计算书

第 五 届 全 国 大 学 生 结 构 设 计 竞 赛 计 算 书 参 赛 学 校 : 东 南 大 学 参 赛 队 伍 : 东 南 大 学 一 队 作 品 名 称 : 天 空 之 城 参 赛 队 员 : 高 诚 陆 帅 李 雪 蕾

目 录 1 结 构 选 型... 1 1.1 设 计 思 路... 1 1.2 方 案 演 化... 3 1.3 最 终 方 案... 4 2 结 构 建 模 及 主 要 计 算 参 数... 6 2.1 有 限 元 模 型 的 建 立... 6 2.2 荷 载 布 置... 6 2.3 分 析 假 定... 7 2.4 水 平 地 震 荷 载 计 算... 8 3 结 构 受 荷 分 析 及 截 面 验 算... 12 3.1 结 构 静 力 分 析... 12 3.2 截 面 验 算... 12 4 节 点 构 造... 14 4.1 柱 脚 节 点... 14 4.2 梁 柱 节 点... 14 5 模 型 加 工 图 及 材 料 表... 17 5.1 模 型 加 工 图... 17 5.2 材 料 表... 18 6 铁 块 分 布 详 图 及 水 箱 注 水 质 量... 20 7 结 论... 21 参 考 文 献... 21 - I -

1 结 构 选 型 1.1 设 计 思 路 在 满 足 全 国 结 构 竞 赛 要 求 的 前 提 下, 通 过 合 理 设 计 多 层 房 屋 的 结 构 形 式, 实 现 较 大 的 结 构 强 度 刚 度 以 及 良 好 的 抗 震 性 能 我 们 基 于 以 下 的 思 路 来 进 行 设 计 : 1) 选 择 合 理 的 结 构 抗 震 体 系 全 支 撑 框 架 结 构 体 系 制 作 工 艺 简 单 传 力 明 确 高 效, 具 有 较 强 的 抗 侧 能 力 和 承 重 性 能, 是 一 种 良 好 的 抗 震 结 构 体 系 体 系 中 的 支 撑 梁 柱 等 结 构 构 件 功 能 明 确, 结 构 分 析 简 单, 便 于 定 量 计 算, 可 以 通 过 合 理 的 结 构 布 置 和 构 件 截 面 优 化 以 进 一 步 提 高 其 抗 震 性 能 2) 利 用 悬 挑 结 构 优 化 荷 载 布 置 按 照 常 规 思 路, 荷 载 重 心 降 低 利 于 结 构 的 抗 震 但 根 据 本 次 比 赛 的 评 分 规 则, 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, 因 此 在 设 计 时, 考 虑 尽 量 使 荷 载 分 布 在 上 部 楼 层, 以 争 取 较 大 的 效 率 比 我 们 在 模 型 的 第 四 层 楼 面 通 过 合 理 设 置 悬 挑 梁, 增 加 该 层 楼 面 荷 载 3) 充 分 利 用 材 料 特 性 和 合 理 的 施 工 工 艺 降 低 结 构 动 力 响 应 经 过 前 期 的 模 型 试 验, 我 们 发 现 竞 赛 所 用 的 竹 材 具 有 很 好 的 韧 性, 在 地 震 作 用 力 较 小 时, 不 设 置 支 撑 的 框 架 结 构 体 系 也 能 够 抵 抗 地 震 作 用 但 在 地 震 作 用 较 大 时, 由 于 框 架 结 构 体 系 是 柔 性 抗 震 体 系, 将 产 生 较 大 的 层 间 变 形 如 果 不 采 取 一 定 的 位 移 控 制 措 施, 那 么 无 支 撑 的 框 架 结 构 将 由 于 P- 效 应 而 倒 塌 因 此, 合 理 的 布 置 支 撑, 提 高 结 构 刚 度 以 限 值 其 层 间 位 移 是 必 要 的 基 于 这 种 分 析, 我 们 考 虑 在 施 工 工 艺 上 进 行 合 理 优 化 : 制 作 模 型 时, 在 无 竖 向 荷 载 作 用 下 自 然 粘 结 支 撑, 使 其 在 受 竖 向 荷 载 后 处 于 略 微 松 弛 的 状 态 这 样 在 地 震 作 用 较 小 时 支 撑 不 起 作 用 ; 而 地 震 作 用 较 大 时, 由 于 层 间 变 形 较 大, 支 撑 绷 紧, 产 生 拉 力, 有 效 地 增 大 结 构 刚 度, 限 制 结 构 层 间 位 移 进 一 步 发 展, 防 止 结 构 倒 塌 4) 基 于 对 竞 赛 给 定 地 震 波 的 频 谱 分 析, 有 针 对 性 地 优 化 结 构 形 式 - 1 -

