第十屆全國(guó)大學(xué)生結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競(jìng)賽賽題

1、全國(guó)大學(xué)生結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競(jìng)賽委員會(huì)2016天津tianjin unlvtr&ky第十屆全國(guó)大學(xué)生結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競(jìng)賽賽題大跨度屋蓋結(jié)構(gòu)1賽題背景隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展和綜合國(guó)力的提高， 我國(guó)大跨度結(jié)構(gòu)的技術(shù)水平也 得到了長(zhǎng)足的進(jìn)步，正在趕超國(guó)際先進(jìn)水平。改革開放以來(lái)，大跨度結(jié)構(gòu)的社會(huì)需求和工程應(yīng)用逐年增加，在各種大型體育場(chǎng)館、劇院、會(huì)議展覽中心、機(jī)場(chǎng)候 機(jī)樓、鐵路旅客站及各類工業(yè)廠房等建筑中得到了廣泛的應(yīng)用。借北京成功舉辦2008奧運(yùn)會(huì)、中辦2022冬奧會(huì)等國(guó)家重大活動(dòng)的契機(jī)，我國(guó)已經(jīng)或即將建成一大 批高標(biāo)準(zhǔn)、高規(guī)格的體育場(chǎng)館、會(huì)議展覽館、機(jī)場(chǎng)航站樓等社會(huì)公共建筑，這給 我國(guó)大跨度結(jié)構(gòu)的進(jìn)一步發(fā)展帶

2、來(lái)了良好的契機(jī)，同時(shí)也對(duì)我國(guó)大跨度結(jié)構(gòu)技術(shù)水平提出了更高的要求。2總體模型總體模型由承臺(tái)板、支承結(jié)構(gòu)、屋蓋三部分組成（圖 -1）加載區(qū)域圖-1模型三維透視示意簡(jiǎn)圖2.1 承臺(tái)板承臺(tái)板采用優(yōu)質(zhì)竹集成板材，標(biāo)準(zhǔn)尺寸1200mm>800mm,厚度16mm,柱底平面軸網(wǎng)尺寸為900mm>600mm,板面刻設(shè)各限定尺寸的界限：（1）內(nèi)框線：平面凈尺寸界限，850mrk 550mm；（2）中框線：柱底平面軸網(wǎng)（屋蓋最小邊界投影）尺寸，900mm>600mm；（3）外框線：屋蓋最大邊界投影尺寸，1050mm >750mm。承臺(tái)板板面標(biāo)高定義為土 0.00。圖-2承臺(tái)板平面尺寸圖2.2

3、 支承結(jié)構(gòu)僅允許在4個(gè)柱位處設(shè)柱（圖-2中陰影區(qū)域），其余位置不得設(shè)柱。柱的任 何部分（包括柱腳、肋等）必須在平面凈尺寸（850mmx 550mm）之外，且滿足 空間檢測(cè)要求。（即要求柱設(shè)置于四角175mm 125mm范圍內(nèi)。）柱頂標(biāo)高不超過(guò)+0.425 （允許誤差+5mm）,柱軸線間范圍內(nèi)+0.300標(biāo)高以 下不能設(shè)置支撐，柱腳與承臺(tái)板的連接采用膠水粘結(jié)。2.3 屋蓋結(jié)構(gòu)屋蓋結(jié)構(gòu)的具體形式不限，屋蓋結(jié)構(gòu)的總高度不大于125mm （允許誤差+5mm）,即其最低處標(biāo)高不得低于0.300m,最高處標(biāo)高不超過(guò)0.425m （允許誤 差+5mm）。平面凈尺寸范圍（850mmx 550mm）內(nèi)屋蓋凈空不

4、低于300mm,屋蓋結(jié)構(gòu) 覆蓋面積（水平投影面積）不小于900x600mm,也不大于1050x750mm,見(jiàn)圖-3。 不需制作屋面。屋蓋結(jié) 構(gòu)覆蓋面積（水平投 影面積）不小于900>600mm,也不大于 1050x750mm。但不限定屋蓋平面尺寸是矩形，也不限定邊界是直線。屋蓋結(jié)構(gòu)中心點(diǎn)（軸網(wǎng)900>600mm的中心）為撓度測(cè)量點(diǎn)。-3 -全國(guó)大學(xué)生結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競(jìng)賽委員會(huì)2016天津tianjin unlv«-r&lty2.4 剖面尺寸要求-4、撓度汨量點(diǎn)；屋蓋投影最小邊界900x6002圖-3屋蓋結(jié)構(gòu)尺寸圖1150 k_1 ,!_2國(guó)靛投影最.大邊界 1050x75

