結構設計競賽賽題

1、結構設計競賽賽題超高層結構1賽題背景現(xiàn)代超高層建筑起源于美國，至今已有80余年歷史。超高層建筑是反映國家、城市經(jīng)濟水平和社會現(xiàn)代化程度的一個重要標志。隨著社會的不斷發(fā)展和經(jīng)濟水平的不斷提高，我國的超高層建筑建設已經(jīng)進入了一個蓬勃期，形成了以深圳平安國際金融中心（660 m），武漢綠地中心大廈（636 m）和上海中心大廈（632 m）為代表的一系列600 m級的超高層建筑。截至2015年底，統(tǒng)計結果表明世界范圍內在建和已建成超過300m的超高層共210棟，其中中國有105棟（達50%），遠超出排名第2的阿拉伯聯(lián)合酋長王國（37棟），這表明我國已成為世界上超高層數(shù)目最多的國家。這對我國超高層結構的

2、設計和施工技術提出了更高的要求。2總體模型總體模型由承臺板、核心筒、外框柱和連接構件四部分組成，各部分均采用竹材，形成如圖1所示的超高層結構模型，沿高度方向將結構均勻劃分為高度為125mm的8個區(qū)段。模型固定在組委會提供的300mm×300mm的承臺板上，采用熱熔膠固定。大賽將提供以下材料，用于制作模型。竹材表2.1 竹材規(guī)格及數(shù)量竹材規(guī)格竹材名稱規(guī)格一：1250×75×0.50mm本色側壓雙層復壓竹皮規(guī)格二：1250×75×0.35mm本色側壓雙層復壓竹皮規(guī)格三：1250×75×0.20mm本色側壓單層復壓竹皮注：竹材力學

3、性能參考值：彈性模量1.0×104MPa，抗拉強度60MPa。粘著劑 明星火速膠502膠水砂紙切割刀直尺、三角尺、量角器鉛筆橡皮擦(a) 平面圖(b) 立面圖圖 1 模型示意圖 (單位：mm)2.1 承臺板承臺板標準尺寸300mm×300mm，厚度20mm。承臺板板面標高定義為±0.00。2.2 核心筒核心筒高度為1000mm（允許誤差+5mm），共8個區(qū)段（或層），每個區(qū)段（層）高度為125mm，位于承臺板正中央，承臺板中央設有高度25mm，厚度為8mm的卡槽用以提高核心筒的整體工作性能。沿高度方向核心筒截面尺寸不發(fā)生變化。核心筒外邊緣線尺寸為75mm×

4、;75mm，厚度不允許超過15mm，允許開洞。核心筒和卡槽均采用竹材制作。核心筒底部以及卡槽與承臺板連接采用膠水粘結。2.3 外框柱沿高度方向柱截面尺寸不發(fā)生變化，采用圖1所示方式布置8根框架柱，各柱總高均為1000mm（允許誤差+5mm），四跟角部框架柱形心連線尺寸為130mm×130mm，柱截面尺寸不限，采用竹材制作。柱與承臺板連接采用膠水粘結。2.4 連接構件連接構件可選用板材和棒材：（1）板材（采用竹材制作）可用于連接外框柱和內核心筒，且僅能在125mm，250mm，375mm，500mm，625mm，750mm，875mm和1000mm處布置，厚度不限；（2）棒材（采用竹材

5、制作）可在任意位置布置且尺寸不限。連接構件與承臺板、核心筒、外框柱和連接構件的連接采用膠水粘結。模型必須遵循所提供的尺寸，否則取消比賽資格。3加載量測工具3.1 加載和測試材料130×130×45mm的鐵質量塊，重5.98kg，用于豎向荷載工況測試。5g砝碼1個，20g砝碼1個，50g砝碼1個，用力水平荷載工況測試，水平位移采用數(shù)顯位移計量測。木制加載架，高1400mm，寬300mm，厚50mm，在板高500mm和950mm處板寬中央位置預留直徑約為5mm的圓孔。3.2 測試儀器數(shù)顯位移計。4模型凈空檢測及稱重模型整體稱重后，減去承臺板及測試附件的重量，即為參賽模型的重量M

6、i，卡槽質量計入模型質量5模型加載及評判模型加載分為三個階段，一階段為豎向荷載工況測試，二階段為標準水平荷載工況測試，三階段為挑戰(zhàn)水平荷載工況測試（該階段為可選階段）。豎向荷載工況用于檢驗參賽模型是否能夠承受結構自重以及附加重力荷載，水平荷載工況則用于測試水平力作用下結構的抗側向變形能力。加載點為結構500mm和1000mm高度處，采用套索牽引加載。(a) 豎向荷載工況(b) 水平荷載工況圖 2 加載示意圖5.1 加載方式模型加載采用靜加載的形式完成，豎向荷載工況采用質量為5.98kg的鐵質量塊施加，水平荷載則采用砝碼施加，如圖2所示。6.2 加載準備模型置于加載臺上，調試位置。5.2 加載過

7、程第一階段加載：于模型頂部擱置鐵質量塊。第二階段加載：不去除頂部鐵質量塊，（1）將兩根加載水平拉線一端綁扎于墻體500mm高度和1000mm高度處的套索上；（2）水平拉線穿過對應高度加載架的預留孔道；（3）在水平拉線的另一端綁扎上砝碼，其中1000mm標高處綁扎50g砝碼，500mm標高處綁扎20g和5g砝碼：（4）量測頂點位移為ui。第三階段加載：不去處頂部鐵質量塊，維持1000mm和500mm套索處懸掛的砝碼質量比仍未2：1，參賽選手僅有一次機會（可以不選擇挑戰(zhàn)）自由選擇砝碼總質量mi（不得低于150g）。5.3 評判標準第一階段加載過程中，模型結構發(fā)生整體垮塌或局部構件明顯破壞，則終止加

8、載。第二階段加載過程中，荷載持續(xù)時間10s，若模型結構發(fā)生整體傾覆、垮塌，則終止加載。第三階段加載過程中，荷載持續(xù)時間10s，若模型結構發(fā)生整體傾覆、垮塌，則終止加載。6評分項及評分標準6.1 模型評分項及分值模型評分項共五項，總分100分，其中包括：（1）計算書以及設計說明10分（2）結構選型與制作質量10分（3）現(xiàn)場表現(xiàn)5分（4）ui×Mi45分（5）Mi/mi30分6.2 評分標準6.2.1 計算書以及設計說明10分（1）計算內容的完整性、準確性6分（2）圖文表達的清晰性、規(guī)范性4分6.2.2 結構選型與制作質量10分（1）結構合理性與創(chuàng)新性5分（2）模型制作質量與美觀性5分6.2.3 現(xiàn)場表現(xiàn)5分（1）賽前陳述3分（2）現(xiàn)場答辯2分6.2.4 ui×Mi45分計算順利完成兩個工況的各參賽隊模型（i）的單位自重承載力ui×Mi，并對各參賽隊的ui×Mi，按從小到大的順序進行排序，假定有n個參賽隊完成比賽，則第j名的隊伍得分為19+26/(n-1)×(n-j)。6.2.5 Mi/mi30分若參賽隊伍不選擇第三階段加載，則該項得分為0分；若參賽隊伍選擇參加第三階段加載而其模型發(fā)生整體傾覆、垮塌，則該項得分為-10分；計算順利完成第三工況的各參賽隊模型（i）的Mi/