河北工程大学结构创新设计个人总结.docx

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河北工程大学结构创新设计个人总结

结构创新设计

课

程

总

结

班级：

12级土木7班

姓名：

王江

学号：

120320711

一·前言

2015年4月25日14时11分，尼泊尔（北纬28.2度，东经84.7度）发生8.1级地震，震源深度20千米，余震70次。

震中位于博克拉，最大烈度为X度，重烈度区从震中向东延伸。

截至2015年5月5日，地震至少造成7557人死亡，14536人受伤，中国西藏、印度、孟加拉国、不丹等地均出现人员伤亡。

看到这个令人痛心的消息不得不令人同情，作为一名土木工程人员，不管将来是做结构还是施工，抗震这一方面我们必须严格谨慎的去设计，去施工。

刚刚做完的结构设计大赛，我们的模型坚持1.1g，最终取得1.0g的成绩。

然而这只是一个小小的模型，在以后的学习工作中，我们必须对抗震做到万无一失，这样才不会出现像尼泊尔，唐山等等这样的对人类生命和财产造成巨大的损失。

二·学习该课程的过程总结

持续几周的结构创新设计课程即将结束，前期杨老师就给我们传授了抗震设计的理念。

首先我了解到抗震设计主要从概念设计，计算设计，构造设计。

我认为概念设计还是比较重要的，一个好的概念设计会给设计带来很多的好处，如尼加拉瓜的马拉瓜市美洲银行大厦，在发生地地震时，由于他的概念设计设计的到位，在震后它依然挺拔在原地，只是内部需要修修而已。

可见概念设计绝对不能够被忽略，相反我们要加倍重视。

在学习中的过程中，我遇到了不少的问题。

既然这门课叫《结构创新设计》，那我们该如何创新，创新必须创新，但是我们也不能违背了基本原理，那么创新可以从哪几方面创新呢。

另外，我们应该本着一个什么样的原则去让我们的设计发挥最大的作用呢？

此外，怎样才能将材料的性能按其最好的优势利用起来呢？

通过上网，去图书馆借书查阅资料发现了一些比较有创新的抗震设计的设计来总结一下，其中令我印象最深的有两个:

悬浮结构

这种充满创造力的新结构——悬浮结构：

将地表建筑和地基分离开来，中间加上由培林（bearing）组成的“悬浮层”，当地震袭来时，地基发生的剧烈晃动对地表建筑造成的影响将被极大地减小。

减震器

建筑工程师将减震器应用到了建筑当中。

和汽车当中大部分垂直放置的减震器不同，建筑物当中的减震器水平或倾斜放置在每一楼层当中，当地震发生时建筑物的扭动使得楼层之间产生水平方向的动能，而减震器将动能的一部分呢吸收转化为热能，从而降低了这种动能对建筑物带来的撕裂效应。

通过查资料，小组讨论，最终解决了我们的问题。

抗震设计应该本着刚度，强度，柔度相匹配的原则。

即刚度大的结构需要的强度也必须恰当，柔度好的结构构件的延性也必须好。

另外我们应该把每种材料的优势充分发挥出来，最大限度的利用材料性能，木料的强度和柔度都很不错，我们应该在需要强度大的地方正确布置木条的位置，同样柔度需要大的地方一样。

另外模型的结构应尽可能地高度对称，并且做到强柱弱梁。

三·结构设计制作过程总结

1、最初设计

最初，给了设计要求后，我小组很快做出方案，决定采用六边形的方案，但是材料发下来之后发现地板的面积不够大，如果采用六边形的方案净面积不满足要求，因而只能采用四边形的方案，然而正方形的设计也不能够满足净面积要求，进而采用长方形的设计方案。

