結(jié)構(gòu)模型大賽方案書(shū)模

1、建筑工程學(xué)院第二屆大學(xué)生結(jié)構(gòu)模型大賽本方案僅供參考，如有雷同，當(dāng)棄權(quán)處理建筑工程學(xué)院第二屆大學(xué)生結(jié)構(gòu)模型大賽U東石油化工常紛2012年建筑工程學(xué)院第二屆大學(xué)生結(jié)構(gòu)模型大賽模型名稱：駐大樓參賽隊(duì)伍：建工嘉年華小組成員：姚燦輝、肖嘉華、鄭鎮(zhèn)宜、劉戊烽、鄭浩茵日期：2012、03、303建筑工程學(xué)院第二屆大學(xué)生結(jié)構(gòu)模型大賽目錄一、摘要、隊(duì)員簡(jiǎn)介1一摘要1二隊(duì)員簡(jiǎn)介1三組員優(yōu)勢(shì)及部分分工2二、方案構(gòu)思2三、結(jié)構(gòu)選型3四、模型方案圖31、所卷紙張樣圖32、柱、梁、斜杠所需尺寸43、模型簡(jiǎn)化，線性上的視圖54、實(shí)體模型視圖65、節(jié)點(diǎn)詳圖76、試驗(yàn)?zāi)Ｐ蜆訄D7五、模型計(jì)算簡(jiǎn)圖8六、改良措施91 .新材料：半圓

2、柱型短柱92 .橫梁與立柱連接點(diǎn)加固103 .斜桿加大截面10七、加載制度10八、預(yù)算10建筑工程學(xué)院第二屆大學(xué)生結(jié)構(gòu)模型大賽-、摘要、隊(duì)員簡(jiǎn)介一摘要在建筑工程學(xué)院土木系教研組老師的帶領(lǐng)下，建筑工程學(xué)院分團(tuán)委舉辦了第二屆大學(xué)生結(jié)構(gòu)模型大賽，在這樣一個(gè)具有專業(yè)性的模型比賽中，對(duì)于我們土木學(xué)生來(lái)說(shuō)，這是一種鍛煉，更是一種理論向?qū)嵺`發(fā)展的橋梁，讓我們把所學(xué)的知識(shí)運(yùn)用到實(shí)際當(dāng)中。我們的團(tuán)隊(duì)，是跨學(xué)院組成的精英隊(duì)伍，團(tuán)隊(duì)一共有五人，根據(jù)各自的專業(yè)特點(diǎn)和能力優(yōu)勢(shì)，各有分工，運(yùn)用各自的所學(xué)知識(shí)與綜合能力探討出與眾不同的卷紙方法，使得我們的團(tuán)隊(duì)更加強(qiáng)大。我們團(tuán)隊(duì)采取的卷紙方法為半機(jī)械法。利用工具，通過(guò)手工結(jié)合

3、，讓紙卷的更密更實(shí)。前半部分，通過(guò)手工卷紙，后半部分，通過(guò)木板擠壓，重量壓縮，使紙張壓縮的更理想。通過(guò)初步測(cè)試，卷出的梁柱，使用剪刀、刀子較難剪短，需用鋸子才能進(jìn)行鋸斷處理，這也是我們團(tuán)隊(duì)的優(yōu)勢(shì)之一，同時(shí)還是一種機(jī)電專業(yè)知識(shí)與土木施工技巧的一點(diǎn)小融合。前期，我們按照組委會(huì)下發(fā)的比賽要求做出了規(guī)定的模型，并進(jìn)行加壓試驗(yàn)，最終竟然超過(guò)100kg的加壓荷載。壓壞后，我們對(duì)模型進(jìn)行了綜合分析，也請(qǐng)了很多個(gè)專業(yè)老師對(duì)我們進(jìn)行指導(dǎo)，經(jīng)討論后，對(duì)模型做出了進(jìn)一步的改造，為的是尋求一種更好的承載方案，期望能在最終的比賽中制作出承壓超過(guò)150kg的新模型。也希望能憑借我們已擁有的團(tuán)隊(duì)優(yōu)勢(shì)跟前期付出的努力，能在這

4、屆模型比賽中拿到理想的成績(jī)。二隊(duì)員簡(jiǎn)介隊(duì)長(zhǎng)：姚燦輝建工學(xué)院土木10-1隊(duì)員：肖嘉華建工學(xué)院土木09-1隊(duì)員：鄭浩茵化學(xué)學(xué)院食品10-1隊(duì)員：鄭鎮(zhèn)宜建工學(xué)院土木10-2隊(duì)員：劉戊烽機(jī)電學(xué)院機(jī)電10-2愛(ài)好特長(zhǎng)：羽毛球，籃球，交際 愛(ài)好特長(zhǎng)：唱歌、籃球，領(lǐng)導(dǎo)能力 愛(ài)好特長(zhǎng)：手工制作、美食、寵物 愛(ài)好特長(zhǎng)：羽毛球、電影、網(wǎng)絡(luò) 愛(ài)好特長(zhǎng)：游泳、籃球、電影三組員優(yōu)勢(shì)及部分分工姚燦輝，現(xiàn)參加“挑戰(zhàn)杯”進(jìn)入省級(jí)比賽，文字組織能力強(qiáng)，負(fù)責(zé)整個(gè)方案的撰寫(xiě)、編排。劉戊烽，曾參加紙橋設(shè)計(jì)大賽，所設(shè)計(jì)紙橋是當(dāng)時(shí)比賽中承重最大的，擁有與眾不同的卷紙方法，總負(fù)責(zé)卷紙方案。鄭鎮(zhèn)宜，對(duì)數(shù)字敏感，測(cè)量精確，動(dòng)手能力強(qiáng)，負(fù)責(zé)裁紙

