河南省第四屆大學(xué)生結(jié)構(gòu)模型設(shè)計(jì)競(jìng)賽賽題

1、-作者xxxx-日期xxxx河南省第四屆大學(xué)生結(jié)構(gòu)模型設(shè)計(jì)競(jìng)賽賽題【精品文檔】附件1：河南省第四屆大學(xué)生結(jié)構(gòu)模型設(shè)計(jì)競(jìng)賽賽題：仿古塔樓模型制作與測(cè)試一、選題背景大多數(shù)的塔都是由下而上地逐漸縮小，而安陽(yáng)天寧寺塔（文峰塔)之獨(dú)特在于其一反常規(guī)，塔身上大而下小，呈傘狀，為國(guó)內(nèi)外所罕見(jiàn)，且塔樓底層較大層高形成底部大空間結(jié)構(gòu)。在實(shí)際工程中，很多多層和高層建筑將底層設(shè)計(jì)為停車場(chǎng)或商鋪等大開(kāi)間，這類建筑結(jié)構(gòu)底層往往變?yōu)楸∪鯇?。歷次地震表明，有底部薄弱層的建筑結(jié)構(gòu)在地震中容易發(fā)生震害，而文峰塔歷經(jīng)危難，千年不倒，體現(xiàn)了古代勞動(dòng)人民偉大的智慧和文峰塔建筑藝術(shù)的高超。本屆結(jié)構(gòu)模型設(shè)計(jì)大賽以此為選題背景，希望同學(xué)們

2、能通過(guò)結(jié)構(gòu)模型的設(shè)計(jì)、制作與模擬地震加載，了解此類結(jié)構(gòu)的動(dòng)力特性和震害特點(diǎn)，共同探討改進(jìn)其抗震性能的方法，這對(duì)于有特殊建筑功能和美學(xué)要求的建筑具有現(xiàn)實(shí)的科學(xué)價(jià)值和工程意義。圖 1 安陽(yáng)天寧寺塔（文峰塔）二、作品要求(1) 底板：多層結(jié)構(gòu)模型用熱熔膠固定于模型底板上，底板平面尺寸為350mm×350mm，底板用螺栓固定于振動(dòng)裝置上。(2) 模型大?。耗Ｐ涂偢叨葢?yīng)為900mm，允許誤差為±3mm，總高度為模型底板頂面至屋頂(模型頂面)上表面的垂直距離，首層凈高應(yīng)不小于總高度的30%，若底板上設(shè)置有地梁，則第一層凈高需自地梁頂部開(kāi)始計(jì)算；若無(wú)地梁則從底板頂面開(kāi)始計(jì)算。柱腳加勁肋、

3、隅撐及其他外立面構(gòu)件不影響計(jì)算塔樓層凈高。模型底面尺寸大小控制在內(nèi)接半徑130mm150mm圓范圍內(nèi)，2層樓面挑檐為內(nèi)接半徑175mm圓的正多邊形，2層以上樓面挑檐的內(nèi)接圓半徑的逐層遞增5mm。(3) 塔樓層數(shù)：模型必須具有不少于4個(gè)塔樓層，底板視為模型第一層塔樓板。除第一層以外，每層塔樓面范圍須通過(guò)設(shè)置于邊緣的梁予以明確定義。(4) 使用功能要求：塔樓層應(yīng)具有足夠的承載剛度，各層空間應(yīng)滿足使用功能要求。在模型內(nèi)部（即不含塔樓層外立面），要求在塔中心設(shè)置上下相通的孔洞，孔洞截面為直徑不小于70mm外接圓，上下相望。模型底層必須在一側(cè)外立面底部正中保留一個(gè)不小于250mm×80mm(高

