结构设计大赛计算书.docx

结构设计大赛计算书 湖南省第四届大学生 结构设计大赛计算书参赛学校： 长沙理工大学 作品名称： 比 萨 参赛队伍： 砼 参赛队员： 吕昕睿 易君健 黄明凯 指导老师： 付 果 目 录一、概述3二、设计说明31. 方案构思32. 结构选型32.1 结构外形42.2 材料截面选择42.3 节点设计43. 结构特色5三、方案设计51. 设计基本假定52. 结构三视图53. 模型结构图74. 节点详图8四、结构设计计算101.静力分析102. 内力分析113. 位移计算124. 结构分析总结14一、概述 结构在施工过程中的受力状态与结构在施工完成后正常使用过程中的受力状态是不完全一样的，甚至差异会比较大。有些情况下，设计人员只针对后者进行相应的设计，前者被一定程度的忽视了，从而造成事故，或者事故隐患。因此结构在施工过程中的状态及其响应必须得到工程师的重视，要求施工过程安全可控，建成后的结构内力和线型分布满足设计，同时也提倡设计时尽量考虑可能的施工过程影响二、设计说明1. 方案构思 根据竞赛规则要求，我们从模型制作材料的抗压特性，抗拉特性，加载形式和静力加载大小要求等方面出发，采用比赛提供的2mm厚，5mm厚竹条以及502胶和0.5mm厚竹皮设计制作了“比萨”结构模型，该模型为三角桁架体系结构，呈现出轻盈、简约的几何美。我们的设计理念是“人与自然的简单和谐之美”模型主要承受水平拉力，及拉力对整个结构造成的弯矩，竖直静荷载较容易满足。正视图采用等腰梯形结构。侧视图采用梯形结构，前后面整体向后倾斜。用竖直方向上的荷载来平衡部分结构所受的横向拉力，以此来增大整个体系所受横向荷载的能力。 2. 结构选型 由于梯形具有较强的稳定性，而且在平面上容易找平，我们选择梯形为主体结构框架。而且梯形结构可以减少材料用量，减轻模型重量，提高模型的承重比。2.1 结构外形 结构上平面投影为为600mm*300mm的矩形，上表面为360mm*190mm矩形。侧面为高为900mm的梯形，整个侧面采用平面桁架结构加强体系的稳定性和抗压能力和而且布有拉条来增强侧面的抗扭能力。前后两个正面布有拉条和压杆来增强前后面的抗扭能力。顶面布有横向斜杆，通过斜杆来将横向的拉力传给整个体系，使整个结构受力均匀。同时顶面，和每层层面均布有拉条，来增强顶面和个层面的抗扭能力的2.2 材料截面选择前面两根受压的柱子，靠近受拉一侧采用两根1.5cm宽的5mm厚竹条；另一侧采用一根1.5cm宽的5mm厚竹条一根1.5cm宽的2mm厚竹条。后面两根主要受拉承受竖向荷载的柱子，靠近受拉一侧的采用两根1cm宽的5mm厚竹条；另一边则采用一根1cm宽的5mm厚竹片和一根1cm宽的2mm厚竹条。所有的横梁均为2/3宽的5mm厚杆，斜杆为1/3厚5mm厚杆，拉条为1cm宽。每个楼层层面的竹皮都可以来增加结构的抗扭能力。 2.3 节点设计 主体框架结构相交的节点由于杆的倾斜在加静载时会引起较大的剪力，在连接时用竹粉填充密实，再用水平短竹片相连使竹片在下面顶住节点上部斜梁，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，增强结点的抗扭能力。整个结构体系，支座处的剪力和扭矩最大，因而支座采用四层的竹片相夹来增大接触面积，同时在连接处的空隙洒满竹粉，来增强支座的整体性。3. 结构特色 我们摒弃了普通的梯形结构，结构整体向后倾斜，从而平衡掉部分的横向荷载，增加整个结构承受横向荷载的能力。每层的楼面不仅仅是装饰，还可以提供横向的拉力，增强结构的抗扭能力和整体性。三、方案设计1. 设计基本假定（1）竹片材质连续均匀。（2）节点按绞节点计算，支座为固定支座。（3）杆件计算时采用钢结构计算模式。根据以上假定通过结构力学求解器软件建立计算模型，所得的内力和位移作为构件设计的依据。2. 结构三视图俯视图 正视图 左侧视图右侧视图3. 模型结构图4. 节点详图在楼面下方布拉条增强楼面抗扭能力顶面布置斜杆，来将拉力均匀传到另一个侧面 支座采用多层竹条相粘，来增大接触面积 侧面采用t型杆来增强抗压能力 横梁顶端在柱子上黏贴竹块来增大横梁与柱子的接触面积四、结构设计计算 根据本次比赛的加载规则，荷载为竖向静载荷，和水平方向静荷载。考虑到结构尺寸所能承受荷载的能力，需对本结构进行受力分析，在进行荷载分析时将竖直静载简化为集中荷载，横向简化为节点荷载，通过计算来对相对薄弱部分作相应的加固，使得材料得到充分合理的利用。1.静力分析 结构顶部中部和底部分别各加载2个10kg质量的砝码总共为6个10kg砝码，根据受力特点及结构形式，将荷载简化为不同节点的集中力100n，分别同时施加在结构节点上。 根据midas civil软件建立的模型分析结果，找出结构最大处位移和最大处应力，分析最大处节点强度，刚度和稳定性。2. 内力分析通过对几组模型用力学求解器进行内力分析，具体如下：fx轴力fy剪力fz剪力最大应力图，标注出最大应力3. 位移计算通过midas对位移进行模拟三视图如下： 俯视图侧视图正视图注：通过模拟我们发现许多杆件和节点需要加强（红色和蓝色区域），对于需要加强的杆件我们对结构进行了改进和加强，真实结果与模拟出来的结果会有所不同。 4. 结构分析总结 通过在利用课余短时间内结构选型、结构设计与优化、理论分析、试验研究以及精心制作等一系列过程，我们的感触颇多：土木工程是一门实践性很强的学科，一名好的结构工程师，不仅需要坚实的理论知识作指导，在遭遇有各种各样未知的问题。还需要充分考虑实际情况，权衡，优化