Mpa 满足稳定性要求前两级加载时的验算结果见表 2-2 表 2-2 构件内力及组合结果类别加载级别重力产生轴力 (N) 地震作用产生轴力 (N) 组合结果 (N) 强度验算 (Mpa) N A n 稳定验算 (Mpa) N A n 柱肢桁架下弦一级二级三级一级二级三级三试验分析在准备参赛的过程中, 我们制作了 6 个模型, 如图 3-1 所示在理论分析和模型试验的基础上不断进行优化, 最终形成了我们最终的参赛作品这其中, 通过小振动台对模型进行试验, 能够让我们了解模型的大体受力状态变形情况整体稳定性以及模型的薄弱环节, 为深入理解赛题, 不

37 断优化作品奠定了坚实的基础图 3-1 逐渐完善的模型模型安装就位情况如图 3-2 所示图 3-2 模型加载图模型在振动过程中的变形情况如图 3-3 所示, 三级加载的台面加速度时程曲线如图 3-4 所示

38 图 3-3 模型在振动过程中的变形 (a) 一级加载台面加速度时程曲线

39 (b) 二级加载台面加速度时程曲线 (c) 三级加载台面加速度时程曲线图 3-4 台面加速度时程曲线通过试验我们发现, 模型在振动过程中的变形是比较大的, 实现了我

40 们设计柔性结构, 并利用竹材的韧性来耗能的目的, 整个模型在试验过程中保持完好, 加载成功, 这也从一个侧面验证了我们的方案是合理有效的四结论通过结构选型, 方案确定, 计算分析, 模型制作, 模型试验等过程, 经过不断优化, 最终确定了我们的参赛作品通过参加此次竞赛, 我们充分感受到学以致用的深刻含义, 也明白了书中得来终觉浅, 绝知此事要躬行的道理在不断地分析模型, 制作模型, 优化模型的过程中, 我们深切的感受着发现问题, 分析问题, 解决问题的这一过程, 虽然有时感到很枯燥, 但当取得成果的那一刻, 感觉所有的努力都是值得的, 在这一过程中, 我们也锻炼了独立解决问题的能力, 收获很大因为此次赛题与实际工程很相近, 我们也感受到实际工程的魅力, 增加了我们以后在这一领域继续学习深造的兴趣和信心最后衷心感谢此次大赛的组委会为我们提供了展示自我的平台参考文献 [1] 杨云芳, 刘志坤. 毛竹材抗拉弹性模量及抗拉强度 [J]. 浙江林学院学报 1996,13(1): [2] 左宏亮, 戴纳新, 王涛. 建筑结构抗震 [M]. 中国水利水电出版社,2009. [3] 傅学怡. 整浇钢筋混凝土建筑结构抗震设计理念探究 [J]. 建筑结构 2005,35(5):9-12. [4] 建筑抗震设计规范 (GB )[S]. 中国建筑工业出版社,2010. [5] 钢结构设计规范 (GB )[S]. 中国计划出版社,2003. [6] 木结构设计规范 (GB )[S]. 中国建筑工业出版社,

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