为 了 降 低 地 震 作 用, 提 高 结 构 的 抗 震 性 能, 我 们 所 设 计 的 结 构 尽 量 要 避 开 地 震 的 卓 越 周 期 为 此, 我 们 用 地 震 波 分 析 软 件 算 得 三 条 地 震 波 的 卓 越 频 率 分 别 为 3.271Hz 4.089Hz 4.912Hz( 如 图 1~3 所 示 ), 然 后 在 支 撑 框 架 结 构 体 系 的 构 件 布 置 和 截 面 优 化 时 进 行 精 心 设 计 和 调 整, 使 结 构 主 自 振 频 率 避 开 地 震 波 卓 越 频 率, 避 免 发 生 共 振 效 应 图 1 第 一 级 地 震 波 频 谱 分 析 图 图 2 第 二 级 地 震 波 频 谱 分 析 图 图 3 第 三 级 地 震 波 频 谱 分 析 图 - 2 -

1.2 方 案 演 化 通 过 理 论 分 析 和 不 断 的 模 型 试 验, 我 们 的 设 计 方 案 经 过 了 如 下 的 演 化 过 程, 形 成 最 终 的 参 赛 方 案, 如 图 4 所 示 竖 向 等 宽 全 支 撑 框 架 结 构 体 系 塔 形 全 支 撑 框 架 结 构 体 系 带 悬 挑 塔 形 全 支 撑 框 架 结 构 体 系 ( 最 终 方 案 ) 图 4 设 计 方 案 演 化 示 意 竖 向 等 宽 全 支 撑 框 架 结 构 体 系 竖 向 等 宽 全 支 撑 框 架 结 构 体 系 是 我 们 最 先 想 到 的 结 构 方 案, 其 结 构 立 面 为 矩 形, 上 下 等 宽 综 合 结 构 受 力 和 材 料 消 耗 来 看, 该 体 系 并 不 十 分 合 理, 因 为 对 于 高 层 结 构, 在 受 侧 向 力 作 用 时, 可 简 化 为 悬 臂 结 构, 结 构 上 部 无 需 和 下 部 一 样 宽 因 此 该 方 案 还 需 进 一 步 优 化 塔 形 全 支 撑 框 架 结 构 体 系 通 过 以 上 分 析, 塔 形 全 支 撑 框 架 结 构 体 系 立 面 表 现 为 梯 形, 下 大 上 小, 完 全 符 合 高 层 结 构 的 受 力 特 点, 具 有 较 好 的 受 力 性 能 和 经 济 性 能 但 考 虑 赛 题 效 率 比 的 计 算 方 式, 第 四 层 过 小 的 面 积, 限 制 了 铁 块 在 该 层 的 布 置 面 积, 需 要 进 一 步 在 结 构 上 部 拓 宽, 以 便 安 置 更 多 荷 载 - 3 -

