第四章结构设计大赛赛题.doc

附件：2014 全国大学生结构设计竞赛赛题 三重檐攒尖顶仿古楼阁模型制作与测试 1、选题背景 中国木结构古建筑在世界建筑之林中独树一帜、风格鲜明，具有极高的历史、文化及艺 术价值。其中楼阁式古建筑以其优美的造型和精巧的设计闻名于世，已成为中国古建筑的典 型象征。 据历代营造史料记载，楼与阁原有明显区别，但后来因其均为复层建筑，故通称楼阁， 其中比较著名的有武汉黄鹤楼、岳阳岳阳楼、南昌滕王阁、烟台蓬莱阁以及西安钟楼等。我 国古代楼阁构架形式多样，屋盖造型丰富。在广泛调研及征求意见的基础上，本次竞赛的模 型形式确定为三重檐攒尖顶仿古楼阁。该类古建的一个现存实例为明代所建的西安钟楼，如 图 1 所示。基于当前全球已进入巨震期这一工程背景，本次竞赛引入模拟地震作用作为模型 的测试条件，这对于众多现存同类古建的抗震修缮与补强具有现实的科学价值和工程意义。 图 1 西安·钟楼 1  2、竞赛模型 竞赛模型采用竹质材料制作，包括一、二、三层构架及一、二层屋檐，其构造示例如图 2（a）所示。模型柱脚用热熔胶固定于底板之上，底板用螺栓固定于振动台上。模型制作材 料、小振动台系统和模型配重由承办方提供，底板用螺栓固定于振动台上,其加载安装形式见 图 2（b）。 模型配重 底板 振动台  3、模型要求 3.1 模型构造  （a）模型构造示例  （b）加载安装形式 图 2 竞赛模型及其加载安装  3.1.1 总体规定 （1）赛题中所涉及各种尺寸，如无特殊说明，允许误差均为±3mm。 （2）一至三层楼面标高（由底板上表面量至各楼层梁的上表面最高处）分别为 0.24m、 0.42m、0.60m。 （3）沿结构的外轮廓不能设置任何蒙皮。 3.1.2 竖向构件布置要求： （1）结构竖向构件必须是铅直柱，不允许使用斜向支撑与拉条。 2  （2）各层的转角处必须设置柱，柱位如图 3（a）所示。且各层柱在底板上的投影必须分 别位于图 3（b）、（c）、（d）所示的阴影范围内。 （3）门窗洞口范围如图 4 所示。门窗洞口沿其所在平面法线方向在结构内部的任意投影 范围内不能设置构件，如图 5 所示。  （a）各层角柱位置 （c）第二层柱投影范围 立面图  （b）第一层柱投影范围 （d）第三层柱投影范围 图 3 柱布置范围 1-1 3  2-2 3.1.3 水平构件布置要求  图 4 门窗洞口示意图 （图中阴影部分为门窗洞口） 图5 模型内部净空要求 （图中阴影部分不得设置构件）  3-3  （1）第三层柱顶沿外轮廓线应有横梁连接，且应符合本赛题 3.2 部分对屋盖配重安装的 要求。 （2）屋檐布置要求 ①一、二层屋檐分别如图 6 所示； ②屋檐屋脊曲线段详图如图 7 所示； 4  一、二层屋檐屋脊曲线段的上边缘均为半径 135mm，弧长 160mm 的圆弧。一、二层屋檐 屋脊曲线段分别安装在二、三层转角柱处。一层屋檐屋脊曲线段上边缘起点和终点的标高均 为 270mm。二层屋檐屋脊曲线段上边缘起点和终点的标高均为 450mm。 ③屋檐的立面标高如图 8 所示。  （a）一层屋檐俯视 （c）一层屋檐正立面 （e）一层屋檐 45°侧立面  图 6 模型屋檐 5  （b）二层屋檐俯视 （d）二层屋檐正立面 （f）二层屋檐 45°侧立面  图7屋檐屋脊曲线段详图 3.2 配重及安装要求  图 8 屋檐立面标高  模型所加配重为铜条与铜球，铜条截面宽*高的尺寸均为 13mm*10mm，并以宽度为 13mm 的面与结构相粘结；铜球直径为 25mm。第一、二层屋檐配重质量分别为 2.4kg 和 1.8kg，第 三层屋盖配重总质量为 4.0kg。 3.2.1 配重尺寸 （1）一、二层屋檐 一、二层屋檐质量块包括屋檐屋脊曲线段和屋檐檐口直线段两部分。安装在屋檐屋脊 曲线段上的配重为下边缘半径 135mm，弧长 180mm 的铜条，下边缘外挑端部在铅直方向固结 三个串联在一起的铜球，安装在一、二层屋檐檐口直线段的配重铜条分别长 180mm 和 120mm。 （2）屋盖 屋盖配重由屋顶和屋檐两部分组成，屋盖配重如图 9 所示。 （a）屋顶为高 90mm，底面边长 120mm*120mm 的正四棱锥。 （b）屋檐屋脊曲线段为下边缘半径 135mm，弧长 130mm 的铜条，屋檐檐口直线段为 134mm 的铜条。 3.2.2 安装要求 一、二层屋檐和屋盖的安装位置如图 10 所示。配重及模型用热熔胶连接，要求相应部位 尺寸应贴合，最大脱空间隙不得超过 3mm。 6  攒尖顶屋盖设有与第三层顶部连系横梁相粘结的铜条支座（如图 11 所示），用以将攒尖 顶屋盖固定于第三层的柱顶横梁之上。  （a）屋盖平面 （c）屋盖 4