5、045d撓度測(cè)量點(diǎn)屋蓋站構(gòu)的最大尺寸if*宏也比壬lltftyfr me圖-4結(jié)構(gòu)剖面圖a模型高度方向的尺寸以承臺(tái)板面標(biāo)高為基準(zhǔn)，尺寸詳見(jiàn)圖-# -全國(guó)大學(xué)生結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競(jìng)賽委員會(huì)2016天津thnjinunlwrsjtjf過(guò)工 n。 . 3ou撓度ii量點(diǎn)屋蓋結(jié)構(gòu)的最大尺寸ml60ciriouj（a）b'圖-5結(jié)構(gòu)剖面圖b3模型材料及制作工具3.1 竹材竹材規(guī)格及數(shù)量如表-1所示，竹材參考力學(xué)指標(biāo)如表-2所示表-1竹材規(guī)格及用量竹材規(guī)格竹材名稱數(shù)量竹皮1250mmx 430mmx 0.50mm本色側(cè)壓雙層復(fù)壓竹皮4張1250mmx 430mmx 0.35mm本色側(cè)壓雙層復(fù)壓竹皮4張125

6、0mmx 430mmx 0.20mm本色側(cè)壓?jiǎn)螌訌?fù)壓竹皮4張竹條900mmx 6mm< 1mm40根900mmx 2mm< 2mm40根900mmx 3mm< 3mm40根900mmx 6mm< 3mm40根注：竹條實(shí)際長(zhǎng)度為 930mm。表-2竹材參考力學(xué)指標(biāo)密度順紋抗拉強(qiáng)度抗壓強(qiáng)度彈性模量30.789g/cm150mpa65mpa10gpa3.2 粘結(jié)膠水502膠水12瓶（規(guī)格30克/瓶）圖-6測(cè)試附件3.3 制作工具（1）每隊(duì)配置工具美工刀（3把），3.0m卷尺（1把），1m鋼尺（1 把），1.2m丁字尺（1把），45cm三角板（1套），16cm彎頭帶齒銀子（1把

7、）， 砂紙（6張，粗砂、細(xì)砂各3張），5件套錘刀（1套）、剪刀（2把）、棉手套（3 副）、簽字筆（3支）、hb鉛筆（2支）、透明膠帶（1卷）、6時(shí)模型剪鉗（2 把）、切割墊塊（1塊）、工具收納筐（1個(gè)）。（2）公用工具裁紙刀a3 （10臺(tái)）、空間木星模型檢測(cè)塊（4個(gè)）。3.4 測(cè)試附件測(cè)試附件為100m00m.8mm的鋁片，重17.5g,用于撓度測(cè)試。如圖-6。重 量不計(jì)入模型重量。鋁片中心刻有直徑10mm及直徑50mm的圓痕。3.5 屋面材料屋面材料采用柔軟的塑膠網(wǎng)格墊，厚度約 3mm。尺寸為1.5:1的矩形，四周 切為弧形，具體尺寸：長(zhǎng)約108cm,寬約72cm,切弧半徑為175mm,以滿

8、足重 量1kg為準(zhǔn)（誤差0.5g）,中間位置開直徑80mm的圓孔（撓度測(cè)試之需），詳 見(jiàn)圖-7。圖-7屋面材料3.6 加載材料加載材料采用軟質(zhì)塑膠運(yùn)動(dòng)地板（圖-8, 9）,尺寸950mrk 650mm,四周 切為弧形，中央開直徑80mm的圓孔（撓度測(cè)試之需）。加載材料厚度約2.4mm。單塊重量2kg,誤差控制在1g以內(nèi)，大于2kg的 部分通過(guò)均勻開小孔（孔徑10mm）的方式減去，小于2kg的粘貼小塊材料補(bǔ)足。圖-8加載材料尺寸圖圖-9加載材料尺寸圖4模型制作要求4.1 模型的承臺(tái)板由競(jìng)賽主辦方統(tǒng)一提供，板長(zhǎng)邊中點(diǎn)處標(biāo)注承臺(tái)板自重（精確 至mg）。各參賽隊(duì)不得對(duì)其進(jìn)行任何致重量改變的操作，如打磨