带 悬 挑 塔 形 全 支 撑 框 架 结 构 体 系 ( 最 终 方 案 ) 经 过 多 轮 理 论 分 析 并 与 试 验 对 比 后, 我 们 最 终 确 定 了 带 悬 挑 的 塔 形 全 支 撑 框 架 结 构 体 系 该 体 系 在 塔 形 框 架 结 构 体 系 上, 在 第 四 层 设 置 悬 挑 楼 面, 增 大 铁 块 布 置 面 积 该 方 案 综 合 了 上 述 两 种 方 案 的 优 点, 克 服 了 各 自 的 缺 点, 被 选 定 为 最 终 结 构 方 案 1.3 最 终 方 案 我 们 最 终 的 结 构 设 计 方 案 模 型 实 体 效 果 图 如 图 5 所 示 图 5 最 终 结 构 设 计 方 案 模 型 实 体 效 果 图 ( 带 悬 挑 塔 形 全 支 撑 框 架 结 构 体 系 ) 在 该 结 构 体 系 中, 整 个 结 构 具 有 4 个 楼 层, 楼 层 荷 载 由 框 架 梁 承 担, 再 传 递 到 框 架 柱 楼 层 间 外 立 面 设 置 柔 性 支 撑, 以 增 强 结 构 的 整 体 性 结 构 中 的 梁 采 主 要 用 三 角 形 闭 合 截 面 以 及 箱 形 截 面, 柱 均 采 用 箱 形 截 面, 柔 性 支 撑 采 用 矩 形 截 面, - 4 -

同 时, 箱 形 截 面 柱 每 隔 一 定 距 离 设 置 加 劲 肋 以 加 强 构 件 的 局 部 稳 定 总 之, 我 们 的 设 计 理 念 是 以 尽 量 少 的 构 件 以 及 相 应 合 理 的 构 件 截 面, 组 建 强 度 高 刚 度 好 抗 震 性 能 优 良 的 多 层 房 屋 结 构 正 立 面 图 侧 立 面 图 第 一 层 楼 面 平 面 图 第 二 层 楼 面 平 面 图 第 三 层 楼 面 平 面 图 顶 层 楼 面 平 面 图 图 6 结 构 构 件 尺 寸 详 图 ( 单 位 :mm) 遵 循 框 架 结 构 的 受 力 原 则, 根 据 强 度 及 稳 定 性 等 要 求, 选 取 相 对 合 理 的 构 件 截 面 形 式 及 截 面 尺 寸 从 尽 可 能 充 分 发 挥 材 料 性 能 的 角 度 出 发, 框 架 柱 采 用 箱 形 截 面, 以 增 大 截 面 惯 性 矩, 提 高 构 件 的 承 载 能 力, 同 时 每 隔 一 定 距 离 设 置 加 劲 肋, 以 防 止 构 件 发 生 局 部 失 稳 ; 框 架 梁 主 要 采 用 三 角 形 封 闭 截 面 以 及 箱 形 截 面, 以 提 高 构 件 的 抗 扭 能 力, 其 他 受 力 要 求 较 小 的 框 架 梁 采 用 矩 形 截 面 ; 斜 向 支 撑 均 采 用 矩 形 截 面 采 用 的 竹 材 是 非 各 向 同 性 材 料, 顺 纹 向 模 量 大 于 横 纹 向 模 量, 因 此, 在 模 型 的 制 作 中 均 使 构 件 长 度 方 向 与 木 材 顺 纹 向 同 向 结 构 的 详 细 尺 寸 如 图 6 所 示, 其 满 足 结 构 总 高 度 楼 层 净 高 以 及 门 洞 设 置 的 要 求 - 5 -

