结构设计竞赛设计说明书.doc

西南交通大学峨眉校区第八届建筑与结构设计竞赛作品设计说明书目录1、 方案构思及结构选型22、 材料性能33、 结构设计54、 制作工艺65、 特色处理71、 方案构思仔细阅读完竞赛细则，我们从模型设计的要求、模型制作材料的性能、 加载形式和制作方便程度等方面出发，进行构思设计。 确定设计竖向荷载 35kg、水平冲击荷载 3kg，考虑到压杆长细比限制、 拉杆的抗撕裂能力、拉片的受拉性能、制作模具等因素，竖向荷载较容易满足， 但对于水平冲击荷载，杆件需要较大的刚度，要有很好的抗折效果。（1） 本结构主要构思是想利用四根柱子的轴力来抵抗荷载的作用和地震 作用。 （2） 设计的总原则是：尽可能的利用细杆来提高柱子的承载力，并利用木材的抗压性能，及木片的抗拉性能来抵抗荷载的作用。结构选型按设计要求，在楼面承受荷载情况下外加较大的水平冲击荷载，所以必须考虑动荷载的作用，因此，我们选择了正面为长方形，俯面为正方形的框架结构，并且在第二层节点处采用刚性连接，使结构具有较好的整体性，以便承受较大的水平冲击荷载。同时考虑到在静荷载中结构的不稳定性。（图 1）对此我们将在冲击面的两根主柱两侧加呈 25 度的支撑，一方面可以加强结构两侧的 稳定性，一方面可以抵抗一部分水平冲击荷载带来的影响。 再者对于预加载中出现最多的问题，加载时，第一层的受拉杆件挠度过大，我们在新的结构里加强了杆件的强度和节点的刚性处理。结构如图（二）所示。（图 2）2、 材料性能 （1）桐木杆桐木片作为模型材料，其力学性能特点分别是木杆受压拉性能良好，抗撕裂能力差，抗压稳定性差；木片受拉性能良好，抗撕裂能力差，抗压稳定性差。将木片切成方块并用502粘结后，可承受一定的压力，但受高厚度的限制。木杆多为压杆失稳状态的受力破坏，需增加刚度，减小侧向挠度。502的粘接性能：木杆对接时强度约降低 50，木杆侧接时，强度较高， 认为与原材强度相同；木片均采用侧向粘接，可认为抗拉强度不变。表1.木杆顺纹向力学指标拉伸弹性模量拉伸极限压缩弹性模量压缩极限2800Mpa2850Mpa100Mpa20Mpa备注：受压计算时需考虑木杆长细比影响。 木片受拉性能参考木杆受拉性能。 木杆顺纹贴合受压性能降低不大。（2）将木片粘合成空心杆，可承受一定的压力，但受长细比的限制相同质量的纸杆，越短承载力越大，因此，模型中压杆应尽可能短，而且尽量不受弯矩作用。 （3）将受弯木杆受拉一侧用502粘合上一块木片，可大大提高木杆抗弯性能，减小其挠度。图（三）图（四）3、结构尺寸在确定这个格构尺尺寸的设计时，我们考虑了结构的稳定性、耗材及自重，经过多次修改和Midas分析软件的粗略计算，我们最终确定了结构的尺寸。桁架结构中，各种杆件的尺寸和用量如下表。表2.结构各层材料数量尺寸层数材料第一层第二层第三层第四层立柱2*340mm*9mm*9mm2*210mm*9mm*9mm4*180mm*7mm*7mm4*180mm*6mm*6mm4*200mm*6mm*6mm横撑6*195mm*6mm*6mm4*195mm*6mm*6mm4*195mm*6mm*6mm4*195mm*6mm*6mm侧面拉条2*345mm*6mm*1mm2*290mm*6mm*1mm8*290*6mm*1mm8*290*6mm*1mm8*290*6mm*1mm楼面拉条4*100mm*8mm*1mm4*100mm*8mm*1mm斜撑2*185mm*6mm*6mm2*235*6mm*6mm2*280mm*6mm*6mm2*65mm*6mm*6mm12*100mm*6mm*6mm4*115mm*6mm*6mm图（五）4、制作工艺4.1 木片因这种结构的受力特点的需要，我们对不同部位所用的木片用量及处理都会有些不同。比如侧面拉条，其受力虽小，却不能没有，量又大，我们就把该木条撕开，取其中较好的一部分做成斜拉条，还因不同部位受力大小和方式的不同所用的宽度也有区别。4.2 杆件方形杆件作为模型的基础元件，其制作过程是一个重要的步骤。我们先用铅笔在木条上画出杆件的尺寸，然后用小刀和丁字尺认真切割下来。然后在不同的用杆上做上标记。我们用502将宽度为 7mm 的拉条粘合在受弯杆件的受拉侧，以增强其抗弯性能，减小其挠度。4.3 节点斜撑、横撑与立柱的连接，是整个结构相对来说较弱的部位，拉条的拉起会导致其在局部受折比较厉害，而且横撑和立柱接触面的剪力也很大，小木片在上胶后贴于横撑与立柱连接处，横撑上的力从小木片上顺利传递至立柱最终传至底部，也为了保持结构整体的稳定性，在连接点处必须要进行有效的加固，确保其能安