東南大學(xué)第十七屆結(jié)構(gòu)創(chuàng)新競賽暨南京高校邀請賽

“東南大學(xué)第十七屆結(jié)構(gòu)創(chuàng)新競賽暨第七屆南京高校邀請賽”加載組A競賽題目及細(xì)則一、基本競賽規(guī)則本次加載組競賽所施加荷載為利用大型振動臺模擬的實際水平地震作用。參加加載組競賽的每一個隊伍需要設(shè)計并制作一個房屋模型，用以承受附加鐵塊載重，并抵抗振動臺所產(chǎn)生的人工地震作用。在正式加載時，參賽模型將被分批置放于振動臺上，并施加若干級不同大小的地震作用。 地震作用將先由小地震開始， 逐級加大，最大的地震加速度將到達(dá) 1600gal(1600cm/s2)。地震加載如右圖所示。所有參賽隊伍的模型自身質(zhì)量 (MM)、承載鐵塊的加權(quán)重量(We)，與測試后之模型能承受的最大地震力大小 (I)(詳見模型破壞準(zhǔn)則 )，都將被記錄下來，用以計算每個參與隊伍模型的效率比

(efficiency ratio，具體計算方法見賽題第四、五部分

)。

圖1

加載示意圖依據(jù)模型的結(jié)構(gòu)造型與體系、率比結(jié)果三個方面進(jìn)行綜合評分

模型制作工藝和加載效(具體評分細(xì)則見賽題第七部分

)，依據(jù)綜合評分排序決出加載組競賽獲獎隊伍。二、模型材料木材：用于制作結(jié)構(gòu)構(gòu)件。尺寸：長度1000mm，截面有50mm×1mm、50mm×2mm、42mm×2mm、6mm×6mm；性能參考值：順紋彈性模量 1.0×10MPa，順紋抗拉強(qiáng)度 30MPa。502膠水：用于構(gòu)件之間的連接、模型與底板的連接。熱熔膠：用于鐵塊的固定。(4)模型固定底板：厚度約6mm的木板，長與寬分別為29cm與29cm。底板上除組委會預(yù)設(shè)的孔洞外，嚴(yán)禁參賽隊伍另行鉆孔。三、模型要求3.1幾何尺寸要求基本結(jié)構(gòu):模型必須至少包括一個房屋的基本骨架，可采用框架結(jié)構(gòu)體系或外框架-內(nèi)核心筒結(jié)構(gòu)體系 。全部模型只能采用競賽提供的材料制作。模型大小：模型總高度不得超過75cm。總高度為底板頂面至模型頂面的垂直距離。模型底面尺寸不得超過22cm×22cm的正方形平面，即整個模型（包含所有柱腳細(xì)部構(gòu)造）需放置于該22cm×22cm正方形平面范圍內(nèi)，模型底面外輪廓與底板邊緣應(yīng)有足夠的距離以保證底板能順利安裝于振動臺上。樓面數(shù)：模型必須至少具有4個樓面。底板視為模型第一樓層的樓面。底板以上的各樓面范圍須通過設(shè)置于邊緣的梁予以明確定義。模型頂部平面亦被視為一個樓面。樓層面積：樓層面積是指樓面各承重分區(qū)最外圍的梁構(gòu)件所包絡(luò)的平面面積。模型總樓層面積必須在750cm2至1800cm2的范圍之內(nèi)(不含底板所在的樓面面積)。每個樓層面積不得小于100cm2。(5)樓層凈高：模型底部的樓層凈高應(yīng)不小于18cm，上部的樓層凈高應(yīng)不小于15cm。樓層凈高是指對于相鄰的兩個樓面，下部樓面主要橫向構(gòu)件頂部與上部樓面主要橫向構(gòu)件底部之間的最小距離。對于底部樓層，若底板上設(shè)置有地梁，則樓層凈高需自地梁頂部開始測算；若無地梁，則從底板頂面開始測算。柱腳加勁肋、隅撐及其他外立面構(gòu)件不影響計算樓層凈高。使用功能要求：樓層應(yīng)具有足夠的承載剛度，各層空間應(yīng)滿足一定的使用功能要求。在模型內(nèi)部，相鄰的上、下兩個樓面之間不能設(shè)置任何橫向及空間斜向構(gòu)件 。圖2(a)~(c)給出幾組示例，便于選手對本條規(guī)則的理解。另外，模型底層所有方向的外立面底部正中必須保留能夠設(shè)置一個14cm×12cm(高×寬)的門洞的空間。