全国大学生结构设计竞赛赛题.docx

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全国大学生结构设计竞赛赛题

第十届全国大学生结构设计竞赛赛题

大跨度屋盖结构

1

赛题背景

随着国民经济的高速进展和综合国力的提高，我国大跨度结构的技术水平也取得了长足的进步，正在赶超国际先进水平。

改革开放以来，大跨度结构的社会需求和工程应用逐年增加，在各类大型运动场馆、剧院、会议展览中心、机场候机楼、铁路旅客站及各类工业厂房等建筑中取得了普遍的应用。

借北京成功举行2020奥运会、申办2022冬奥会等国家重大活动的契机，我国已经或即将建成一大量高标准、高规格的运动场馆、会议展览馆、机场航站楼等社会公共建筑，这给我国大跨度结构的进一步进展带来了良好的契机，同时也对我国大跨度结构技术水平提出了更高的要求。

2

总体模型

整体模型由承台板、支承结构、屋盖三部份组成（图-1）。

图-1模型三维透视示意简图

承台板

承台板采纳优质竹集成板材，标准尺寸1200mm×800mm，厚度16mm，柱底平面轴网尺寸为900mm×600mm，板面刻设各限定尺寸的界限：

（1）内框线：

平面净尺寸界限，850mm×550mm；

（2）中框线：

柱底平面轴网（屋盖最小边界投影）尺寸，900mm×600mm；

（3）外框线：

屋盖最大边界投影尺寸，1050mm×750mm。

承台板板面标高概念为±。

图-2承台板平面尺寸图

支承结构

仅许诺在4个柱位处设柱（图-2中阴影区域），其余位置不得设柱。

柱的任何部份（包括柱脚、肋等）必需在平面净尺寸（850mm×550mm）之外，且知足空间检测要求。

（即要求柱设置于四角175mm×125mm范围内。

）

柱顶标高不超过+（许诺误差+5mm），柱轴线间范围内+标高以下不能设置支撑，柱脚与承台板的连接采纳胶水粘结。

屋盖结构

屋盖结构的具体形式不限，屋盖结构的总高度不大于125mm（许诺误差+5mm），即其最低处标高不得低于，最高处标高不超过（许诺误差+5mm）。

平面净尺寸范围（850mm×550mm）内屋盖净空不低于300mm，屋盖结构覆盖面积（水平投影面积）不小于900×600mm，也不大于1050×750mm，见图-3。

不需制作屋面。

屋盖结构覆盖面积（水平投影面积）不小于900×600mm，也不大于1050×750mm。

但不限定屋盖平面尺寸是矩形，也不限定边界是直线。

屋盖结构中心点（轴网900×600mm的中心）为挠度测量点。

剖面尺寸要求

模型高度方向的尺寸以承台板面标高为基准，尺寸详见图-4、5。

图-3屋盖结构尺寸图

图-4结构剖面图A

图-5结构剖面图B

3

模型材料及制作工具

竹材

竹材规格及数量如表-1所示，竹材参考力学指标如表-2所示。

表-1竹材规格及用量

竹材规格

竹材名称

数量

竹皮

1250mm×430mm×0mm

本色侧压双层复压竹皮

4张

1250mm×430mm×

本色侧压双层复压竹皮

4张

1250mm×430mm×

本色侧压单层复压竹皮

4张

竹条

900mm×6mm×1mm

40根

900mm×2mm×2mm

40根

900mm×3mm×3mm

40根

900mm×6mm×3mm

40根

注：

竹条实际长度为930mm。

表-2竹材参考力学指标

密度

顺纹抗拉强度

抗压强度

弹性模量

/cm3

150MPa

65MPa

10GPa

粘结胶水

502胶水12瓶（规格30克/瓶）。

制作工具

（1）每队配置工具

图-6测试附件

美工刀（3把），卷尺（1把），1m钢尺（1把），1.2m丁字尺（1把），45cm三角板（1套），16cm弯头带齿镊子（1把），砂纸（6张，粗砂、细砂各3张），5件套锉刀（1套）、剪子（2把）、棉手套（3副）、签字笔（3支）、HB铅笔（2支）、透亮胶带（1卷）、6吋模型剪钳（2把）、切割垫块（1块）、工具收纳筐（1个）。

