结构模型大赛方案书模版.docx
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结构模型大赛方案书模版
本方案仅供参考,如有雷同,当弃权处理
2012年建筑工程学院第二届大学生结构模型大赛
模型名称:
驻天楼
参赛队伍:
建工嘉年华
小组成员:
姚灿辉、肖嘉华、郑镇宜、
刘戊烽、郑浩茵
日期:
2012、03、30
目录
一、摘要、队员简介1
(一)摘要1
(二)队员简介1
(三)组员优势及部分分工2
二、方案构思2
三、结构选型3
四、模型方案图3
1、所卷纸张样图3
2、柱、梁、斜杠所需尺寸4
3、模型简化,线性上的视图5
4、实体模型视图6
5、节点详图7
6、试验模型样图7
五、模型计算简图8
六、改进措施9
1.新材料:
半圆柱型短柱9
2.横梁与立柱连接点加固10
3.斜杆加大截面10
七、加载制度10
八、预算10
一、摘要、队员简介
(一)摘要
在建筑工程学院土木系教研组老师的带领下,建筑工程学院分团委举办了第二届大学生结构模型大赛,在这样一个具有专业性的模型比赛中,对于我们土木学生来说,这是一种锻炼,更是一种理论向实践发展的桥梁,让我们把所学的知识运用到实际当中。
我们的团队,是跨学院组成的精英队伍,团队一共有五人,根据各自的专业特点和能力优势,各有分工,运用各自的所学知识与综合能力探讨出与众不同的卷纸方法,使得我们的团队更加强大。
我们团队采取的卷纸方法为半机械法。
利用工具,通过手工结合,让纸卷的更密更实。
前半部分,通过手工卷纸,后半部分,通过木板挤压,重量压缩,使纸张压缩的更理想。
通过初步测试,卷出的梁柱,使用剪刀、刀子较难剪短,需用锯子才能进行锯断处理,这也是我们团队的优势之一,同时还是一种机电专业知识与土木施工技巧的一点小融合。
前期,我们按照组委会下发的比赛要求做出了规定的模型,并进行加压试验,最终竟然超过100kg的加压荷载。
压坏后,我们对模型进行了综合分析,也请了很多个专业老师对我们进行指导,经讨论后,对模型做出了进一步的改造,为的是寻求一种更好的承载方案,期望能在最终的比赛中制作出承压超过150kg的新模型。
也希望能凭借我们已拥有的团队优势跟前期付出的努力,能在这届模型比赛中拿到理想的成绩。
(二)队员简介
队长:
姚灿辉建工学院土木10-1爱好(特长):
羽毛球,篮球,交际
队员:
肖嘉华建工学院土木09-1爱好(特长):
唱歌、篮球,领导能力
队员:
郑浩茵化学学院食品10-1爱好(特长):
手工制作、美食、宠物
队员:
郑镇宜建工学院土木10-2爱好(特长):
羽毛球、电影、网络
队员:
刘戊烽机电学院机电10-2爱好(特长):
游泳、篮球、电影
(三)组员优势及部分分工
姚灿辉,现参加“挑战杯”进入省级比赛,文字组织能力强,负责整个方案的撰写、编排。
刘戊烽,曾参加纸桥设计大赛,所设计纸桥是当时比赛中承重最大的,拥有与众不同的卷纸方法,总负责卷纸方案。
郑镇宜,对数字敏感,测量精确,动手能力强,负责裁纸,柱孔测量。
肖嘉华,大三土木学生,有着丰富的理论知识,负责纸楼数据整改,通过软件计算得出模型的各杆件内力。
郑浩茵,食品专业学生,心思细腻,负责纸张黏合,柱孔的钻取,纸楼美观。
二、方案构思
常见的建筑结构有框架结构、剪力墙结构、框-剪结构、桁架结构等等,而这些结构的产生与建立,只有一个目的,那就是让建筑能有更好的安全性能。
若脱离了这个性能,一切的结构都是虚谈,因为优越的结构就是为了更加的安全。
所以我们的方案的产生,第一步就是考虑到安全。
在安全中发展、改造,而不是追求奇异的造型,美丽的外表,软趴趴的安全性能。
三角形是最稳定的;四边形是可以绕点转动,使变形;五边形受力杆与力有个夹角,使受力不均……对于纸杆来说,只有在杆的方向与荷载同一个方向,这样的纸杆才是最不容易局部受力弯曲。
所以我们选择以柱作为主力杆,用三角形进行固定。
这样,在有承受最大荷载的情况下,让模型稳定,从而达到更好的安全性能。
考虑到重量问题以及更大的承重,可把一部分杆件做成空心,在减小重量与材料的同时,让杆件的作用不受影响;考虑到杆件的高细比问题,为预防杆件失稳破坏,我们把楼层一分为二,做成二层的纸楼,避免由于纸楼重心不稳而倾斜倒塌;考虑到一点多结的问题,我们需采用两种(或两种以上)不同的结点方式,避免一点破坏,以至于所有结点都破坏,最终倒塌。
三、结构选型
从稳定性上考虑,三角形是最稳定,也是方案最先考虑的一种结构。