內(nèi)部核心筒要求（本條僅對采用外框架-內(nèi)核心筒結(jié)構(gòu)體系的模型適用）：內(nèi)部核心筒的具體組建形式不限，但應(yīng)同時滿足下列要求：①沿高度方向須貫穿整個模型；②沿高度方向各處的包絡(luò)平面面積均相等；③其水平投影面積應(yīng)至少能包含一個 5cm×5cm的區(qū)域；④在復(fù)核本節(jié)第(4)條的模型樓層面積要求時，核心筒在各層的包絡(luò)平面面積不計入該層的樓層面積；⑤不允許在核心筒內(nèi)放置鐵塊。（a）橫向構(gòu)件（違規(guī)） （b）空間斜向構(gòu)件（ 違規(guī)） （c）外立面構(gòu)件（ 不違規(guī)）圖2構(gòu)件布置示例3.2附加鐵塊安裝要求(1)利用熱熔膠將附加鐵塊固定在模型 除底板以外的各層樓面結(jié)構(gòu)上（若采用外框架 -內(nèi)核心筒結(jié)構(gòu)體系，則 不允許在核心筒內(nèi)部放置鐵塊 ），可設(shè)置固定鐵塊的輔助裝置，但 輔助裝置和鐵塊不能超出樓面范圍且不能直接跟柱、核心筒接觸 。(2)組委會提供的鐵塊為統(tǒng)一規(guī)格，長、寬、高分別為 6.0cm、4.5cm與3.2cm，質(zhì)量統(tǒng)一按675g計算(由于加工精度，實際尺寸存在 1mm以內(nèi)誤差，實際質(zhì)量存在 5g以內(nèi)誤差)。除了底板之外，模型的每個樓面至少需放置兩塊鐵塊。模型總鐵塊數(shù)至少 12塊，至多 40塊。各隊在正式提交模型時，同時需要提交明確的鐵塊布置方案。四、模型加載本次競賽采用振動臺 單方向模擬地震作用加載。 模型的抗側(cè)體系應(yīng)在方案說明書中闡述清楚。加載時模型的放置方向根據(jù)所發(fā)放的底板標(biāo)識 (A或B)通過抽簽挑邊確定。4.1輸入地震波振動臺輸入地震波采用ElCentro_NS波，該地震波是1940年5月18日美國ImperialValley地震（7.1級）時在ElCentro臺站記錄的N-S向加速度時程數(shù)據(jù)，其原始記錄全部波形長54秒，各數(shù)據(jù)點的時間間隔為0.02s，加速度峰值大小為341.7gal。圖3所示為該地震波的波形圖。400300200)100lag(0度速0102030405060加-100-200-300-400時間(s)圖3 ElCentro_NS地震波波形(原始記錄)4.2荷載施加方式競賽加載將分八次進(jìn)行， 逐級加大振動強(qiáng)度。 通過比例調(diào)整的方法將原始記錄數(shù)據(jù)的加速度峰值分別調(diào)整為 200gal、400gal、600gal、800gal、1000gal、1200gal、1400gal、1600gal，分別作為各次加載的輸入振動。 另外，對于不同級別的加載， 分別采用不同的相對于原始記錄的時間相似比 （即對地震波各數(shù)據(jù)點的時間間隔進(jìn)行一定的壓縮） ，以全面檢驗?zāi)Ｐ驮诓煌瑥?qiáng)度和頻譜成分地震波作用下的承載能力。 各級加載的時間相似比和實際總加載時間如表所示，各級地震波的具體加速度數(shù)據(jù)參見附件。表1各級加載的時間相似比和實際總加載時間加載等級數(shù)據(jù)點時間相似比實際加載總時間時間間隔（相對于原始記錄）200gal、400gal、600gal0.016s0.8：143秒800gal、1000gal、1200gal0.012s0.6：132秒1400gal、1600gal0.01s0.5：127秒4.3模型失效評判準(zhǔn)則在進(jìn)行加載時， 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，將上一個加載級別視為該模型實際所能通過的最高加載級別， 并作為模型效率比計算的依據(jù) （參見第五部分說明）。模型整體或其中任何一個樓層發(fā)生坍塌的現(xiàn)象；任意一塊鐵塊移出其原來所在樓面；超過半數(shù)的柱腳脫離底板原來位置；現(xiàn)場裁判組所一致認(rèn)定為屬結(jié)構(gòu)破壞的其它行為。五、模型效率比的計算規(guī)則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

