建筑结构模型设计说明书.docx

此文档收集于网络，如有侵权，请联系网站删除建筑结构模型设计大赛建筑工程技术1206班 张田庆 陈昱 宁泽珍 周朝林 刘思琼1. 设计说明书对于设计一个高层建筑，特别是超高层建筑，我们很自然地会想到金字塔形的建筑结构，其结构简单，外形美观。1.1方案构思 一切构思的起点是比赛的规则，我们仔细阅读了策划书。我们尝试过核心筒的形式，尝试过巨型架，也分别进行尝试加载分析，虽然成功了，但没有创意。所以我们决定大胆的创新，想出了“A”型框架结构。建筑的外形由下到上先收后保持竖直，动态的构思与优美的曲线打破了传统意义上面的纯直线造型，呈现给人们耳目一新烦人感受。 在整体形象给人强烈的视觉冲击和震撼的同时，理性技术的表现也很完美：大尺度的“A”形梁柱具有极强的艺术感染力和技术神秘感，清晰的体现了力与美的结合。 整体建筑外观通透，纯净，内外空间自由流通融合，创造了人舒适的建筑环境。1.2 结构选型 我们查找相关资料知道，在所有的细长结构中，金字塔型建筑最为最轻最稳定，本设计从金字塔型建筑出发，充分利用了三角形的稳定性。考虑到比赛的时候结构是先受到竖向的荷载和侧向荷载，其中以侧向荷载为主要控制荷载，模型结构选择了框架和柱简支撑构成框架支撑体系，由框架结构主要承受竖向荷载，支撑体系来承受侧向荷载，保证结构有足够的侧向刚度，以控制其侧向位移在规定限制内。最初我们选择的是下图(图1)所示的结构，虽然经过分析，此结构具有很好的传力体系，以及很好的外观效果，但我们在模型制作过程中发现，此结构无法避免两个柱交叉以后侧面不在一个平面的事实，如果受力过大，结构将受到很大的扭转；并且结构的节点和杆件太多，这样对于结构自重过大。综合以上各种因数我们放弃了此结构模型，选择了第二个结构(如图1-1)。图11.3结构高层布局 本结构高1.1m，本部设置9层，地下设置一层。层高从下到上分别为0.1,0.1,0.125,0.125,0.125,0.12,0.12,0.12,0.1。技术的发展始终以人为本。我们的设计本着人性化的宗旨来考虑和实施。结构设计中对人的基本生理要求（通风，采光等）给予了足够的考虑， 2方案图 2.1 结构整体布置图（尺寸详见图1-2）正立面图 侧立面图图1-1结构整体布置图3结构计算书 包括结构的强度和刚度计算，完全采用SAP2000进行定义荷载工况，通过理论计算来更加准确的说明我们的结构合理性，从以下几个方面进行说明3.1结构计算模型正立面图 侧立面图图1-2 计算模型3.2 杆件编号 为了便于应用SAP2000软件对结构进行分析计算和数据分析，我们对结构的杆件进行了编号。各杆件的具体位置如（图1-3）所示。图1-3节点编号如(图1-4)所示图1-43.3结构计算假定和各个物理参数3.3.1 计算假定（1）楼板不参与受力计算，基础挡土墙板仅作为安全储备而用不参与计算。（2）综合考虑蒙皮效应。（3）梁，柱和支撑的连接点，由于采取了加强措施，所以应该视为刚性连接。（4）本结构要受侧向荷载的作用，故计算时候梁和柱以及支撑均采用空间截面是圆柱型单元（5）计算时所有的荷载均等效为作用在节点上面的集中荷载。（6）因为下部不能移动，但是可以有一定的转角，因此支座可以视为铰接。3.3.2 杆件截面尺寸（1）柱 采用圆柱形，截面外半径为12.5mm，内半径是7.5mm（2）梁 采用圆柱形，截面外半径为10mm， 内半径是7mm（3）支撑 采用圆柱形，截面外半径为10mm， 内半径是7mm3.3.3纸的力学性能纸是一种常见的材料，我们在网上查找到纸的相关性质，得到了表格1-1，表格2-2所示，由于纸弹性模量数据离散型性较大，于是我们取平均值作为弹性模量的标准值。弹性模量（单位： Mpa） 表1-1 纸的层数弹性模量平均值111381459211493159341956材料的极限应力 表1-2 名称类型层厚(mm)/股数拉应力(N/)/N压应力（N/)230克白卡纸0.322.27.0蜡线260003.4各种静荷载工况下结构的强度和刚度计算 3.4.1 结构计算简化 假设竖向荷载平均作用在顶部的9个节点上面，平均每一个节点大小是9N，同时将水平荷载平均作用在结构顶部的侧面两个节点上面。3.4.2 结构强度计算3.4.2.1杆件内力用SAP2000软件计算出各种荷载工况作用下结构杆件的轴力，如表1-3和轴力图如下所示。