2、基础设计

杨老师在抗震设计这门课程中已经给我们传授了很多知识，其中底部剪力法就让我们明白：

在地震发生时，结构底部所受的力最大，因此我们在设计中必须加强基础的设计，有一个好的基础才能挺到最后。

最初，我小组就柱子与底板的连接方式进行讨论，为使模型更加稳定，最后决定在底板上打孔，将柱子插入孔中，并用木楔子补洞，最后用乳胶灌入缝隙，形成一个稳定的基础。

3、柱子设计

“强柱弱梁”的设计原则想必我们每个土木工程人员都很熟悉，所以柱子的强度必须强。

结合木条的用量以及布置的合理性，我们小组讨论研究后决定采用3根柱子粘结在一起截面如图：

柱子是设计好了，但是我们面临着这样一个问题，就是柱子的摆放问题：

如上图，木条在不同的方向有着不同的刚度，图的方向来说，纵向的刚度大，图横向的刚度大，那么究竟如何布置才能让结构更加强大？

通过去实验室问了几个学长之后，实验室的震动台只能在一个方向震动，由于我们的纵向的跨度比较大，因而采用方案。

4、梁的设计

运用《结构力学》以及《混凝土结构》所学到的知识，结构的传力方式应该简单明确。

因此我们的结构采用“铁块→次梁→主梁→柱→基础”的传力路线。

因此我们在梁设计这方面设计了主梁和次梁，通过主梁和次梁共同受力来提高楼板的承载力，保证在试验过程中铁块不会竖直掉落。

（1）主梁设计

如上图，主梁上用锯条锯开长度为木条宽度的一半，宽度为一根木条的厚度，这样此次梁也锯成这种形式，正好主梁与次梁天衣无缝的结合在一起。

并且木条在图示方向上的强度是三个方向中最大的方向，这就重发发挥了材料的性能。

（2）次梁设计

次梁在下方锯成与主梁相对应的三个孔，铁块放在上面有利于其的受力。

（3）主次梁连接

主梁和次梁通过中间锯好的缝，完美的结合在一起。

并且在组装完成之后用乳胶填满之间缝隙，使他们强强联合，来为我们的默默付出。

（4）主梁，次梁，柱的连接

如上图，两张图片清晰地体现出主梁与次梁以及主梁与柱的连接，传力路线明确，为了保证结构的整体性，并在次梁和柱子的接触部分用乳胶粘在一块。

5、支撑设计

前面介绍了柱子的布置情况，模型整体抗弯能力在一个方向弱于另一个方向，因此决定在弱的方向加侧支撑，即在跨度大方向设支撑。

再一次偶然的机会，我发现木条的延性相当好，于是灵机一动想起了《混凝土结构》中的预应力。

后来经过我们小组的全部同意，设置了“预应力”支撑，支撑不仅起到抗弯的能力，还预先施加压力，从而对楼板有一个反力，提高了楼板的承载力。

具体做法见下图：

另外，由于我们的预应力支撑，所以在试验过程中我们多加了荷载块，底层加了16快，二层加了13快，实验过程中么发现有什么异常的情况，证明我们的想法还是不错的嘛！

6、铁块固定设计----一杆二用

如上图，两个方向都设置当铁块的木条。

但是刚开始我们发现如果两个方向都布置档铁块的木条的话，再加上支撑的话，则有可能超重，而且木条的量也不够。

这可给我们出了一个难题。

通过用损坏的木条亲手实践操作，终于发现了一个很好的解决方式，即档铁块的木条充当斜撑的作用，因此我将它命名为“一杆二用”，相信它是我们设计的一大亮点。

7底部加固设计

很荣幸我们的作品被选上去参加决赛，所以我们可以利用提前试验的结果来改进我们的结构。

周六的第一批试验，我们小组去实验室发现别的结构出现的问题。

结果发现好多结构都是从底部一震而倒，再看看我们的结构，底部根本不能承受地震的巨大作用。

所逼我们的结构底部必须加强。

那么问题来了，该如何加强呢。

通过SAP2000分析模型，结构的底部确实受力很大，为此我们上网搜集别的学校的结构大赛模型的底部加固方法，再与我们的模型相结合，最终确定出如下方案。

Sap分析模型底部加固方案

如上图，底部用6根木条将4根柱子连为一个整体，提高底部的整体稳定性。

同时两个方向设置八根斜撑，让底部强上加强。

斜撑既能够限制侧向便形，又能够限制底部的倾覆。

四·试验结果和试验分析

试验的那一天，我们上午就去试验室安装了模型。

我们的初期设计考虑的比较全面，安装模型的时候特别顺利。

可是，当我们安装完模型之后发现结构上部要摇摇晃晃，有的小组成员就开始担心了，其实这样并不是不好，具有一定的柔性也不错的，杨老师曾今最经典的话“刚柔并济”。

再看我们旁边的模型，一动不动，我当时就想这样很有可能发生脆性破坏，结果下午一震还真是，突然一下就倒了。

至于我们模型的试验结果还是令人比较欣慰的，对得起我们的付出的努力。

它坚挺地在1.1g地震加速度的时候倒下，最终成绩1.0g。

我们的结构是从下图位置发生的破坏

这个结果也是我们意料到的。

它在变截面的地方发生了破坏，同时也是柔度较大地方，最终由于柔度大而木条的延性不能满足要求而导致了结构的破坏。

再观察其他模型的破坏形式，有的是从底部倾覆破坏；有的是楼板突然破坏，铁块掉下；有的是中间某一层从中折断。

再帮着他们收拾现场的时候发现有的模型上的乳胶还是湿的，真是太可笑了。

