结构设计竞赛经验谈82224.ppt

结构设计与模型制作中的发散思维 西南交通大学 土木工程学院 陈力波 背景与现状 起源 清华大学 发展情况 华东地区，华南地区，北京市，浙江省，湖南省 材料 白卡纸、木材、铝 结构形式 高层建筑模型，简支桥梁模型，大跨屋架模型等 思维的发散与创新 利用材料特性的发散思维 白卡纸，装饰外墙用的硫酸纸以及蜡绳。常规的想法是：以白卡纸作主要受力构建，硫酸纸装饰外墙，而蜡绳一般不予考虑。现在，我们换一种思维考虑： （1） 分析蜡线的性质 受拉强，不能受压。强度超高、而弹模很小。利用这一特性，可以作出一个全张力结构。利用柱子受压，绳子受拉。 困难在于其施工。绳子节点出的固定问题，以及类似砼的应力松弛问题都难以解决。 思维的发散与创新 思维的发散与创新 利用材料特性的发散思维 （2） 硫酸纸是否只能用来做装饰而不能作为主要构件参与结构受力？ 充分利用透明纸张力好的特点，采用蒙皮结构作为主要承载结构，在承受侧向荷载的时候，整个外墙面传递荷载，传力途径多样，辅以腊线控制结点位移。 基础采用倒置正交异性板结构，增设两对斜撑增大基础整体刚度，此法同时增大了上部结构与板的锚固面积。 楼板采用干乳胶薄膜以减轻自重。 思维的发散与创新 利用材料特性的发散思维 另外一个也利用了硫酸纸受力的结构是南京工业大学作品“升”，N道硫酸纸长条斜着隔几层螺旋设置，受侧向力作用的时候，长条受拉。 虽然在贺载试验中失败，但是其思想依然可以借鉴。 思维的发散与创新 从施工工艺上的发散思维 普通的做法类似于预制构件装配式施工，即：先制作构件，然后进行装配。 下面介绍的几个案例则类似于现浇施工，节点处的强度有较好的保证。（案例均取自于第一届全国结构设计大赛） 思维的发散与创新 从施工工艺上的发散思维 案例一：特等奖得主，来自浙江大学的模型“一米阳光” 该结构可分为两榀平面框架，均成A型，作者对每个A型框架整体制作。现作出柱梁，然后拼成A型的内核，接着在外表粘一层白卡纸，同过精确定位，将外面的白卡纸又裁成A型，再通过梁与另外一榀框架连接形成结构。 从外表看，整个结构犹如现浇得整体，小巧而美观，节点处粘结不牢的问题自然消除。 思维的发散与创新 从施工工艺上的发散思维 案例二：同济大学一等奖模型“云梯” 结构形式：框架+支撑。 特点在于两个斜撑在节点处的连接。 一般做法是先做两根斜撑，然后利用白乳胶与柱连接。而同济这组的做法是直接做一根长的斜撑， 然后折一下形成两根斜撑（注意，没有折断）。接着在弯折处与柱连接形成节点。 思维的发散与创新 从施工工艺上的发散思维 案例三：三峡大学作品“缆月” 梁，柱是由多层白卡纸粘结而成的实体，整体施工，节点处强度有很好的保证。 思维的发散与创新 从施工工艺上的发散思维 案例四：在全国赛之前，浙江大学校内举办过预选赛，听说有一种施工方法让人amazing。 一个小组中有一个是医学系的，他们用针管吸入白乳胶，再注入需要连接的地方，以保证节点处的强度。 思维的发散与创新 消除扭转的发散思维 常规做法是从结构上考虑。可以通过在非受力方向设置支撑以增加整个结构的抗扭能力。 将思维发散一下，还可以从构件上考虑，增大构件的几何尺寸，从而增强其抗扭能力 ，甚至可以达到不加斜撑的目的，从而减轻自重。 蜡线的另外一个用途：初张力 结构设计中的几个概念 设计准则 结构效率目标准则 结构设计中在保证结构安全和刚度前提下寻求在给定跨度和荷载时所用材料重量最小的要求。 制作与装配效率准则 考虑构件制作与装配成本 结构设计中的几个概念 优化设计（减轻自重）原则 优化结构体系 e.g.拉压构件与弯曲构件的比较 1.结构材料强度的增加要比结构弹性模量的增加快得多； 2.由轴力产生的拉压杆的轴向位移要比弯曲产生的侧向变形小得多； 3.钢桁架在侧向力作用下的侧移比钢框架侧向力作用下的侧移小得多。 优化结构布置 e.g.桁架高度的选择；腹杆角度的选择 合理的构造方法 模型制作 准备工作 材料性质的初步认识 比赛提供的材料：230g巴西白卡纸，硫酸纸，白乳胶 现在让我们初步认识他们： （1）230g巴西白卡纸。含义：每张A0纸重230g。 a.白卡纸的保护问题。刚买好的纸务必好好保管，最好有足够大的地方将其平摊，上面再用东西盖一下，以免受潮。注意不要伤着白卡纸，一旦上面有折皱，那么基本上这张纸就废了。受伤的纸强度降低很多。 b.顺纹和逆纹。大家仔细观察白卡纸会发现顺、逆纹的差别。一般来说，沿长边方向是顺纹，沿短边方向是逆纹。讨论顺和逆的差别基于两点：第一主要是施工上的因素，