万斯达杯第五届山东省高校结构竞赛手册.docx

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万斯达杯第五届山东省高校结构竞赛手册

“万斯达杯”

第五届山东省高校结构设计竞赛

竞

赛

手

册

主办单位:

山东省土木工程学会建筑结构专业委员会

山东大学

承办单位:

山东大学土建与水利学院

赞助单位:

山东万斯达集团有限公司

第五届山东省高校结构设计竞赛赛题

木质多层房屋结构抗冲击荷载试验

一、竞赛宗旨及目的

山东省第五届结构设计竞赛旨在通过对知识的综合应用和团队的共同协作过程，培养大学生创新意识、合作精神，拓宽学生的科学视野，提高大学生的创新设计能力、综合科技能力和工程实践能力。

二、竞赛内容

结构模型制作、方案设计与理论分析、作品介绍与答辩、模型加载试验。

三、竞赛模型

竞赛模型为木质多层房屋结构模型，模型的各层楼面系统承受的竖向荷载通过附加铁块实现。

多层结构模型由参赛选手制作，并用胶水固定于木质模型底板上，通过螺栓和连接钢板固定，连接钢板由承办方提供。

四、模型要求

（1）底板：

多层结构模型用胶水固定于模型底板上，底板为40cm×40cm×9mm的中密度板，底板用螺栓固定于连接钢板上。

模型底板示意图见图1。

（2）模型大小：

模型总高度应为80cm，允许误差为±5mm。

总高度为模型底板顶面至屋顶上表面的垂直距离，模型底面尺寸不得超过30cm×30cm的正方形平面，即整个模型需放置于该正方形平面范围内，模型底面外轮廓与底板边缘应有足够的距离以保证螺栓能顺利紧固。

图1模型底板示意图（单位：

mm）

（3）楼层数：

模型必须至少具有3个楼层，底板视为模型第一层楼板。

除第一层以外，每层楼面范围须通过设置于边缘的梁予以明确定义。

（4）楼层净高：

每个楼层净高应不小于25cm。

楼层净高是指该楼层主要横向构件顶部与其相邻的上一楼层主要横向构件底部之间的最小距离。

若底板上设置有地梁，则第一层净高需自地梁顶部开始计算；若无地梁则从底板顶面开始计算。

柱脚加劲肋、隅撑及其他外立面构件不影响计算楼层净高。

（5）使用功能要求：

楼层应具有足够的承载刚度，各层空间应满足使用功能要求。

（6）楼层有效承载面积：

楼层范围为各承重分区最外围楼层梁构件所包络的平面，不包括模型内部核心筒区域。

在楼层范围内与楼面构件直接接触的铁块的覆盖面积定义为楼层有效承载面积，模型的总有效承载面积应在600cm2至720cm2的范围之内，且每个楼层的有效承载面积不得小于25cm2。

（7）铁块规格：

长、宽、高约分别为12cm、6cm与3.2cm，重量为1800g，模型中附加铁块总重量不得少于25kg。

（8）每一层的柱子不得多于6根，也不得少于3根。

五、竞赛要求

1、结构模型

要求模型制作符合设计制作要求，并与计算书中计算简图一致。

如修改模型，要求同时修改计算书。

2、理论分析计算书。

要求包括封面、设计说明、基本的设计方案以及结构分析和设计。

其中设计说明应包括对方案的构思、结构选型及其他有特色方面的说明；基本的设计方案应包括结构图若干，主要构件、节点详图及材料表；结构分析与设计应包括荷载分析、内力分析、结构选型、计算简图。

六、加载及测试步骤

6.1赛前准备

A.模型称重：

模型重量不计算底板，组委会提前对各队底板进行称重，模型制作完成后将制作好的模型（不含支座螺栓）在未连接过渡钢板前称重（精度0.1g），最后将称重结果减去底板重量，作为考核模型重量的依据。