2 结 构 建 模 及 主 要 计 算 参 数 2.1 有 限 元 模 型 的 建 立 本 次 结 构 模 型 设 计 中 采 用 竹 材, 构 件 之 间 的 连 接 采 用 胶 水 (502 胶 ) 粘 结 竹 材 为 各 向 异 性 材 料, 力 学 性 能 为 : 顺 纹 弹 性 模 量 1.0 10 4 MPa, 顺 纹 抗 拉 强 度 60MPa 根 据 结 构 模 型, 采 用 通 用 有 限 元 软 件 ANSYS 对 结 构 进 行 模 拟, 并 利 用 COMBIN14 单 元 和 MASS21 单 元 近 似 模 拟 水 箱 的 作 用 梁 柱 均 采 用 BEAM188 单 元, 斜 拉 杆 件 由 于 只 受 拉 不 受 压 的 特 性, 采 用 LINK10 单 元 进 行 模 拟 通 过 调 整 COMBIN 和 MASS 单 元 参 数, 找 到 与 试 验 所 得 频 率 最 接 近 的 参 数, 用 于 模 拟 实 际 模 型 有 限 元 模 型 如 图 7 示 : 图 7 结 构 有 限 元 分 析 模 型 2.2 荷 载 布 置 赛 会 提 供 大 小 两 种 规 格 的 铁 块 大 铁 块 长 宽 高 分 别 约 为 120mm 60mm 与 32mm, 重 量 为 1800g 小 铁 块 的 长 宽 高 分 别 约 为 60mm 45mm 与 32mm, 重 量 为 675g 结 构 第 一 层 布 置 两 个 平 放 的 大 铁 块 和 两 个 平 放 的 小 铁 块 ; 结 构 第 - 6 -

二 层 布 置 两 层 铁 块, 其 下 层 为 平 放 两 个 大 铁 块 和 两 个 小 铁 块, 其 上 层 为 平 放 一 个 大 铁 块 ; 结 构 第 三 层 也 布 置 两 层 铁 块, 其 下 层 为 : 在 框 架 楼 层 上 横 放 三 个 大 铁 块 立 放 两 个 小 铁 块, 在 伸 臂 楼 层 上 横 放 四 个 大 铁 块 立 放 两 个 小 铁 块, 其 上 层 为 : 在 框 架 楼 层 上 平 放 一 个 大 铁 块 楼 层 铁 块 布 置 图 如 图 8 所 示 (a) 第 一 层 (b) 第 二 层 (c) 第 三 层 2.3 分 析 假 定 图 8 楼 层 铁 块 布 置 图 ( 单 位 :mm) (1) 柱 脚 刚 接 于 底 板, 梁 与 柱 刚 接, 质 量 集 中 在 楼 层 处, 模 型 自 身 质 量 忽 略 不 计, 可 简 化 为 多 质 点 弹 性 体 系, 如 图 9: 图 9 简 化 模 型 (2) 所 有 结 构 构 件 均 在 弹 性 范 围 内 工 作, 即 计 算 时 不 考 虑 结 构 的 材 料 非 线 性 利 用 振 型 分 解 和 振 型 正 交 性 原 理, 将 求 解 四 自 由 度 体 系 的 最 大 地 震 效 应 分 解 为 求 解 4 个 独 立 的 等 效 单 自 由 度 体 系 的 最 大 地 震 效 应, 并 将 每 一 个 振 型 的 效 应 ( 弯 矩, 剪 力, 轴 力, 变 形 ) 进 行 组 合 获 得 原 体 系 地 震 效 应 - 7 -

