全国大学生结构设计竞赛作品之——稳跃.PDF

第五届全国大学生结构设计竞赛 第五届全国大学生结构设计竞赛计算书 参赛学校：北京建筑工程学院 参赛作品名：竹 参赛队员：宋宇 张蕊 郜珊 指导老师：祝磊 1 第五届全国大学生结构设计竞赛 一．结构选型 根据对赛题的理解以及实践经验，初期选定模型形式为框架结构。这种结构 制作简单，自重轻，可以提供更多放置铁块的空间。 但是在模型的制作过程中我们发现这种柔性结构的侧向刚度过小，在地震作 用下，结构顶端与底端产生水平相对位移较大。经过修改，最终选定结构形式为 带支撑框架，其通过弹性竹制楼板的变形协调与刚接框架共同工作形成双重抗侧 力结构体系。斜向支撑作为第一道防线，框架作为第二道防线，具有良好的抗震 性能和更好的抗侧刚度。 由于加载时地震波的输入方向不确定，故结构平面选型时考虑将两个方向的 刚度保持相同，即尽可能保持结构平面纵横方向对称。此结构可等效视为一悬臂 梁，可知应尽量增大柱间距，以使结构获得良好的抗弯性能。而根据所学知识以 及实际制作的经验，可靠的变截面柱计算起来过于繁复，实际制作中也不可能达 到理论模型的效能，最后结构的支柱考虑采用管状等截面柱。 二．设计思路 1. 对于材料特性分析 根据对两种主要材料的特性理解，并结合以往经验，将竹材所发挥的作用近 似理解为钢筋，而502 胶水凝固后可大大提高所依附材料的刚度，而两种材料结 合时竹材为502 胶水提供了空间发展的平台。 由于502 胶强度远高于竹材，不考虑搭接处节点强度。而对柱间对接，需考 虑其连接强度。因为实际情况过于复杂且没有必要建立理论模型，直接采用构造 措施来保证其连接可靠性。 竹材与木材类似，是典型的平面正交异性材料。据相关研究表明，此类材料 的顺纹方向的抗拉强度较横纹方向大30% 以上，而此次比赛所提供的竹皮的横纹 抗拉强度则更是远小于其顺纹抗拉表现。因此要充分利用其良好的顺纹的抗拉能 力，避免使材料横纹方向受力过大，所以我们对于部分比较重要的楼板采用顺横 搭配的组合截面形式，而单层楼板黏贴与其纹路方向垂直的竹条。对于柱端的加 劲构件的制作，为避免其受弯破坏，采取顺纹缠绕（竹皮纹路与筒长方向一致） 的方法，如图1 所示。 2 第五届全国大学生结构设计竞赛 图1 柱间连结构件图 2. 设计思路 本模型结构采用框架支撑结构。注重提高楼板薄弱处抗剪性能，柱间节点的 连接可靠性，以及框架柱稳定性。主要构件包括框架柱、楼板和柔性支撑。 框架柱与底板的连接依靠环形梯状支座与框架柱内的加劲构件实现，在实 现增大粘结面积的同时也提高了柱脚的强度和抗弯能力。楼板与框架柱的连接由 环梁的环形粘结接触面实现，从而保证此类节点的刚接以及有效地将楼板所受荷 载传递到框架柱中。在柱间设置的柔性支撑体系有效地提高结构整体性和刚度。 在制作时，向结构施加侧向力使之产生一定的变形，待斜撑固定好后再释放模型， 从而使结构中产生适量的预应力。此模型的柔性支撑体系的设置位置考虑了安放 铁块时的结构空间的影响因素。 因此机构中心支撑可近似视为与梁柱交点相交，因此考虑其属于中心支撑抗 侧体系。 这种支撑体系在水平荷载作用下，通过楼板的变形协调与刚接框架共同工 作，可以形成一双重抗侧力结构体系。这相当于保证结构安全的双重防线，第一 重是支撑构件，第二重为框架，在地震加速度较大时，支撑构件首先受到破坏， 由于其反复拉伸和压缩（此结构中只考虑支撑的拉伸效应），耗散了大量的地震 能量，而框架本身并未发生破坏;而后，随着地震加速度的减小，保留下来完好 的框架结构继续工作，可以抵抗相对变小的地震加速度，避免结构产生严重破坏。 从而体现了抗震建筑“小震不坏，中震可修，大震不倒”的设计思想。 3 第五届全国大学生结构设计竞赛 三.结构的空间布局 1.平面布置 模型矩形投影面积