2013年西安建筑科技大学第九届结构设计大赛赛题20131127.doc

赛题名称：体育场悬挑屋盖结构1、 竞赛模型竞赛模型为体育场看台上部悬挑屋盖结构，采用白卡纸材料制作，具体结构形式不限。模型包括下部看台、过渡木板和上部挑篷结构三部分。其中前两部分通过白乳胶连接，由组委会提供；悬挑结构由参赛选手设计制作，并通过白乳胶与过渡木板连接。图1给出一示意性结构形式。 图1 示意性悬挑屋盖结构2、 模型要求2.1 下部看台及过渡木板看台底面尺寸650mm800mm（800mm为悬挑方向），高340mm，剖面呈梯形，顶部宽200mm（如图2所示）。看台顶部设有过渡木板，厚20mm，平面尺寸200mm650mm。2.2 悬挑结构悬挑结构包括支承骨架和围护材料两部分。支承骨架由白卡纸（由组委会统一提供）制成，形式不限。围护材料采用彩色卡纸(选手自己购买，颜色不限，但必须是卡纸，不得使用类似塑料的材料，否则取消比赛资格)，各队自行裁剪粘贴。悬挑结构的底面积不得超过120mm550mm，要求围护材料在外观上必须全部覆盖悬挑上部及背部区域；即从悬挑结构上方和后方看，围护材料不得出现空隙（见图3）。围护材料可探出支承骨架边缘，但其最大探出长度不得大于20mm。 图2 看台平面图及剖面图 图3 悬挑结构示意为保证竞赛的公平性、合理性和可操作性，对悬挑结构几何尺寸做如下限定：1）在距悬挑前缘60mm区域内（图4中的A点附近），必须保证屋面平坦，且采用双层卡纸粘合在一起制作，不得有明显的倾斜和弯曲，以便竞赛过程中的加载与测量；2）悬挑结构上弦前缘（即图4中的A点）高度为650mm，长度为800mm，在挑篷结构的下方（即图4中B点以下以右区域）不得出现任何构件；3）屋面前缘最低点不得低于后缘的最高点，相当于图4中的A点高度不低于C点。 图4 尺寸限值（图中括号内数字为相对于O点的坐标）说明：(1) A点和C点均代表围护材料（即彩色卡纸）上的点，因此如果要将围护结构粘在骨架结构的下弦，就必须保证骨架结构下弦的标高为650mm。此外,当围护结构粘在骨架结构的下弦时，应避免在位移测量点处布置骨架结构，以免影响测量精度。再有，围护材料的水平投影必须覆盖整个看台区域，即800550mm的区域；同理，挑篷背部围护材料的竖向投影宽度也应为550mm.(2) 为了避免将围护材料用于结构构件，要求在围护材料边缘处的探出长度不得大于20mm，否则应通过设置檩条等方式予以加强。关于围护材料边缘处的檩条设置方式，图(a)是允许的，而图(b)则视为违规。此外，在围护材料内部也应利用骨架结构或檩条形成有效支承。为此，要求在围护材料内部的最大支承距离（按任意方向两对边距离计算）不得大于200mm。 图(a) 正确的檩条设置方式 图(b) 错误的檩条设置方式3、 加荷方式采用在悬挑屋盖上加竖向静载和风荷载的方式考核各队模型的刚度和承载力。3.1 荷载施加1）在距悬挑屋盖前缘50mm处缓慢施加一重物加载条，测量屋盖前端在重物荷载作用下的竖向位移（见图5），记为d1。重物加载条为钢质，截面10mm20mm，长600mm，重约1.0kg，在屋面上沿垂直悬挑方向放置，测量完毕后取下。2）在悬挑屋盖前1m处设置一鼓风机，进行两档风速加载，每档风速加载3分钟。第一档为9m/s，第二档为12m/s。测量并记录9m/s风速下屋盖前端的位移时程（见图6），根据3.2节的数据处理方法得到得到结构的风振极值响应，记为d2。3）进行12m/s风速加载，考察模型的极限承载能力，模型出现损坏即停止加载。