2.4 水 平 地 震 荷 载 计 算 2.4.1 计 算 方 法 : 振 型 分 解 反 应 谱 法 振 型 分 解 反 应 谱 法 就 是 先 计 算 结 构 的 自 振 振 型, 选 取 若 干 个 振 型 分 别 计 算 各 个 振 型 的 水 平 地 震 作 用, 将 各 振 型 水 平 地 震 作 用 于 结 构 上, 求 其 结 构 内 力, 最 后 将 各 振 型 的 内 力 进 行 组 合, 得 到 地 震 作 用 下 的 结 构 内 力 和 变 形 2.4.2 水 平 荷 载 计 算 (1) 求 解 公 式 振 型 分 解 反 应 谱 法 计 算 j 振 型 i 质 点 的 水 平 地 震 作 用 标 准 值 的 公 式 为 : F ji j X j ji G i j X j jim g i g X m S X m j j ji i aj j ji i j 相 应 于 j 振 型 自 振 周 期 的 地 震 影 响 系 数 ; S aj 对 应 于 j 振 型 最 大 绝 对 加 速 度 反 应, 可 通 过 自 振 周 期 按 加 速 度 反 应 谱 查 得, 三 级 j 加 载 各 不 相 同 ; j 振 型 的 振 型 参 与 系 数, j 4 i 1 4 i 1 X X ji 2 ji G G i i ; X ji j 振 型 i 质 点 的 水 平 相 对 位 移 m i i 质 点 的 质 量 G i 质 点 i 的 重 力 荷 载 代 表 值 (2) 反 应 谱 确 定 根 据 竞 赛 试 验 要 求, 荷 载 分 三 级 加 载 : 在 三 级 加 载 中, 通 过 控 制 加 载 设 备 输 入 电 压 和 地 震 波 数 据 采 样 频 率 获 得 具 有 不 同 输 出 峰 值 加 速 度 和 不 同 卓 越 频 率 的 地 震 波, 此 时 三 级 加 载 的 设 备 输 入 电 压 和 数 据 采 样 频 率 控 制 值 如 表 1 所 示 : - 8 -

表 1 三 级 加 载 台 面 输 出 加 速 度 加 载 等 级 输 入 电 压 采 样 频 率 加 载 时 间 台 面 最 大 加 速 度 参 考 值 第 一 级 0.4V 200Hz 32 秒 0.409g 第 二 级 0.6V 250Hz 26 秒 0.777g 第 三 级 0.7V 300Hz 21 秒 1.126g 每 一 级 加 载 对 应 一 个 反 应 谱, 如 图 10~12 所 示 : 图 10 第 一 级 加 载 地 震 波 加 速 度 反 应 谱 图 11 第 二 级 加 载 地 震 波 加 速 度 反 应 谱 - 9 -

图 12 第 三 级 加 载 地 震 波 加 速 度 反 应 谱 (3) 振 型 确 定 通 过 有 限 元 软 件 ANSYS 进 行 模 态 分 析, 并 与 实 测 的 模 型 各 阶 频 率 作 对 比, 吻 合 较 好, 验 证 了 有 限 元 分 析 模 型 的 有 效 性 各 阶 模 态 如 下 表 2 所 示 : 表 2 模 型 各 阶 模 态 第 j 阶 模 态 频 率 /Hz 周 期 /s j1 X X j 2 X j3 X j 4 第 1 阶 模 态 1.785 0.560 1.000 1.948 2.907 3.448 第 2 阶 模 态 5.986 0.167 1.000 0.813-0.056-0.961 第 3 阶 模 态 9.499 0.105 1.000 0.101-0.520 1.484 第 4 阶 模 态 11.860 0.084 1.000-1.067 0.257-0.272 (4) 水 平 地 震 作 用 计 算 上 表 中, 利 用 周 期 可 在 加 速 度 反 应 谱 上 查 得 每 一 级 加 载 的 最 大 反 应 加 速 度 S aj 并 进 一 步 计 算 出 X ji, 然 后 可 求 得 各 阶 振 型 的 振 型 参 与 系 数 j 一 级 加 载 等 效 水 平 静 力 荷 载 结 果 如 表 3 所 示 : 第 j 阶 模 态 振 型 质 量 参 与 系 数 表 3 一 级 加 载 等 效 水 平 静 力 荷 载 结 果 Sa/(m/s²) F1/N F2/N F3/N F4/N 第 1 阶 模 态 0.3516 4.24 3.69 9.15 105.31 13.88 第 2 阶 模 态 0.1522 14.33 5.40 5.59-2.96-5.66 第 3 阶 模 态 -0.3886 7.52-7.23-0.93 36.91-11.70 第 4 阶 模 态 0.5873 5.14 7.47-10.15 18.84-2.21-10 -