柱与梁构成三角形的两直角边,那么三角形斜边也就成了连接两柱的斜杆,在固定了梁柱的同时,也固定了柱柱间的移动问题,所以斜杆是这次模型结构的重点与亮点,虽说作用不是最主要的,但却是必不可少的。
利用三角斜杆的稳定性,模型上部进行荷载加压,下部可通过斜杆进行力的传递,让力均匀传递到四大柱上,再传递到地下,达到受力均匀,结构稳定。
考虑到本次大赛使用的加压方式为:
顶层竖向加压,所以模型结构采用框架结构为主,斜杆支撑为辅。
框架结构中的立柱主要承受竖向荷载,横杆则起到拉结竖杆的稳定模型的作用,而斜杆支撑结构则有两个目的:
1、对上方的加压荷载进行力的传递,让四柱下部受力均匀,防止一柱受力过大,发生倾斜倒塌。
2、拉结柱—梁、柱—柱之间的连接,起稳定作用。
使其拥有足够的侧向刚度,控制柱子侧向位移的发展,防止柱子与梁脱离,使模型塌落。
结构分为两层,柱梁之间结点连接采用钻孔模式连接。
有些同学在不破坏柱子性能的情况下,使柱梁结成一体。
斜杆连结于梁,在起到稳定作用的同时,起到支撑梁的作用,帮柱子承受部分力,从而起到更好的承重作用。
另外,通过前期试验,我们采纳了一些老师的建议,将在两根对角线的立柱上增加拉结杆,为了减少对立柱的破坏,此拉结杆我们选取了以纸带的形式,这部分由于是后来加以补充的,因此,下面的模型方案与图样中没有对其进行展示。
四、模型方案图
1、所卷纸张样图
2、柱、梁、斜杠所需尺寸
注:
横梁设计尺寸为250mm,但为方便施工,预留多至少40mm,用以进行削尖插孔等;
斜杆:
从整体的受力分析对其进行了特别设计,为使斜杆起到分担受力的作用,并减少对立柱的破坏,将斜杆连接处设计在横杆上,连接口采用缺口紧缩的方式,先浸胶后夹紧,使连接更为牢固,传力效果更好;
柱子所需钻孔为前3左3,考虑两孔的相互影响,前面3个孔采取平等,左侧的孔则采取较前孔下沉20mm的方法,这里主要考验的是我们钻孔施工过程的手工技巧,经过试验,只要施工符合我们的设计标准,孔洞的连结精确,孔洞的存在不仅没有破坏立杆的各方面性能,还能很好的将上部的压力通过横杆向斜杆、下方竖杆传递。
3、模型简化,线性上的视图:
正视图、侧视图、俯视图,1-1剖视图
4、实体模型视图:
主视图,左视图,俯视图
主视图左视图
俯视图
5、节点详图
上下结点详图
中间结点详图
6、试验模型样图
五、模型计算简图(根据试验模型制作的)
一切实验,都是在理想状态下,才可以进行各种分析,假设,做出的柱、梁、斜杆三种杆件做工、大小完全相同,性质也相同,有:
1、每根柱所承受的作用力为承重的1/4。
2、四棱柱四面做法相同,受力大小完全也相同,我们取其一面进行内力分析。
获得结构简图、剪力图、以及正反两面的弯矩图。
注:
图中数值正负号均按结构力学中所取意义一致。
(图中施加竖向力为100kN)
结构的计算简图
剪力图
正面的弯矩图
背面的弯矩图
六、改进措施
在经过受力分析以及模拟试验和对已破坏的模型进行分析之后,需进行加固改进的地方有:
横梁与竖杆的连接结点是最易破坏的地方,只要竖杆受力稍微不均,横梁则极易被拉出;斜杆正中间最易出现压曲、折断破坏。
具体改进方案有:
1.新材料:
半圆柱型短柱:
这是根据加固要求设计的新材料。
采用与立柱相同的制作工序,制成每段长80mm的空心圆柱,截面尺寸与立柱相同。
卷纸完成后置于胶水中浸泡几分钟,待胶水晾干后,为减少自重,用锯子将其对半切开,分成两部分使用。
主要用在斜杆中间最易折断处和立柱与横梁的结点外侧,可起到加大横截面积、减小弯矩、预防斜杆压曲和锚固横梁等等的作用。
2.横梁与立柱连接点加固:
将横梁端头用胶水浸泡后再进行削尖插孔,然后在每端伸出竖杆孔洞5mm处锯断,并在外部增加一个半圆柱型短柱作为螺帽,该处半圆柱型短柱的中部也采用挖孔方式与横梁镶嵌,使横杆相当于与贯穿竖杆的铆钉,这种做法也直接起到了预防结构整体变形的作用,而且可以有效的改善接口,防止横杆被拉出;
3.斜杆加大截面:
在斜杆正中的底部加一段半圆柱型短柱,通过胶水的粘结,可使得此处的截面大大增加,有效的预防了斜杆破坏。
七、加载制度
加载制度
加载次数
加载重量(kg)
备注
第一次
50kg
大于或等于5.0kg
第二次
40kg
第三次
30kg
第四次
第五次
八、预算
由模型方案图可知:
4条柱子,每条用A0纸4张,约共4张,
12条横梁,每条用纸1/12张,约共1张
8条斜杆,每条用纸1/8张,约共1张
预算总共用纸6张,按每张价格为2.5元
则A0纸总共费用为:
6*2.5=15元