4、×寬)的空間以允許設(shè)置門(mén)洞。模型頂面應(yīng)為平面，應(yīng)滿足安全放置頂面配重的要求。(1)塔樓挑檐應(yīng)為受力結(jié)構(gòu)，每個(gè)屋檐下邊緣的外挑端部能承受0.25kg的集中力。利用熱熔膠將附加配重固定在模型除底層以外的各個(gè)塔樓層的塔樓面結(jié)構(gòu)上，可在塔樓層上設(shè)置固定配重塊輔助裝置，但輔助裝置和配重不能超出塔樓層范圍且不能直接跟柱接觸，塔樓層配重塊不能在塔中心上下相通的孔洞范圍（圖2)。(2)提供統(tǒng)一規(guī)格的屋頂和樓層配重塊。配重分5個(gè)質(zhì)量點(diǎn)，二層樓面和頂層屋頂必須設(shè)置為質(zhì)量點(diǎn)。除頂層屋頂外的質(zhì)量點(diǎn)要求：每個(gè)質(zhì)量點(diǎn)需安置6塊尺寸為80mm×40mm×20mm的配重塊，重量約為3kg。塔樓頂

5、層配重塊的長(zhǎng)、寬、高約分別為200mm、200mm與20mm，重量約為6kg。(3)模型試驗(yàn)僅在單一水平向施加振動(dòng)作用，模型的抗側(cè)體系應(yīng)在計(jì)算書(shū)中闡述清楚。試驗(yàn)時(shí)模型放置方向根據(jù)底板標(biāo)識(shí)采用拋硬幣方法確定。 圖2 樓層配重塊范圍2.4完整的作品包括以下部分：(1)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)劃書(shū)，包括荷載分析、結(jié)構(gòu)選型、計(jì)算簡(jiǎn)圖、內(nèi)力分析、承載能力估算等。(2)設(shè)計(jì)方案。結(jié)構(gòu)圖若干，包括主要構(gòu)件、節(jié)點(diǎn)詳圖及材料表等。(3)結(jié)構(gòu)模型（實(shí)物）。要求模型制作符合設(shè)計(jì)制作要求，并與設(shè)計(jì)書(shū)一致。如修改模型，要求同時(shí)修改計(jì)算書(shū)。作品名必須健康向上，突出特點(diǎn)。作品名經(jīng)組委會(huì)批準(zhǔn)后生效。三、制作材料 競(jìng)賽期間，承辦方為各隊(duì)提供

6、如下材料及工具用于模型制作。(1)竹材：用于制作結(jié)構(gòu)構(gòu)件。竹材規(guī)格及數(shù)量見(jiàn)表 1。表 1 竹材規(guī)格及數(shù)量竹材規(guī)格竹材名稱數(shù)量本色側(cè)壓雙層復(fù)壓竹皮2 張本色側(cè)壓雙層復(fù)壓竹皮2 張本色側(cè)壓?jiǎn)螌訌?fù)壓竹皮2 張×104MPa，抗拉強(qiáng)度 60MPa。 (2) 502膠水：用于模型結(jié)構(gòu)構(gòu)件之間的連接，配重塊之間的固定。 (3) 熱熔膠：用于配重塊與模型的粘接及模型與底板之間的固定。 (4) 模型底板：底板厚度約16mm，長(zhǎng)與寬分別為350mm和350mm。底板上除預(yù)設(shè)孔洞外，不得另行鉆孔。 (5) 制作工具： (a) 美工刀，每組3把;砂紙，粗、細(xì)各若干； (b)聚