（2）公用工具

裁纸刀A3（10台）、空间木星模型检测块（4个）。

测试附件

测试附件为100×100×mm的铝片，重g，用于挠度测试。

如图-6。

重量不计入模型重量。

铝片中心刻有直径10mm及直径50mm的圆痕。

屋面材料

屋面材料采纳柔软的塑胶网格垫，厚度约3mm。

尺寸为:

1的矩形，周围切为弧形，具体尺寸：

长约108cm，宽约72cm，切弧半径为175mm，以知足重量1kg为准（误差），中间位置开直径80mm的圆孔（挠度测试之需），详见图-7。

图-7屋面材料

加载材料

加载材料采纳软质塑胶运动地板（图-8，9），尺寸950mm×650mm，周围切为弧形，中央开直径80mm的圆孔（挠度测试之需）。

加载材料厚度约。

单块重量2kg，误差操纵在1g之内，大于2kg的部份通过均匀开小孔（孔径10mm）的方式减去，小于2kg的粘贴小块材料补足。

图-8加载材料尺寸图

图-9加载材料尺寸图

4

模型制作要求

模型的承台板由竞赛主办方统一提供，板长边中点处标注承台板自重（精准到1g）。

各参赛队不得对其进行任何致重量改变的操作，如打磨、挖空，削皮，洒水等，不然视为违规，取消竞赛资格。

模型的其余部份由参赛队制作。

模型结构的所有杆件、节点及连接部件均采纳给定材料与粘结胶海员工制作完成。

测试附件粘贴要求

（1）测试附件（铝片）粘贴于屋盖结构中心处（见图-3~5），且铝片中心区域（直径50mm）表面应平行于承台板面。

屋面材料铺设后，必需能与铝片接触。

（2）铝片必需直接牢固粘贴在与屋面网垫接触的杆件上，第一时期加载进程中显现脱落、倾斜而致使的位移计读数异样，各参赛队自行负责。

（3）假设中心区域无杆件，那么需由参赛队自行增加杆件连接，增加的杆件计入模型重量。

模型提交时应组装为整体，即将承台板、支承结构和屋盖结构用胶水装配成整体。

模型制作时刻为14小时。

模型应在规定的制作时刻内组装为整体，尔后不能再有任何实质性的操作。

竞赛中提供的制作台尺寸1220×2440mm，台面高度720~750mm。

5

模型净空检测及称重

模型净空间检测

用标准净空模块（850mm长×550mm宽×300mm高）沿纵向及横向穿越模型内部，如不能通过，那么视为模型不合格。

屋盖平面尺寸及高度检测

用激光水平仪和卷尺检测屋盖平面尺寸及高度，知足以下要求之一者视为不合格。

（1）屋盖平面尺寸最大处超过许诺值（1050、750）+10mm（每侧+5mm）；

（2）屋盖平面尺寸最小处超过许诺值（900、600）-10mm（每侧-5mm）；

（3）屋盖厚度超过许诺值（125mm）+5mm。

模型称重

模型整体称重后，减去承台板及测试附件（铝片）的重量，即为参赛模型的重量Mi。

6

模型加载及评判

加载方式

模型加载采纳静加载的形式完成，所加荷载为屋面全跨均布荷载，荷重用软质塑胶运动地板模拟。

加载预备

（1）模型置于加载台上，调试位置。

使位移计激光投射于铝片中心直径为10mm的圆痕区域内，完成定位。

（2）调整激光位移计高度。

使激光位移计底面至铝片中心的垂直距离为100±25mm范围内。

（3）布置摄像头。

模型净空范围内设置摄像头，观测受力进程中结构的变形。

加载进程

先铺屋面材料，作为预加载，然后位移计读数清零。

模型加载分为两个时期：

第一时期：

标准加载14kg（七张胶垫）

（1）先加第一级，6kg（三张胶垫逐张加载），完成后持荷20秒，测试并记录测试点挠度值。

（2）再加第二级，8kg（四张胶垫逐张加载），完成后持荷20秒，测试并记录测试点挠度值。