的計算結(jié)果進(jìn)行評分。效率比

Ei的計算如式

(1)所示：Ei=IWe(1)100MM其中各項指標(biāo)的意義與計算如下：We為該模型的等效負(fù)載總質(zhì)量，以kg計量，由不同樓層的鐵塊總質(zhì)量分別考慮不同的質(zhì)量加權(quán)系數(shù)之后累加得到。對于放置在2樓、3樓、4樓、5樓的鐵塊，其質(zhì)量加權(quán)系數(shù)分別為1.0、2.0、3.0、4.0。MM為該模型結(jié)構(gòu)本身的質(zhì)量(不含底板)，以g計量。I為該模型所能通過的最高地震加載級別的峰值加速度，以gal計量。計算范例：在此以一個例子來說明。若某參賽模型本身質(zhì)量(不含底板)的質(zhì)量MM為300g，該模型只設(shè)置了4個樓層（包含底板樓層），在第2、3、4樓層分別放置了5、10、15塊鐵塊。模型通過了600gal級別的地震加載，但在緊接下來800gal級別的加載中由于有鐵塊飛出模型而被判失效，則該模型參與計算的I為600gal，其加載環(huán)節(jié)的效率比Ei為：e600[0.675(51.0102.0153.0)]0.945Ei=IW100300100MM六、模型現(xiàn)場安裝、加載注意事項所有參賽模型將分批安裝在振動臺上進(jìn)行加載， 每批若干個。在進(jìn)行每批模型的地震加載之前，組委會將會安排時間讓該批參賽隊伍將自己的模型固定于振動臺上以及安裝鐵塊于模型上：組委會將給每隊提供若干螺栓，供隊員將模型底板固定于振動臺上。底板與振動臺必須連接可靠，保證在加載時底板與振動臺能夠同步振動。組委會將提供熱熔膠，供隊員將鐵塊安裝于模型上。每個參賽隊伍自行選出兩名隊員，負(fù)責(zé)模型的安裝工作。為保證全部比賽的有序進(jìn)行，底板固定與鐵塊安裝的額定時間共20分鐘（暫定為該時間限值。如有改動，組委會將提前發(fā)布通知）。若在規(guī)定時間內(nèi)無法完成模型安裝，則取下已安裝鐵塊，判定成績無效，由工作人員記錄在案。模型具體安裝位置和底板放置方向通過抽簽確定。在模型安裝時，各隊隊員須注意人身安全，且須避免碰撞到其他隊伍的模型。若模型在安裝過程中出現(xiàn)損壞，則喪失加載資格，由工作人員記錄在案。鐵塊安裝必須與事先所提交的布置方案一致。模型安裝完畢后，由工作人員進(jìn)行復(fù)核。嚴(yán)格禁止在安裝時對模型進(jìn)行任何形式的結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)！違反此條規(guī)則的隊伍直接取消模型加載資格?。?）參賽隊伍如果在事先通知的加載時間未到場，則取消加載資格。七、評分細(xì)則每個參賽模型的最終總得分由以下三項組成：A.結(jié)構(gòu)選型（滿分 10分）按模型結(jié)構(gòu)的構(gòu)思、造型和結(jié)構(gòu)體系的合理性、實用性和創(chuàng)新性評分。注：若有采用隔震、減震、懸掛等較新穎的結(jié)構(gòu)體系方案的，經(jīng)裁判組合議，該模型此項得分的滿分限值可以增至

20分。B.模型制作工藝（滿分 10分）按模型結(jié)構(gòu)美觀性、構(gòu)件與節(jié)點制作精細(xì)性等評分。C.加載表現(xiàn)評分（滿分

80分）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

Ei

(參見第五部分說明)獲得的加載表現(xiàn)分

K的計算公式如式

(3)：K=

EiEmax

80

(