结构设计大赛设计书

-.z.多层竹构造单向抗震模型方案设计与理论分析作品名称竹韵参赛学校参赛队员专业名称土木工程指导教师二○一一年九月设计说明书1.1寓意漫步在那竹林摇曳的石板古街，品味一股亲切和安逸；小憩于清雅恬静的古朴茶馆，体会一种清心和悠闲——蓉城竹韵。1.2构造造型根据赛题的要求，模型外轮廓采用方棱柱体，柱网尺寸：下端220mm×220mm，上端220mm×220mm，塔高1000mm，高宽比1000/220≈4.5。，模型共四层，每层250mm，叶片外表为流线型双曲面。1.3构造选型〔1〕主体。在满足赛题规定的承载力和变形刚度要求条件下，为了设计最轻的构造，我们选用了框架构造形式，并试图做到较多的杆件满应力受荷，尽量减少赘余杆件。在设计框架架的具体形式时，遵循对称均匀，受力明确，传力直接，方便制作的原则。〔2〕细部连接。在满足赛题规定的条件下，为了获得重量轻、承载力大的支撑构件，在分析了目前各系列震型的参数后，结合给定的地震加速度要求，采用一体式圈梁及网状次梁构造形式，并在每层〔主〕圈梁下设支撑构件，底层根部设置柱脚。CAD细部图如下：注：底板为整个构造的第一层２.手算计算书竹材容重暂按7.4×10－６Ｎ／ｍｍ３，竹材阻尼比＝0.01=1\*GB3①自振周期T及地震作用的计算：根据构造柱体局部Ｓ的具体尺寸，确定出一系列刚度系数Ｋ值如下第一层：Ｋ１＝185.875第二层：Ｋ２＝147.2256第三层：Ｋ３＝92.73第四层：Ｋ４＝39.5752进而计算出各层的柔度系数:δ１＝１/Ｋ１=0.005380;δ２=１/Ｋ１＋１/Ｋ２=0.01217δ３=１/Ｋ１+１/Ｋ２+１/Ｋ３=0.02296;δ４=１/Ｋ１+…１/Ｋ４=0.04822M４M４M３M２M１δ１δ１δ１δ１δ１δ２δ２δ２δ１δ２δ３δ３δ１δ２δ３δ４11111=×ω１２×１０－６0.30320.61820.30320.61820.87281168.4962343.5356484.9817555.6845×ω１２×１０－６=×ω１２×１０－６×555.6840.25710.55600.841510.25710.55600.8415111110.30320.61820.84151按照上述方法经过３次反复迭代可得最终系数：0.24990.54310.83331由1＝ω１２×１０－６×424.0645；Ｔ=２π0.24990.54310.83331进而求出一个手算近似解：Ｔ＝0.129ｓ=2\*GB3②楼层重力荷载标准值：顶层：G4=(2.649+0.15)×9.8=27.43N3层：G3=〔9.9+0.15+0.26〕×９.8=101.038N2层：G2＝〔12.15+0.37+0.15〕×9.8=124.166N1层：G1=〔4.95+0.44+0.15〕×9.8=54.292NG=ΣGi=27.43+101.038+124.166+54.292=306.926N=3\*GB3③总地震作用标准值Tg=0.3sαma*=2.50.1<T1<Tg∴d=dma*=2.5Geq=0.85×GE=0.85×306.926=260.89N底部总地震作用标准值为：FEK=dGeq=2.5×260.89N=652.22N=4\*GB3④各楼层地震作用标准值：T1=0.141s<1.4×0.3=0.42s不考虑顶部附加水平地震作用，δn=0,Fi=QUOTEFEK(1-δn)F4=QUOTE×652.22=100.022NF3=QUOTE×652.22=276.321NF2=QUOTE×652.22=226.382NF1=QUOTE×652.22=49.493N各层水平地震作用计算结果楼层Hi(mm)Gi(N)GiHiΣGiHiFi(N)Vi(N)4100027.4327430178864.7100.022100.0023750101.03873778.5178864.7276.321376.3432500124.16662083178864.7226.382602.725125054.29213573178864.749.493652.218100.022100.022276.321367.343226.382602.72549.493652.284各楼层地震作用标准值计算简图各楼层剪力示意图αv,ma*=0.65αma*=0.65×2.5=1.625Geq=0.75GE=0.75×306.9262=230.1947NFEVK=αv,ma*Geq=1.625×230.1947=374.066Ni层竖向地震作用：Ｆvi=QUOTEFEVK，第i层竖向总轴力：Ｎvi=QUOTEFv4=QUOTE×374.066=57.37NFv3=QUOTE×374.066＝158.48NFv2=QUOTE×374.066=129.84NFv1=QUOTE×374.066=28.39N楼层Hi(mm)Gi(N)GiHiΣGiHiFvi(N)Nv(N)4100027.4327430178864.557.3757.373750101.03875778.5178864.5158.48215.842500124.16662083178864.5129.84345.68125054.29213573178864.528.39374.06构造模拟构造模型图静力荷载分配图〔N/m2〕地震作用下支座反力〔N〕地震作用下位移图〔mm〕静力荷载下柱轴力图〔N〕地震作用下柱轴力图〔N〕地震作用下剪力图〔N〕地震荷载下梁应力图〔N/m2〕地震作用下梁单元内力图〔N*mm〕地震加速度动态曲线.avi地震速度动态曲线.avi地震位移动态曲线.avi=5\*GB3⑤变形验算：层次层间剪力Vi(N)层间刚度Di层间相对位移Δui=ui-ui-1=Vi/Di(mm)499.2739.57522.50833267．3392.732.88292218.12147.22561.4815145.22185.8750.2433。Δu<QUOTE—QUOTE即Δu<(4,20),故层间位移满足要求=6\*GB3⑥应力验算由木构造标准得：又各柱轴力N=F/4=1/4*306.92=76.73N;A=πD2/4=9.62×10-4m2M=ΣFiHi/4=(99.27*1+267.33*0.75+218.12*0.5+45.22*0.25)/4=105.03N*m；W=ΠD3/32=π*0.0353/32=4.2×10-6m3；由木构造标准表-4按恒荷载验算时取强度设计值调整系数为0.8；fm=fc=0.8=0.8*60=48MPa；则代入-3得：76.73/9.62×10-4+105.03/4.2×10-6=25.09MPa<0.8=48MPa；满足要求。竹构造质量统计表构件名称截面轮廓截面面积〔mm2〕长度(mm)数量体积〔mm3〕L115×230210425200L215×230190422800L315×230180421600L415×230185422200G22L10×0.520280211200G32L10×0.520280211200G42L10×0.520280211200D125512412240D231312415024D331311415024D4236847552Z17061004282400Z24915004982000Z32544004406400LB1210×210×244100188200LB2190×190×236100172200LB3180×180×232400164800LB4185×185×234225168450墙〔不含门洞〕220×2203400041360002260666竹质模型质量完毕语经过了近一个月的准备，从构思到设计再到动手建造，让我们在思考中收获成长；在实践中体味快乐。当然，在这之中也历经了重重考验，但计算的繁琐和