实践是检验真理的唯一标准。

通过实验我明白了：

（1）对称性好的结构优于非对称结构，对称的结构在地震时能够均匀地承担地震作用，进而保持它的整体性。

（2）制作精良的结构好于粗糙的结构。

正如我们实际当中的施工质量一样，制作精良，各个构件的连接良好进而提高稳定性和强度。

（3）结构应该符合强度，刚度，延性相匹配的原则。

刚度大的固然需要的强度大的结构，柔的结构需要延性好的材料，并能满足要求。

（4）结构的局部稳定性也很重要。

通过实验发现，大多少结构都是由于局部处理不当而引起整体接够的破坏。

五·设计改进总结

试验完后，我们的模型整体完好，只是在上部柔度大的地方发生了单根木条的破坏导致的我们结构的破坏。

我们组的模型梁柱节点连接相当可靠，柱根部与底板也做了加固处理，试验后仍然完好无损。

如果重新设计的话，我会严格按照刚度，强度，延性相匹配的原则在下面这个方面做出改进。

即在缝隙之间加入一些弹性材料，例如弹簧，橡胶的弹性大的材料来减轻地震作用是的危害，进而不会发生致命的破坏。

如上图在缝隙之间加入一些弹性材料，例如弹簧，橡胶的弹性大的材料来减轻地震作用是的危害，进而不会发生致命的破坏。

六·我在本组中的工作

1、在小组中参与各部件的设计。

提出底部加固方案，提出预应力支撑的设计。

2、仔细锯木条。

锯木条是个细活，认真的完成了每一根木条的加工并且没有损坏。

3、用SketchUp软件建模。

4、粘结结构。

在木条上均匀的涂抹乳胶，准确无误地将构件连接成整体结构。

5、计算书的完成。

贫借结构力学知识和抗震设计，利用结构力学求解器，SAP2000分析结构，最终完成计算书。

6、试验之前的安装模型的参与。

固定底板，铁块。

七·学习该课程的感想、认识、体会

从这次结构模型设计大赛的过程中我还深刻认识到，这样一个看似简单的东西绝对不是一个人就能设计并制作成的，我真切的认识到了团队合作的力量。

多一个人就多一种思路，我们应该向身边每一个人虚心学习，这次模型设计让我体会到了团队合作的快乐，获益良多。

结构创新设计这门课程是培养学生综合运用所学知识，发现，提出，分析和解决实际问题,锻炼实践能力的重要环节，是对学生实际工作能力的具体训练和考察过程。

随着我们建筑设计方面的规范不断完善，抗震设计已经成为当今建筑设计的重头。

因此将来作为一名土木工程人员，必须全面的了解掌握抗震设计知识。

回顾起此次结构创新设计，至今我仍感慨颇多。

的确，从设计到制作，从理论到实践，在整整两半个学期的时间里，可以说得是苦多于甜，但是可以学到很多很多的的东西。

同时不仅可以巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。

通过这们结构创新设计课程使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，尤其是在土木方面，有好多公式都是经验而来。

只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正搞好我们的土木工程，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。

在设计的过程中遇到问题，可以说得是困难重重，这毕竟第一次做的，难免会遇到过各种各样的问题，同时在设计的过程中发现了自己的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固，比如说在完成计算书的时候，对结构力学的公式掌握的不够准确，惯性矩的计算竟然还模糊不清。

通过这次课程设计之后，一定把以前所学过的知识重新温故。

我们组一共有7个人，每个人都积极的配合工作，分配到的任务每个人都积极完成。

看看到别的组有的一直只有一两个认在工作，真替他们担心。

我想如果我们组也像其他组那样的话也不会取得1.0g的好成绩。

所以团队合作是多么的重要，只有组员团结一致，共同努力才能成功。

总之，这次结构模型设计大赛为我提供了一次宝贵的实践机会，在模型的设计和制作过程中，我不仅对所学的知识有了更深一步的认识，而且还提高了自己的动手能力，同时这次创新比赛还让我学会了结构力学求解器，SketchUP软件的建模，同时初步地了解了一下SAP2000这个有限元分析软件。

八·对此课程的建议和意见

结构创新设计课程是一门创新的课程，但是初期的专业知识必须具备，这样才能将理论运用到实际。

在此对该课程提出建议

1、有必要利用课余时间讲一下一些软件的操作使用，例如结构力学求解器，有限元分析软件，建筑模型软件等。

2、提供一些往期结构设计的资料图片，这有助于缩短同学们的制作时间，达到高效的目的。

3、尽量允许采用废旧材料制作模型，提高同学的环保意识。

4、播放一些国际大型抗震方面突出的视频，为同学们的创新提供思路。

以上内容仅属于个人看法。