二 级 加 载 等 效 水 平 静 力 荷 载 结 果 如 表 4 所 示 : 表 4 二 级 加 载 等 效 水 平 静 力 荷 载 结 果 第 j 阶 模 态 振 型 质 量 参 与 系 数 Sa/(m/s²) F1/N F2/N F3/N F4/N 第 1 阶 模 态 0.3516 8.18 7.12 17.65 203.20 26.77 第 2 阶 模 态 0.1522 30.44 11.47 11.87-6.30-12.02 第 3 阶 模 态 -0.3886 23.37-22.48-2.90 114.78-36.38 第 4 阶 模 态 0.5873 14.55 21.15-28.74 53.33-6.27 三 级 加 载 等 效 水 平 静 力 荷 载 结 果 如 表 5 所 示 : 表 5 三 级 加 载 等 效 水 平 静 力 荷 载 结 果 第 j 阶 模 态 振 型 质 量 参 与 系 数 Sa/(m/s²) F1/N F2/N F3/N F4/N 第 1 阶 模 态 0.3516 12.21 10.62 26.35 303.24 39.96 第 2 阶 模 态 0.1522 54.22 20.42 21.14-11.21-21.40 第 3 阶 模 态 -0.3886 38.96-37.47-4.83 191.35-60.65 第 4 阶 模 态 0.5873 32.45 47.17-64.08 118.93-13.98-11 -

3 结 构 受 荷 分 析 及 截 面 验 算 3.1 结 构 静 力 分 析 将 手 算 的 各 阶 模 态 下 各 层 所 受 等 效 水 平 地 震 力 作 为 静 载 施 加 到 有 限 元 结 构 中, 求 得 各 级 加 载 下 各 阶 模 态 下 结 构 各 杆 件 的 弯 矩 M 和 轴 力 N 将 内 力 采 用 SRSS 法 进 行 组 合, 得 到 各 级 加 载 下 水 平 地 震 作 用 下 结 构 各 杆 件 的 内 力 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 叠 加, 作 为 结 构 所 受 内 力 分 别 取 出 柱 子 M N 最 大, 梁 M 最 大 以 及 斜 拉 条 N 最 大 的 截 面 进 行 截 面 验 算 3.2 截 面 验 算 构 件 的 稳 定 性 分 析 参 考 钢 结 构 稳 定 分 析 原 理 处 理 平 面 内 稳 定 计 算 公 式 为 : N M mx x f 60 xa xw x 1 0.8 NN Ex 平 面 外 稳 定 计 算 公 式 为 : N M tx x f 60 ya W b x 一 级 加 载 下 各 构 件 内 力 及 组 合 如 表 6: 柱 底 M 1 /N m m 表 6 一 级 加 载 下 各 构 件 内 力 及 组 合 柱 顶 M 2 / N mm 柱 轴 力 /N 梁 中 M / N mm 梁 端 M / N mm 梁 轴 力 /N 斜 拉 条 轴 力 /N 一 阶 -254 284 120.5 2.42 97.5 27.4 24.5 二 阶 -10 14-6.35 1.935-12 -1.102 0 三 阶 -31.5 33.5 17.235 1.49 0.5 0.4 5.025 四 阶 -30 37 10.15 0.89 11 4.05 1.225 SRSS 组 合 257.89 288.69 122.31 3.55 98.85 27.72 25.04 重 力 作 用 11.00 41.00 75.50 279.00 138.00 1.04 0.00 组 合 内 力 268.89 329.69 197.81 282.55 236.85 28.76 25.04-12 -