7、乙烯薄膜（防止粘手用）； (c)鉛筆、100cm直尺、三角尺、圓規(guī)； (d)大頭釘、大頭針燕尾夾，每組大、小各5個(gè)。 除上述工具外，比賽現(xiàn)場(chǎng)提供3把小型手電鉆及砂輪機(jī)供參賽隊(duì)需要時(shí)使用。參數(shù)隊(duì)均不得使用未經(jīng)組委會(huì)允許的其他工具。四、加載設(shè)備說(shuō)明結(jié)構(gòu)模型采用第二代改進(jìn)型 WS-Z30 小型精密振動(dòng)臺(tái)系統(tǒng)進(jìn)行模擬水平地震作用的加載，考察模型承載力。振動(dòng)臺(tái)系統(tǒng)的主要組成部分及相關(guān)參數(shù)信息如下：水平振動(dòng)臺(tái)：型號(hào) WS-Z30-50（如圖 3）指標(biāo)：水平臺(tái)尺寸506×380×22mm，荷載30kg，重量11.5kg，材料鋁合金 LY12。功能：承載實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?。激振器：型?hào)JZ-50（如

8、圖 4）指標(biāo)：工作頻率0.53000Hz，最大位移±8mm，激振力500N，重量28kg功能：使水平臺(tái)振動(dòng)。功率放大器：型號(hào)GF-500W，工作頻率DC010000Hz，輸出電流25A，輸出電壓25V，功率500VA，供電電壓220VAC，尺寸44cmx48cmx18cm。重量：18g功能：為激振器提供輸出功率。 圖 3 水平振動(dòng)臺(tái)和激振器圖 圖4 功率放大器五、加載與測(cè)量5.1 輸入地震波加載臺(tái)面空載實(shí)測(cè)加速度時(shí)程波形文件，由組委會(huì)后續(xù)以附件形式提供。5.2 模型失效評(píng)判準(zhǔn)則在進(jìn)行加載時(shí)，出現(xiàn)下列任一情形則判定為模型失效，不能繼續(xù)加載。同時(shí)，將上一個(gè)加載級(jí)別視為該模型實(shí)際所能通過(guò)的

9、最高加載級(jí)別，并作為模型效率比計(jì)算的依據(jù)。(1) 第一、二級(jí)加載后：模型中的任一構(gòu)件出現(xiàn)斷裂或節(jié)點(diǎn)脫開(kāi)。(2) 第三級(jí)加載完畢時(shí)：模型整體或任一樓層發(fā)生坍塌或任一柱腳脫離底板。(3) 每一級(jí)加載過(guò)程中有配重脫落或飛出。六、模型現(xiàn)場(chǎng)安裝、加載及測(cè)試步驟(1) 制作規(guī)定時(shí)間結(jié)束前2個(gè)小時(shí)分發(fā)底板，底板重量記為M1（精確到0.1g）。(2) 核查模型尺寸是否滿足制作要求；在每層屋檐下邊緣的外挑端部隨機(jī)抽取4個(gè)分別懸掛0.25kg的集中力，穩(wěn)定保持10秒鐘后如外挑屋檐出現(xiàn)結(jié)構(gòu)性的破壞，結(jié)構(gòu)選型與制作質(zhì)量項(xiàng)記為零分。(3) 提交模型前，用熱熔膠將模型與底板粘接牢固：模型底部可以使用由主辦方提供的熱熔膠與

10、底板連接，也可自行使用502膠水連接（除此以外不得使用超出規(guī)定的其他材料或者工具）。連接時(shí)，不允許對(duì)底板做任何開(kāi)洞，切割，打磨，刮擦。柱腳埋入熱熔膠區(qū)域不得超過(guò)10mm。 (4) 提交模型時(shí)，對(duì)模型（包括底板）進(jìn)行稱重，記M2（精確到0.1g）。 (5) 得到入場(chǎng)指令后，迅速將模型（含底板）運(yùn)進(jìn)場(chǎng)內(nèi)，安裝在振動(dòng)裝置上，緊固螺栓，固定配重塊，準(zhǔn)備進(jìn)行加載。賽場(chǎng)內(nèi)安裝時(shí)間不得超過(guò)10分鐘。 (6) 以上過(guò)程由各隊(duì)自行完成，賽會(huì)人員負(fù)責(zé)監(jiān)督、標(biāo)定測(cè)量?jī)x器和記錄。如在此過(guò)程中出現(xiàn)模型損壞，則視為喪失比賽資格。 (1) 參賽隊(duì)代表進(jìn)行3分鐘陳述，之后評(píng)委提問(wèn)2分鐘。(2) 依次進(jìn)行三級(jí)加載，每級(jí)加載完成