第一时期加载时的许诺挠度为[w]=4.0mm。

第二时期：

最大加载

第二时期的最大加载量由各参赛队依照自身模型情形自行确信，可报两个级别（概念为第三级和第四级），并应在加载前上报。

荷载级别为胶垫的数量（即2kg的倍数）。

（1）先加第三级，按上报加载量一次完成加载，持荷20秒，如结构破坏，终止加载，且本级加载量不计入成绩；如结构不破坏，继续加载。

（2）再加第四级，按上报加载量一次完成加载，持荷20秒，加载终止。

如结构破坏，本级加载量不计入成绩；如结构不破坏，本级加载量计入成绩；

第二时期加载时不进行挠度测试。

加载进程由参赛队队员完成。

自预加载开始，至加载终止，时刻操纵在6分钟之内。

（第四级加载后的持荷时刻不计入6分钟内）

评判标准

第一时期

加载进程中，显现以下情形，那么终止加载。

本级加载及以后级别加载成绩为零（即第二级加载显现此情形，加载项成绩算第一级加载成功的成绩）；

（1）模型结构发生整体倾覆、垮塌；

（2）屋面杆件脱落；

（3）挠度超过许诺挠度限值[w]的倍。

第二时期

（1）加载进程中，若模型结构发生整体倾覆、垮塌，则终止加载，本级加载及以后级别加载成绩为零（即第三级加载显现此情形，加载项成绩算第二级加载成功的成绩）；

（2）加载进程中，若模型结构未发生整体倾覆、垮塌，但有局部杆件的破坏、脱落或过大变形，那么可继续加载。

6.3.3每队加载成绩由各级加载成功时，计算所得荷重比分数和刚度分数组成。

7

评分项及评分标准

模型评分项及分值

模型评分项共五项，总分100分，其中包括：

（1）计算书和设计说明——10分

（2）结构选型与制作质量——10分

（3）现场表现——5分

（4）模型承载力——60分

（5）模型刚度——15分

评分标准

计算书和设计说明——10分

（1）计算内容的完整性、准确性6分

（2）图文表达的清楚性、标准性4分

结构选型与制作质量——10分

（1）结构合理性与创新性5分

（2）模型制作质量与美观性5分

现场表现——5分

（1）赛前陈述3分

（2）现场答辩2分

模型承载力——60分（第一时期加载，35分；第二时期加载，25分）

（1）计算各参赛队模型（i）的单位自重承载力m1i、m2i

按式（a）计算：

，

（a）

N1——第一时期加载成功时的加载荷重（包括屋面重量）；若两级加载均成功，承载力为两级加载块重量和屋面材料重量之和，即N1=15kg；若仅第一级加载成功，承载力为第一级加载块重量和屋面材料重量之和，即N1=7kg。

N2i——第二时期加载时，本队模型的加载荷重，单位：

kg；

Mi——本队模型的自重；单位：

g。

（2）模型承载力得分Ci

按式（b）计算：

（b）

m1,max——第一时期加载时，所有参赛队模型中单位自重承载力的最大值；

m2,max——第二时期加载时，所有参赛队模型中单位自重承载力的最大值。

模型刚度——15分（仅第一时期加载）

按以下方式计算模型刚度得分Ki

（a）当wi≤[w]时

（c1）

（b）当[w]＜wi≤[w]时

（c2）

（c）当wi＞[w]或wi＜0时

（c3）

wi——第一时期加载成功时，本队模型的挠度（mm），向下为正。

[w]——第一时期加载时的许诺挠度，[w]=。

8

计算书要求

计算书内容要求

计算书应包括以下内容：

（1）赛题解读

（2）结构选型分析及结构方案

（3）构件尺寸

（4）计算分析

（5）第二时期加载所需的重量（两级）

（6）必要的图纸

计算书格式要求

计算书格式要求详见附件。