注：模型损坏的标志为模型任何构件（包括覆面材料）或连接发生明显破损。 图5 屋盖前缘加载位置和测量位置俯视图 图6 模型及鼓风机位置示意图3.2 位移测量 采用接触式测量方式，共一个位移测量点，位置如图5所示。在进行动态数据处理时，首先剔除加载初期（前5s）的非平稳段，然后对测点时程记录中的前3个最大动位移（绝对值最大）取平均，作为该测点的风振极值响应，记为d2。综合静载和风荷载两种情况，确定模型的综合位移D=0.5(d1+d2)。该值将作为考量结构刚度的依据。注：以上计算中的位移均取绝对值；12m/s风速下仅考察结构极限承载力，不记录结构位移。4. 模型制作材料及鼓风机4.1 模型制作材料及工具竞赛期间，承办方为各队提供如下材料及工具用于模型制作。 白卡纸：230克白卡纸用于制作结构模型。白卡纸厚度为 0.3mm，抗拉强度约为22.2N/mm2，抗压强度约为7.0N/mm2，一层白卡纸弹性模量约为57MPa，二层白卡纸弹性模量约为150MPa，三层白卡纸弹性模量约为250MPa。每队领取白卡纸4张。 胶水：白乳胶一桶 (注：用作覆面材料的彩色卡纸选手自己购买，颜色不限，但必须是卡纸，不得使用类似塑料的材料，否则取消比赛资格。)4.2 鼓风机本届大赛所用鼓风机的相关参数如下表：名称新型节能低噪声轴流风机型号SF7-4厂家上海金蓝机电设备成套有限公司功率3kW转速1400n/min风量2500m3/h风速23m/s全压力340Pa5. 模型安装、加载及测试步骤5.1赛前准备A. 各组按照组委会制定的参赛顺序准备好自己的模型（粘合在过渡木板上），进行称重，作为考核模型重量的依据。B. 将参赛模型与下部看台通过螺栓连接固定，等待入场。C. 得到入场指令后，迅速将固定在看台上的模型拿进场内，准备进行加载。D. 以上过程由各队自行完成，赛会人员负责监督、标定测量仪器和记录。如在此过程中出现模型损坏，则视为丧失比赛资格。5.2 加载及测试步骤A. 参赛队代表进行1分钟陈述，之后评委提问1分钟。B将重物加载条缓慢放在屋盖上指定位置处，等待15秒结构变形稳定后，根据位移计上的示数记录位移值（精度0.1mm）。C. 取下重物加载条，重新标定位移计，然后启动风机连续施加两档风载，并通过位移计进行实时记录。D. 如在以上过程中出现模型损坏，则视为比赛失败。6. 评分标准6.1 结构评分按基本分100分和附加分10分计算，其中包括：A. 计算书 10% （共10分）B. 结构选型与制作质量 10% （共10分）C. 现场表现 5% （共 5 分）D. 结构重量 50% （共50分）E. 结构刚度 25% （共25分）F. 附加分（在12m/s风速下加载3分钟，保持完好的模型） 10分6.2 评分细则：A. 计算书（10分）a计算内容的完整性 共6分b图文表达的清晰性、规范性 共4分注：计算书要求包含：结构选型、结构建模及主要计算参数、受荷分析、节点构造、模型加工图（含材料表）。B结构选型与制作质量（共10分）a结构合理性与创新性 共6分b模型制作美观性 共4分C现场表现（共5分）a赛前陈述 共3分b赛中答辩 共2分D结构重量（共50分）在所有成功完成竞赛的模型中，质量最轻者得50分，最重者得10分，其余队模型的重量分数S1按下式计算： 式中：Mmin为重量最轻者的质量，单位g；Mmax为重量最重者的质量；M1为所考察模型的质量。本项所得分数保留小数点后两位。E结构刚度（共25分）在所有成功完成竞赛的模型中，综合位移最小者得25分，最大者得5分，其余