5、，柱孔測(cè)量。肖嘉華，大三土木學(xué)生，有著豐富的理論知識(shí)，負(fù)責(zé)紙樓數(shù)據(jù)整改，通過(guò)軟件計(jì)算得出模型的各桿件內(nèi)力。鄭浩茵，食品專業(yè)學(xué)生，心思細(xì)膩，負(fù)責(zé)紙張黏合，柱孔的鉆取，紙樓美觀。二、方案構(gòu)思常見(jiàn)的建筑結(jié)構(gòu)有框架結(jié)構(gòu)、剪力墻結(jié)構(gòu)、框-剪結(jié)構(gòu)、桁架結(jié)構(gòu)等等，而這些結(jié)構(gòu)的產(chǎn)生與建立，只有一個(gè)目的，那就是讓建筑能有更好的安全性能。假設(shè)脫離了這個(gè)性能，一切的結(jié)構(gòu)都是虛談，因?yàn)閮?yōu)越的結(jié)構(gòu)就是為了更加的安全。所以我們的方案的產(chǎn)生，第一步就是考慮到安全。在安全中發(fā)展、改造，而不是追求奇異的造型，美麗的外表，軟趴趴的安全性能。三角形是最穩(wěn)定的；四邊形是可以繞點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)，使變形；五邊形受力桿與力有個(gè)夾角，使受力不均對(duì)于紙

6、桿來(lái)說(shuō)，只有在桿的方向與荷載同一個(gè)方向，這樣的紙桿才是最不容易局部受力彎曲。所以我們選擇以柱作為主力桿，用三角形進(jìn)行固定。這樣，在有承受最大荷載的情況下，讓模型穩(wěn)定，從而到達(dá)更好的安全性能?？紤]到重量問(wèn)題以及更大的承重，可把一部分桿件做成空心，在減小重量與材料的同時(shí)，讓桿件的作用不受影響；考慮到桿件的高細(xì)比問(wèn)題，為預(yù)防桿件失穩(wěn)破壞，我們把樓層一分為二，做成二層的紙樓，防止由于紙樓重心不穩(wěn)而傾斜倒塌；考慮到一點(diǎn)多結(jié)的問(wèn)題，我們需采用兩種或兩種以上不同的結(jié)點(diǎn)方式，防止一點(diǎn)破壞，以至于所有結(jié)點(diǎn)都破壞，最終倒塌。2建筑工程學(xué)院第二屆大學(xué)生結(jié)構(gòu)模型大賽三、結(jié)構(gòu)選型從穩(wěn)定性上考慮，三角形是最穩(wěn)定，也是方案

7、最先考慮的一種結(jié)構(gòu)。柱與梁構(gòu)成三角形的兩直角邊，那么三角形斜邊也就成了連接兩柱的斜桿，在固定了梁柱的同時(shí)，也固定了柱柱間的移動(dòng)問(wèn)題，所以斜桿是這次模型結(jié)構(gòu)的重點(diǎn)與亮點(diǎn)，雖說(shuō)作用不是最主要的，但卻是必不可少的。利用三角斜桿的穩(wěn)定性，模型上部進(jìn)行荷載加壓，下部可通過(guò)斜桿進(jìn)行力的傳遞，讓力均勻傳遞到四大柱上，再傳遞到地下，到達(dá)受力均勻，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。考慮到本次大賽使用的加壓方式為：頂層豎向加壓，所以模型結(jié)構(gòu)采用框架結(jié)構(gòu)為主，斜桿支撐為輔?？蚣芙Y(jié)構(gòu)中的立柱主要承受豎向荷載，橫桿則起到拉結(jié)豎桿的穩(wěn)定模型的作用，而斜桿支撐結(jié)構(gòu)則有兩個(gè)目的：1、對(duì)上方的加壓荷載進(jìn)行力的傳遞，讓四柱下部受力均勻，防止一柱受力過(guò)大