底 层 柱 轴 力 最 大, 分 析 知 梁 柱 构 件 破 坏 由 稳 定 控 制, 取 弯 矩 最 大 梁 轴 力 弯 矩 最 大 柱 进 行 稳 定 验 算, 将 数 据 代 入 稳 定 公 式, 并 查 表 计 算, 结 果 如 表 7 所 示 : 表 7 一 级 加 载 下 各 构 件 计 算 结 果 稳 定 验 算 应 力 柱 平 面 内 /MPa 柱 平 面 外 /MPa 梁 平 面 内 /MPa 梁 平 面 外 /MPa 19.46 20.12 24.56 21.15 由 此 可 得 梁, 柱 的 稳 定 性 满 足 要 求, 其 强 度 也 满 足 要 求 验 算 斜 拉 条 强 度 : F 25 23.8 N A 0.35*3 mm 2 60 N mm 2 满 足 要 求 同 样, 经 计 算, 结 构 在 第 二 第 三 级 荷 载 下 也 满 足 上 述 要 求 - 13 -

4 节 点 构 造 4.1 柱 脚 节 点 多 层 房 屋 结 构 通 过 柱 脚 将 结 构 与 底 板 连 接 柱 脚 做 法 为 在 箱 形 截 面 柱 四 周 距 离 柱 底 20mm 水 平 距 柱 边 15mm 范 围 内 粘 贴 厚 度 为 0.35mm 的 竹 质 薄 板, 予 以 加 强 柱 脚 节 点 在 结 构 中 的 位 置 及 其 实 体 详 图 如 下 图 13~14 所 示 图 13 柱 脚 节 点 位 置 图 图 14 柱 脚 节 点 实 体 详 图 4.2 梁 柱 节 点 多 层 房 屋 结 构 中 的 节 点 多 为 梁 柱 节 点, 本 结 构 中 梁 柱 节 点 有 一 二 楼 层 梁 与 框 架 柱 的 连 接 节 点 A 第 三 层 楼 层 梁 与 框 架 柱 的 连 接 节 点 B 以 及 顶 层 梁 与 框 架 柱 的 连 接 节 点 C 连 接 节 点 A 是 利 用 竹 材 粉 末 增 大 摩 擦 系 数, 将 框 架 梁 与 框 架 柱 有 效 连 接 ; 连 接 节 点 B 是 将 利 用 竹 材 粉 末 将 框 架 梁 与 框 架 柱 外 层 连 接 ; 连 接 节 点 C 是 将 顶 层 梁 置 于 柱 顶 连 接 梁 柱 节 点 A B C 在 结 构 中 的 位 置 与 其 实 体 详 图 如 图 15~19 所 示 - 14 -

图 15 梁 柱 节 点 位 置 图 图 16 梁 柱 节 点 A 实 体 详 图 图 17 梁 柱 节 点 B 实 体 详 图 图 18 梁 柱 节 点 C 实 体 详 图 - 15 -

图 19 梁 柱 节 点 D 实 体 详 图 - 16 -

5 模 型 加 工 图 及 材 料 表 5.1 模 型 加 工 图 根 据 结 构 设 计 方 案, 考 虑 到 构 件 加 工 要 求, 列 出 各 构 件 详 图 及 下 料 统 计 表 结 构 构 件 标 号 图 见 图 20 所 示 (a) 正 视 图 (b) 侧 视 图 (c) 第 三 层 侧 视 图 图 20 结 构 构 件 标 号 图 本 设 计 方 案 采 用 的 构 件 截 面 形 式 采 用 箱 形 截 面 三 角 形 闭 合 截 面 以 及 矩 形 截 面 其 中 箱 形 截 面 内 一 定 间 隔 添 加 加 劲 肋, 以 增 强 其 局 部 稳 定 性 下 面 列 出 了 各 个 构 件 的 加 工 图, 其 截 面 尺 寸 图 及 实 体 效 果 图 见 表 8 表 8 构 件 加 工 图 截 面 规 格 截 面 尺 寸 构 件 实 体 效 果 图 X7.35 0.35-17 -

X6.7 6 0.35 C6 6.35 0.35 T4.35 4 0.35 0.35 T6.35 6 0.35 0.35 J2 0.35 J3 0.35 5.2 材 料 表 加 工 材 料 为 竞 赛 提 供 木 材, 下 面 列 出 加 工 本 结 构 所 需 的 详 细 材 料 表, 包 括 构 件 编 号 ( 与 图 20 对 应 ) 截 面 规 格 ( 与 表 8 对 应 ) 下 料 长 度 数 量 表 9 材 料 表 构 件 编 号 截 面 规 格 下 料 长 度 (mm) 数 量 1 X7.35 0.35 1001 4 2 C6 6.35 0.35 160 4 3 140 4-18 -