9、、挖空，削 皮，灑水等，否則視為違規(guī)，取消比賽資格。4.2 模型的其余部分由參賽隊(duì)制作。模型結(jié)構(gòu)的所有桿件、節(jié)點(diǎn)及連接部件均采 用給定材料與粘結(jié)膠水手工制作完成。4.3 測(cè)試附件粘貼要求（1）測(cè)試附件（鋁片）粘貼于屋蓋結(jié)構(gòu)中心處（見(jiàn)圖 -35）,且鋁片中心區(qū) 域（直徑50mm）表面應(yīng)平行于承臺(tái)板面。屋面材料鋪設(shè)后，必須能與鋁片 接觸。（2）鋁片必須直接牢固粘貼在與屋面網(wǎng)墊接觸的桿件上，第一階段加載過(guò)程 中出現(xiàn)脫落、傾斜而導(dǎo)致的位移計(jì)讀數(shù)異常，各參賽隊(duì)自行負(fù)責(zé)。（3）若中心區(qū)域無(wú)桿件，則需由參賽隊(duì)自行增加桿件連接，增加的桿件計(jì)入 模型重量。4.4 模型提交時(shí)應(yīng)組裝為整體，即將承臺(tái)板、支承結(jié)構(gòu)和屋

10、蓋結(jié)構(gòu)用膠水裝配成 整體。4.5 模型制作時(shí)間為14小時(shí)。模型應(yīng)在規(guī)定的制作時(shí)間內(nèi)組裝為整體，此后不能 再有任何實(shí)質(zhì)性的操作。4.6 比賽中提供的制作臺(tái)尺寸1220>2440mm,臺(tái)面高度720750mm。5模型凈空檢測(cè)及稱重5.1 模型凈空間檢測(cè)用標(biāo)準(zhǔn)凈空模塊（850mm長(zhǎng)>550mm寬m00mm高）沿縱向及橫向穿越模型 內(nèi)部，如不能通過(guò)，則視為模型不合格。5.2 屋蓋平面尺寸及高度檢測(cè)用激光水平儀和卷尺檢測(cè)屋蓋平面尺寸及高度，滿足下列要求之一者視為不 合格。（1）屋蓋平面尺寸最大處超過(guò)允許值（1050、750） +10mm （每側(cè)+5mm）;（2）屋蓋平面尺寸最小處超過(guò)允許值（

11、900、600） -10mm （每側(cè)-5mm）;（3）屋蓋厚度超過(guò)允許值（125mm） +5mm。5.3 模型稱重模型整體稱重后，減去承臺(tái)板及測(cè)試附件（鋁片）的重量，即為參賽模型的 重量mi。6模型加載及評(píng)判6.1 加載方式模型加載采用靜加載的形式完成，所加荷載為屋面全跨均布荷載，荷重用軟 質(zhì)塑膠運(yùn)動(dòng)地板模擬。6.2 加載準(zhǔn)備-7 -全國(guó)大學(xué)生結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競(jìng)賽委員會(huì)2016天津tianjin unlvtr&ky(1)模型置于加載臺(tái)上，調(diào)試位置。使位移計(jì)激光投射于鋁片中心直徑為10mm的圓痕區(qū)域內(nèi)，完成定位。(2)調(diào)整激光位移計(jì)高度。使激光位移計(jì)底面至鋁片中心的垂直距離為 10095mm范圍

12、內(nèi)。(3)布置攝像頭。模型凈空范圍內(nèi)設(shè)置攝像頭，觀測(cè)受力過(guò)程中結(jié)構(gòu)的變形。6.2 加載過(guò)程先鋪屋面材料，作為預(yù)加載，然后位移計(jì)讀數(shù)清零。模型加載分為兩個(gè)階段：6.2.1 第一階段：標(biāo)準(zhǔn)加載14kg (七張膠墊)(1)先加第一級(jí)，6kg (三張膠墊逐張加載)，完成后持荷 20秒，測(cè)試并記 錄測(cè)試點(diǎn)撓度值。(2)再加第二級(jí)，8kg (四張膠墊逐張加載)，完成后持荷 20秒，測(cè)試并記 錄測(cè)試點(diǎn)撓度值。第一階段加載時(shí)的允許撓度為w =4.0mm。6.2.2 第二階段：最大加載第二階段的最大加載量由各參賽隊(duì)根據(jù)自身模型情況自行確定，可報(bào)兩個(gè)級(jí)別(定義為第三級(jí)和第四級(jí))，并應(yīng)在加載前上報(bào)。荷載級(jí)別為膠墊的