B.将模型安装在连接钢板上，等待入场。

C.得到入场指令后，迅速将模型及过渡钢板抬进场内，固定在看台上，准备进行加载。

D.以上过程由各队自行完成，水平加载由赛会人员负责完成、并评定和记录得分。

如在此过程中出现模型损坏，则视为丧失比赛资格。

6.2参赛步骤

A.参赛队代表进行1分钟陈述，之后评委提问1分钟。

B．除底层之外的所有层铁块加载，检查构件是否属于加载失败。

C.将机械摆锤冲击仪连续施加三档冲击荷载加载，通过每次加载后的观测记录，进行评定，记录得分值。

D.如在以上过程中出现模型损坏，则视为比赛失败。

6.3加载方式

（1）加竖向静载

将铁块分别放在模型除底层以外的各个楼层的楼面结构上（铁块范围不超过模型外梁边缘），可在楼层上设置固定铁块辅助装置或用热熔胶粘连，考核模型的承载力和刚度。

（2）加水平冲击荷载

利用摆锤冲击试验原理，采用本赛委会提供的机械摆锤冲击仪，冲击模型竖向承重构件，考核模型的抗冲击能力。

竞赛加载通过三级加载的方式，由摆锤扬角控制撞击力的大小，将摆锤提到释放位置上，使其自由下落撞击模型，撞击处高度为从底板底面算起垂直向上10cm。

一级加载摆锤扬角为60°、二级加载摆锤扬角为90°、三级加载摆锤扬角为150°。

参赛模型底层至少有一个竖向承重构件对准摆锤（由竞赛委员会随机抽取），保证结构模型能受到摆锤的冲击作用。

摆锤摆动半径300mm，摆锤质量约为1000g，假设撞机时间为0.05秒。

加载装置见图2所示。

图2加载装置示意图

（具体加工图纸见附页）

（3）加载失败判定

第一级加载时：

模型中的任一构件出现破坏；

第二级加载时：

模型的主要构件——梁和柱中任一构件出现破坏；

第三级加载时：

模型整体或任一楼层发生坍塌或任一柱脚脱离底板；

七、模型制作材料及工具

竞赛期间，承办方为各队提供如下材料及工具用于模型制作。

设计、制作所用材料仅限于组委会所提供的材料，允许对所给材料进行加工、组合，但不得使用非组委会提供的材料，一经发现取消其参赛资格。

•木材：

桐木，长度1000mm，截面规格有2mm×2mm、2mm×4mm、2mm×6mm，4mm×6mm四种规格。

木材力学性能参考值：

顺纹弹性模量1.0×104MPa，顺纹抗拉强度30MPa。

•胶水：

502胶水（安特固牌）

•制作工具：

只允许使用砂纸、小型锯子、尺子、笔、美工刀。

•木材及胶水统一由组委会提供，制作工具由各参赛队自行准备。

八、组队

1、要求3人组队参赛，每队设一名指导老师，每个学校最多派3个队参赛。

2、每人只允许参加一个参赛队，各队独立设计、制作。

3、鼓励跨年级、跨专业组队。

九、评分标准

（一）结构评分按总分100分计算，其中包括：

A.计算书及设计图10%（共10分）

B.结构选型与制作质量10%（共10分）

C.现场表现5%（共5分）

D.结构重量25%（共25分）

E.结构刚度50%（共50分）

（二）评分细则：

A.计算书及设计图（共10分）

a．计算内容的完整性共6分

b．图文表达的清晰性、规范性共4分

注：

计算书要求包含：

结构选型、结构建模及主要计算参数、受荷分析、节点构造、模型加工图（含材料表）。

B．结构选型与制作质量（共10分）

a．结构合理性与创新性共6分

b．模型制作美观性共4分

C．现场表现（共5分）

a．赛前陈述共3分

b．赛中答辩共2分

D．结构重量（共25分）

在所有成功完成竞赛的模型中，质量最轻者得25分，最重者得5分，其余队模型的重量分数S1按下式计算：

S1=（Mmax-M1）×20/（Mmax-Mmin）+5

式中：

Mmin为重量最轻者的质量，单位g；Mmax为重量最重者的质量；M1为所考察模型的质量。

本项所得分数保留小数点后两位。

E．结构水平抗侧刚度（共30分）

在所有成功完成竞赛三级加载的模型中，综合最大者得30分，最小者得0分，其余各队模型的得分分数SH按下式计算：

（1）第一级加载成功SH1=10；

（2）第二级加载成功SH2=10；

（3）第三级加载成功SH3=10；

SH=SH1+SH2+SH3

F．竖向承载与刚度（共20分）

在所有成功完成竞赛的模型中，最大不超过20分，最小不低于2分，其余各队模型的刚度分数SV按下式计算：

Sv=（Wi-25）/（4×MM）+2

其中各项指标的意义与计算如下：

Wi为各层铁块的总重量（kg）；MM为模型（不含底板和螺栓，kg）质量。

本项所得分数保留小数点后两位。

以上A-F各项得分相加，分数最高者优胜。

十、日程安排

5月26日

（一）8:

00参赛队签到；

（二）9:

00开幕式；

（三）9:

40加载演示；

（四）10:

00～20:

00模型制作；

（五）20:

00～21:

00提交模型，测重，评委确定冲击点。

5月27日

（一）9:

00～16:

00决赛；

（二）16:

30颁奖仪式；

（三）17:

00闭幕式。

十一、奖项设置

（1）一等奖、二等奖、三等奖若干，发放获奖证书。

（2）最佳结构创新奖：

本奖项用于奖励创新实力较强、且其设计意图在设计作品中得以充分实现的优秀参赛队。

评审委员会将针对结构分析、结构选型、节点支座设计、制作工艺等对参赛队进行综合评价，进而评选出最佳结构创新奖1项。

（3）最佳造型与制作奖：

评审委员会将在参加比赛的各组模型中依照造型的新颖、美观和制作的细致、精巧评出最佳造型与制作奖一组。

（4）可兼得以上所列各奖项。

万斯达杯第五届山东省高校结构设计竞赛组委会

附页：

加载装置加工详图

连接钢板加工平面图

连接钢板加工立面图

悬摆加工俯视图悬摆加工左视图

悬摆加工主视图