各种荷载工况下杆件的轴力（N） 表1-3 杆件编号荷载工况80N竖向荷载+50N水平荷载80N竖向荷载+70N水平荷载80N竖向荷载+80N水平荷载100020.067770.095050.113-0.01533-0.02148-0.024554-1.14-1.13-1.125-12.68-17.75-20.286-12.97-18.1-20.667-98.39-127.39-162.68888.34101.22146.06913.8124.1829.3610-37.9-48.22-53.38杆件编号荷载工况80N竖向荷载+50N水平荷载80N竖向荷载+70N水平荷载80N竖向荷载+80N水平荷载11000120.044180.061490.07014130.037730.05450.06289140.781.091.24151.081.431.616-2.04-2.48-2.7117-0.05652-0.07777-0.08839180.490.680.7819-0.17-0.28-0.3320-35.2-44.42-49.03210 002200023-0.04301-0.06059-0.06939杆件编号荷载工况80N竖向荷载+50N水平荷载80N竖向荷载+70N水平荷载80N竖向荷载+80N水平荷载24-0.0504-0.06873-0.077925-0.74-1.06-1.2226-0.73-1.14-1.34270.063210.460.66280.044490.063040.0723129-0.43-0.61-0.69300.40.610.713111.0420.2424.8532-99.25-128.02-159.313389.04102.03147.393400035-0.11-0.16-0.18360.045150.063440.0725837-1.28-1.33-1.3538-13.24-18.54-21.1939-12.92-18.03-20.58400004100042-0.87-0.95-0.9943-1.73-1.72-1.7144-0.33-0.18-0.11 图1-4 图1-5 图1-6（1）工况1: 80竖向荷载+50N水平荷载 从表1-3和图1-4可以看出最大拉力是8号和33号杆件，其拉力大小分别是88.34N和89.04N。而最大轴力是7号和32号杆件，其大小分别是98.39N和99.25N。均小于纸和线的极限应力，故是安全的。（2）工况2: 80竖向荷载+70N水平荷载从表1-3和图1-5可以看出最大拉力是8号和33号杆件，其拉力大小分别是101.22N和102.03N。而最大轴力是7号和32号杆件，其大小分别是127.39N和128.02N。均小于纸和线的极限应力，故是安全的。（3）工况3: 80竖向荷载+80N水平荷载从表1-3和图1-6可以看出最大拉力是8号和33号杆件，其拉力大小分别是146.06N和147.39N。而最大轴力是7号和32号杆件，其大小分别是162.68N和159.31N。均小于纸和线的极限应力，故是安全的。由表1-3和所有的轴力图易分析得出，模型的横梁和支撑受力都很小，柱受力较大，因最大处在柱的下部，因此要加强柱子下部。3.4.3 结构刚度计算我们分析得到模型在水平方向位移是主要的控制位移，图1-7，图1-8，图1-9和表1-4。各种荷载工况下节点的位移（mm） 表1-4 节点号数荷载工况80N竖向荷载+50N水平荷载80N竖向荷载+70N水平荷载80N竖向荷载+80N水平荷载23.054.284.936.3910.813.07419.3323.0827.96527.4238.4443.95625.6429.9833.25 图1-7 图1-8 图1-9由以上分析位移我们知道最大的侧向位移是43.95mm，完全可能倾倒，但是在弹性模量以及节点处理和粘接的过程中，包括在杆件中加入蜡线过程中，我们进行了预制。所以位移有一定的安全范围，故在超出较小的范围里能够稳住，结构还是安全的， 3.5 冲击荷载下结构的强度 3.5.1 等效的计算由于SAP2000软件的局限性，不能够指定冲击荷载工况，所以我们必须将冲击荷载转化为静荷载。我们在图书馆查找相关结构动力学书籍以后，知道冲击荷载的放大系数范围在1.72.0，为保守起见，所以我们取得放大系数是，如当冲击荷载是40N的时候就是等效于80N的侧向静荷载。即： 因此，40N的冲击荷载等效于是80N的侧向静荷载，于是杆件的轴力大小和位移数据与前面（80N竖向荷载+80N水平荷载）一样，所以我们知道40N的