13、數(shù)量(即 2kg的倍數(shù))。(1)先加第三級(jí)，按上報(bào)加載量一次完成加載，持荷 20秒，如結(jié)構(gòu)破壞，終 止加載，且本級(jí)加載量不計(jì)入成績(jī)；如結(jié)構(gòu)不破壞，繼續(xù)加載。(2)再加第四級(jí)，按上報(bào)加載量一次完成加載，持荷 20秒，加載結(jié)束。如結(jié) 構(gòu)破壞，本級(jí)加載量不計(jì)入成績(jī)；如結(jié)構(gòu)不破壞，本級(jí)加載量計(jì)入成績(jī)；第二階段加載時(shí)不進(jìn)行撓度測(cè)試。6.2.3 加載過(guò)程由參賽隊(duì)隊(duì)員完成。6.2.4 自預(yù)加載開始，至加載結(jié)束，時(shí)間控制在6分鐘以內(nèi)。(第四級(jí)加載后的持 荷時(shí)間不計(jì)入6分鐘內(nèi))6.3 評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)6.3.1 第一階段加載過(guò)程中，出現(xiàn)以下情況，則終止加載。本級(jí)加載及以后級(jí)別加載成績(jī)?yōu)?零(即第二級(jí)加載出現(xiàn)此情況，加載

14、項(xiàng)成績(jī)算第一級(jí)加載成功的成績(jī))；(1)模型結(jié)構(gòu)發(fā)生整體傾覆、垮塌；(2)屋面桿件脫落；(3)撓度超過(guò)允許撓度限值w的1.10倍。6.3.2 第二階段(1)加載過(guò)程中，若模型結(jié)構(gòu)發(fā)生整體傾覆、垮塌，則終止加載，本級(jí)加載 及以后級(jí)別加載成績(jī)?yōu)榱?即第三級(jí)加載出現(xiàn)此情況，加載項(xiàng)成績(jī)算第 二級(jí)加載成功的成績(jī))；(2)加載過(guò)程中，若模型結(jié)構(gòu)未發(fā)生整體傾覆、垮塌，但有局部桿件的破壞、 脫落或過(guò)大變形，則可繼續(xù)加載。6.3.3 每隊(duì)加載成績(jī)由各級(jí)加載成功時(shí)，計(jì)算所得荷重比分?jǐn)?shù)和剛度分?jǐn)?shù)組成。7評(píng)分項(xiàng)及評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)7.1 模型評(píng)分項(xiàng)及分值模型評(píng)分項(xiàng)共五項(xiàng)，總分100分，其中包括：(1)計(jì)算書以及設(shè)計(jì)說(shuō)明10分(2

15、)結(jié)構(gòu)選型與制作質(zhì)量一一10分(3)現(xiàn)場(chǎng)表現(xiàn)5分(4)模型承載力一一60分(5)模型剛度 一一15分7.2 評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)7.2.1 計(jì)算書以及設(shè)計(jì)說(shuō)明一一10分(1)計(jì)算內(nèi)容的完整性、準(zhǔn)確性6分(2)圖文表達(dá)的清晰性、規(guī)范性4分7.2.2 結(jié)構(gòu)選型與制作質(zhì)量一一10分(1)結(jié)構(gòu)合理性與創(chuàng)新性5分(2)模型制作質(zhì)量與美觀性5分7.2.3 現(xiàn)場(chǎng)表現(xiàn)一一5分(1)賽前陳述3分(2)現(xiàn)場(chǎng)答辯2分7.2.4 模型承載力一一60分（第一階段加載，35分；第二階段加載，25分）（1）計(jì)算各參賽隊(duì)模型（i）的單位自重承載力mii、m2i按式（a）計(jì)算:(a)-ni- n2imii , m2i m imini第一階段加載成功時(shí)的加載荷重（包括屋面重量）；若兩級(jí)加載均成功，承載力為兩級(jí)加載塊重量和屋面材料重量之和，即ni=15kg;若僅第一級(jí)加載成功，承載力為第一級(jí)加載塊重量和屋面材料重量之 和，即 ni=7kg0n2i一第二階段加載時(shí)，本隊(duì)模型的加載荷重，單位： kg;mi 一一本隊(duì)模型的自重；單位：g（2）模型承載力得分ci按式（b）計(jì)