4 X6.7 6 0.35 218 2 5 T4.35 4 0.35 0.35 100 4 6 J3 0.35 222 8 7 299 8 8 289 8 9 J2 0.35 280 4 10 X6.7 6 0.35 136 2 11 X6.7 6 0.35 26 4 12 J2 0.35 239 4 13 218 2 14 200 2 15 T6.35 6 0.35 0.35 137 4-19 -

6 铁 块 分 布 详 图 及 水 箱 注 水 质 量 赛 会 提 供 大 小 两 种 规 格 的 铁 块 大 铁 块 长 宽 高 分 别 约 为 120mm 60mm 与 32mm, 重 量 为 1800g 小 铁 块 的 长 宽 高 分 别 约 为 60mm 45mm 与 32mm, 重 量 为 675g 结 构 第 一 层 布 置 两 个 平 放 的 大 铁 块 和 两 个 平 放 的 小 铁 块 ; 结 构 第 二 层 布 置 两 层 铁 块, 其 下 层 为 平 放 两 个 大 铁 块 和 两 个 小 铁 块, 其 上 层 为 平 放 一 个 大 铁 块 ; 结 构 第 三 层 也 布 置 两 层 铁 块, 其 下 层 为 : 在 框 架 楼 层 上 横 放 三 个 大 铁 块 立 放 两 个 小 铁 块, 在 伸 臂 楼 层 上 横 放 四 个 大 铁 块 立 放 两 个 小 铁 块, 其 上 层 为 : 在 框 架 楼 层 上 平 放 一 个 大 铁 块 楼 层 铁 块 布 置 图 如 图 23 所 示 结 构 顶 层 布 置 赛 会 提 供 的 水 箱, 水 箱 重 2.0kg (a) 第 一 层 (b) 第 二 层 (c) 第 三 层 图 23 楼 层 铁 块 布 置 图 ( 单 位 :mm) - 20 -

7 结 论 根 据 以 上 理 论 分 析 和 模 型 试 验, 表 明 本 次 设 计 所 选 用 的 结 构 体 系 是 合 理 的, 构 件 的 强 度 刚 度 和 稳 定 性 均 满 足 设 计 要 求 回 顾 这 两 个 多 月 来 的 备 战, 我 们 收 获 颇 丰 在 备 战 过 程 中, 我 们 对 于 结 构 概 念 布 置 结 构 抗 震 设 计 以 及 结 构 分 析 等 方 面 都 有 了 较 深 的 认 识, 同 时 将 所 学 知 识 应 用 于 实 践 在 失 败 的 时 候, 我 们 并 没 有 气 馁, 在 成 功 的 时 候, 我 们 欢 欣 鼓 舞, 更 有 信 心 去 迎 接 进 一 步 的 挑 战 三 个 臭 皮 匠, 顶 个 诸 葛 亮, 在 这 个 过 程 中, 我 们 也 深 深 体 会 到 了 团 队 合 作 的 重 要 性 我 们 将 永 远 记 住 这 次 经 历! 参 考 文 献 1.GB50009-2006 建 筑 结 构 荷 载 规 范 [S]. 2. 高 层 民 用 建 筑 钢 结 构 技 术 规 程.JGJ99-98 3. 建 筑 抗 震 设 计 规 范.JB50011-2010 4. 钢 结 构 设 计 规 范.JB50017-2003 5 陈 国 兴 等. 工 程 结 构 抗 震 设 计 原 理. 中 国 水 利 水 电 出 版 社.2009 6. 陈 绍 蕃. 钢 结 构 设 计 原 理. 科 学 出 版 社.2005-21 -