11、后依據(jù)5.2的失效評(píng)判準(zhǔn)則評(píng)價(jià)模型是否失效。七、評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)評(píng)分按總分100分計(jì)算，其中包括：(1) 計(jì)算書(shū)及設(shè)計(jì)圖 10% （共10分）(2) 結(jié)構(gòu)選型與制作質(zhì)量 10% （共10分） (3) 現(xiàn)場(chǎng)表現(xiàn) 5% （共 5 分） (4) 加載表現(xiàn)評(píng)分75% （共75分） A. 計(jì)算書(shū)及設(shè)計(jì)圖(1) 計(jì)算內(nèi)容的完整性 (共6分) (2) 圖文表達(dá)的清晰性、規(guī)范性 (共4分)注：計(jì)算書(shū)要求包含：結(jié)構(gòu)選型、結(jié)構(gòu)建模及主要計(jì)算參數(shù)、受荷分析、節(jié)點(diǎn)構(gòu)造、模型加工圖（含材料表）等。 B. 結(jié)構(gòu)選型與制作質(zhì)量 (1) 結(jié)構(gòu)合理性與創(chuàng)新性 (共6分)(2) 模型制作美觀性 (共4分)注：在屋檐下邊緣的外挑端部隨

12、機(jī)抽取4個(gè)分別懸掛0.25kg的集中力，外挑屋檐出現(xiàn)結(jié)構(gòu)性的破壞時(shí)，該項(xiàng)記為零分。C. 現(xiàn)場(chǎng)表現(xiàn)(1) 現(xiàn)場(chǎng)陳述 (共3分)(2) 現(xiàn)場(chǎng)答辯 (共2分)上述三項(xiàng)評(píng)分方式：去掉一個(gè)最高分和一個(gè)最低分后，得分為余下評(píng)委評(píng)分的平均值（精確至小數(shù)點(diǎn)后兩位）。D. 加載表現(xiàn)評(píng)分本次比賽各組模型在加載環(huán)節(jié)的表現(xiàn)將根據(jù)其效率比Ei的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行評(píng)分。效率比Ei的計(jì)算如式(1)所示： (1)加載級(jí)別權(quán)重系數(shù)。通過(guò)第一級(jí)=0.3，通過(guò)第二級(jí)=0.7，通過(guò)3級(jí)=1.0；設(shè)Emax為所有模型中的最高效率比，各模型根據(jù)其效率比結(jié)果獲得的加載表現(xiàn)分Ki的計(jì)算公式如式(2)： (2)以上A-D各項(xiàng)得分相加，分?jǐn)?shù)最高者優(yōu)勝。八、其它要求和事宜 (1)各參賽隊(duì)通過(guò)抽簽確定組號(hào)，比賽時(shí)按組號(hào)順序加載，但承辦單位的4個(gè)參賽隊(duì)需先抽出第1組代表隊(duì)并第一個(gè)加載。比賽期間嚴(yán)格按組號(hào)順序進(jìn)行，請(qǐng)參賽人員提前到場(chǎng)，未能按時(shí)參加比賽需提前向組委會(huì)申請(qǐng)并經(jīng)批準(zhǔn)，否則視為自動(dòng)棄權(quán)。 (2)每組安排一名隊(duì)員對(duì)模型進(jìn)行加載。 (3)結(jié)構(gòu)模型采取現(xiàn)場(chǎng)制作的方式進(jìn)行，制作時(shí)間2天。 (4)每組作品介紹及從加載到比賽結(jié)束整個(gè)過(guò)程所用時(shí)間不得超過(guò)8min，但是，模型安裝和配重固定可在前一組比賽過(guò)