结构设计大赛说明书.doc
内蒙古自治区普通高等学校本科大学生结构设计创新竞赛 承受分层竖向荷载及单向水平荷载的二层框架结构模型设计说明书团队名称: 砼韵之声 参赛学校: 内蒙古工业大学 学校所在地：呼和浩特市 参赛队员: 白润平、 胡延华 、 陈帅 联系电话:15248032110、13789418789、15184767177专业名称: 土木工程(道路桥梁方向) 指导教师: 刘占江 联系电话: 13500610889 二一二年六月目录1. 概念设计 1.1方案构思与结构选型.1 1.2特色说明.12. 计算设计 2.1构件尺寸.2 2.2构件内力分析.2 2.3构件位移分析.5 2.4承载力优化.53. 构造设计 3.1正视效果图.9 3.2侧视效果图.10 3.3俯视效果图.10 3.4结构主体框架效果图.11 3.5结构主体框架真实效果图.114.局部细节展示.125.小结.14概念设计1.1方案构思与结构选型通过对竞赛简章的解读，以及在网络上对各个材料的初步了解和我们的试验，结构的主要材料白卡纸其受拉性能很好，但是受压性能欠缺。结构主要是受压，这就体现了结构设计的重要性。考虑到结构主要是承压，联想到结构设计强柱弱梁的概念，所以柱子必须予以加强，梁可适当限制在一定尺寸。柱子高度限制为600mm，四根柱子最少要承受1KN的荷载，考虑到柱子的长细比、局部承压能力，我们选择了格构柱。钢结构（戴国欣 主编）一书中介绍格构构件可等效为实腹构件进行计算。而格构柱有许多构造形式，为了极大程度的保证柱子的整体稳定性、局部承压能力，我们想到了制作四个小立方柱填注与柱子中，这样保证了柱的整体稳定性，将四个小立方柱用线给捆起来，从而也保证了柱的局部稳定性。虽然抗压性能得到了保证，但是结构毕竟还有抗侧要求。比较有效的方法是在梁与柱连接处使用刚结点，出于手工制作考虑，刚结点制作困难，我们只能尽最大的可能保证梁与柱的连接牢固。 1.2特色说明（1）从结构的外形上看，我们选择正四边形作为主体形状，受力均匀，加载方便，有效利用空间足够大。（2）针对结构的受力特点和位移情况，选择正四边形柱子，并且在柱内增加了小立方柱，成为我们结构一大特色。（3）柱子内的小立方柱的外围采用整体螺旋线条斜拉加固，经济实用。计算设计2.1构件尺寸主体构件尺寸构件参数长度（mm）宽度（mm）高度（mm）梁3401530板34034015柱6003030注：板为从四个柱子内角算起的尺寸。柱子内部构件尺寸数参型模快方立长度（mm）宽度（mm）高度（mm）小立方柱60015152.2构件内力分析230g白卡纸材料性能（来自互联网）230g白卡纸弹性模量名称种类层数弹性模量（mpa）230g白卡纸156.9230g白卡纸2148.2230g白卡纸极限应力名称类型层厚（mm）拉应力（N/mm2）压应力（N/mm2）230g白卡纸0.322.27.0根据我们预设计承载力为1KN，柱的高宽比为1:1，选定柱长固定为600mm，宽为30mm，高为30mm。除去柱的宽度尺寸，选定梁高为mm，宽为mm，长度为mm。单个构件加载示意图 梁加载剪力图 柱子加载剪力图框架加载示意图 框架轴力图 框架剪力图框架弯矩图单个构件承载力（实验数据）能性学力型类件构梁柱压应力（Mpa）0.00984.44注：1、柱子为加入小立方柱后组成的实腹柱2、梁为内部加入三角棱柱支撑分析结果：单个立方块极限承载力要大于柱的整体承载力，考虑到制作的误差加上柱子的长细影响，承载能力会有所下降。为了确保柱子的整体稳定性，我们注入立方柱时在立方块外壁都涂上白乳胶，使立方块与外包柱连接牢固，形成一个整体。在梁的制作中借鉴此经验，保证三角棱柱与外包梁连接牢固。2.3构件位移分析加载示意图梁加载示意图 梁变形示意图 柱子加载变形示意图框架变形示意图分析结果：为简化计算将柱假设为一整体，柱在轴心力作用下有屈曲，在水平荷载作用下也存在弯曲。柱的整体强度较高，中央弯曲变形相对较大，但此变形一般很难察觉。主要的侧向变形还是结构整体稳定的问题，所以保证结构整体稳定还是要做好结点。梁的位移计算可根据分配的荷载用力法进行计算。2.4承载力优化承载力优化归根结底还是梁与柱结点连接的优化、截面尺寸的优化。前面所述的即为我们经过精心计算调整后的构件尺寸。为了保证结构的整体稳定和结构整体的抗侧能力，在结点连接上我们用一定尺寸的白卡纸作为柱与梁连接的加固，在梁与柱的连接处加入类似角钢的三角支撑，尽量使结点接近于刚性结点，以保证在水平荷载下不会发生扭转破坏，还在第一层处还加入斜支撑,以加强水平方向的承载能力。在柱子中加入螺旋线，参考了<<混凝土设计原理>>(叶曙光主编)螺旋箍筋柱设计思路,即对柱子进行了螺旋加筋处理,以保证柱子不会发生因局部承载力不足而出现外鼓现象。构造设计 3.1正视效果图 3.2侧视效果图 3.3俯视效果图 3.4结构主体框架效果图 3.5结构主体框架真实效果图局部细节展示 小结通过参加这次比赛,从而让我们把学到的理论知识更好的应用到实际,在实验条件下检验结构的可靠性,而且还增强了我们的动手能力,丰富了大学生活.制作模型的过程中,团队合作,集思广益,合理分工,注重细节,精确计算,用心制作才能成功.