8、，發(fā)生傾斜倒塌。2、拉結(jié)柱一梁、柱一柱之間的連接，起穩(wěn)定作用。使其擁有足夠的側(cè)向剛度，控制柱子側(cè)向位移的發(fā)展，防止柱子與梁脫離，使模型塌落。結(jié)構(gòu)分為兩層，柱梁之間結(jié)點(diǎn)連接采用鉆孔模式連接。有些同學(xué)在不破壞柱子性能的情況下，使柱梁結(jié)成一體。斜桿連結(jié)于梁，在起到穩(wěn)定作用的同時(shí)，起到支撐梁的作用，幫柱子承受部分力，從而起到更好的承重作用。另外，通過(guò)前期試驗(yàn)，我們采納了一些老師的建議，將在兩根對(duì)角線的立柱上增加拉結(jié)桿，為了減少對(duì)立柱的破壞，此拉結(jié)桿我們選取了以紙帶的形式，這部分由于是后來(lái)加以補(bǔ)充的，因此，下面的模型方案與圖樣中沒(méi)有對(duì)其進(jìn)行展示。四、模型方案圖1、所卷紙張樣圖2、柱、梁、斜杠所需尺寸同一

9、柱子橫梁'J:E-4r1'JIII'赫i;i!型柱A面豎柱B面注：(1橫梁設(shè)計(jì)尺寸為250mm，但為方便施工，預(yù)留多至少40mm,用以進(jìn)行削尖插孔等；斜桿：從整體的受力分析對(duì)其進(jìn)行了特別設(shè)計(jì)，為使斜桿起到分擔(dān)受力的作用，并減少對(duì)立柱的破壞，將斜桿連接處設(shè)計(jì)在橫桿上，連接口采用缺口緊縮的方式，先浸膠后夾緊，使連接更為牢固，傳力效果更好；柱子所需鉆孔為前3左3,考慮兩孔的相互影響，前面3個(gè)孔采取平等，左側(cè)的孔則采取較前孔下沉20mm的方法，這里主要考驗(yàn)的是我們鉆孔施工過(guò)程的手工技巧，經(jīng)過(guò)試驗(yàn)，只要施工符合我們的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，孔洞的連結(jié)精確，孔洞的存在不僅沒(méi)有破壞立桿的各方面性能

10、，還能很好的將上部的壓力通過(guò)橫桿向斜桿、下方豎桿傳遞。3、模型簡(jiǎn)化，線性上的視圖：正視圖、側(cè)視圖、俯視圖，1-1剖視圖134、實(shí)體模型視圖：主視圖，左視圖，俯視圖左視圖俯視圖5、節(jié)點(diǎn)詳圖上下結(jié)點(diǎn)詳圖中間結(jié)點(diǎn)詳圖6、試驗(yàn)?zāi)Ｐ蜆訄D五、模型計(jì)算簡(jiǎn)圖根據(jù)試驗(yàn)?zāi)Ｐ椭谱鞯囊磺袑?shí)驗(yàn)，都是在理想狀態(tài)下，才可以進(jìn)行各種分析，假設(shè)，做出的柱、梁、斜桿三種桿件做工、大小完全相同，性質(zhì)也相同，有：1、每根柱所承受的作用力為承重的1/4。2、四棱柱四面做法相同，受力大小完全也相同，我們?nèi)∑湟幻孢M(jìn)行內(nèi)力分析。獲得結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖、剪力圖、以及正反兩面的彎矩圖。注：圖中數(shù)值正負(fù)號(hào)均按結(jié)構(gòu)力學(xué)中所取意義一致。圖中施加豎向力為100k

11、N50.0050 0025 在 00350 M430.1235O.W35000W.12350 0050W結(jié)構(gòu)的計(jì)算簡(jiǎn)圖剪力圖六、改良措施反面的彎矩圖在經(jīng)過(guò)受力分析以及模擬試驗(yàn)和對(duì)已破壞的模型進(jìn)行分析之后，需進(jìn)行加固改良的地方有：橫梁與豎桿的連接結(jié)點(diǎn)是最易破壞的地方，只要豎桿受力稍微不均，橫梁則極易被拉出；斜桿正中間最易出現(xiàn)壓曲、折斷破壞。具體改良方案有：1 .新材料：半圓柱型短柱：這是根據(jù)加固要求設(shè)計(jì)的新材料。采用與立柱相同的制作工序，制成每段長(zhǎng)80mm的空心圓柱，截面尺寸與立柱相同。卷紙完成后置于膠水中浸泡幾分鐘，待膠水晾干后，為減少自重，用鋸子將其對(duì)半切開(kāi)，分成兩部分使用。主要用在斜桿中間最易折斷處和立柱與橫梁的結(jié)點(diǎn)外側(cè)，可起到加大橫截面積、減小彎矩、預(yù)防斜桿壓曲和錨固橫梁等等的作用。2 .橫梁與立柱連接點(diǎn)加固：將橫梁端頭用膠水浸泡后再進(jìn)行削尖插孔，然后在每端伸出豎桿孔洞5mm處鋸斷，并在外部增加一個(gè)半圓柱型短柱作為螺帽，該處半圓柱型短柱的中部也采用挖孔方式與橫梁鑲嵌，使橫桿相當(dāng)于與貫穿豎桿的鐘釘，這種做法也直接起到了預(yù)防結(jié)構(gòu)整體變形的作用，而且可以有效的改善接口，防止橫桿被拉出；3 .斜桿加大截面：在斜桿正中的底部加一段半圓柱型短柱，通過(guò)膠水的粘結(jié)，可使得