第六届全国大学生结构设计竞赛计算书-山东大学

第六届全国大学生结构设计竞赛作品名： xxxx参加学校：山东大学参加运动员： xx (土木工程)xx (土木工程)xx (土木工程)指导老师： xx2012年10月理论分析计算书目前言32设计说明41方案构想42结构选型53结构特征6三设计方案81方案基本假设82模型结构图93主要部件材料表104结构设计计算121有限元模型制作122静力分析123动力分析144结构计算总结175装载能力估计17五结语186参考资料19简介吊脚楼是中国西南地区的古老建筑，最原始的原型是干支式民居。 在人类记忆模糊的原始时代，有巢氏制作的吊床作为最古老的民居登上了历史舞台。建筑是人类智慧的结晶，凝固的音乐，艺术的开花。 当然，结构是建筑的基本。 重庆地区受地形特征的影响，泥石流、滑坡等地质灾害发生频率较高，悬索楼结构设计成为重点。第六届全国大学生高校结构设计竞赛具有非常现实的意义，是一次具有挑战性的科技竞赛。 它旨在通过所学知识的综合运用和团队精神，提高学生的才能和思维能力，激发创新意识，培养科学思维，加强团队合作，提高才能，提高大学生的责任，更好地考虑建设的结构。这次比赛确实给我们建立了理论和实际的平台，把理论知识应用到实际问题的解决上，为社会问题提出了建议。 通过这次比赛，我们不仅锻炼了自己的思维能力，加深了对理论知识的理解，还与来自全国各地的学子交流了对建筑结构的认识。 这是我们学海生活中难忘的一笔。2设计说明本次结构设计竞赛的主题是中国传统山地民居的吊床建筑抵御泥石流、滑坡等地质灾害。 根据主题的要求和实际情况进行了简化和仿真，可以得到基本模型： 4层吊脚楼层的框架结构模型能承受一定的垂直静载荷和水平冲击载荷，垂直载荷由附加的重锤钢板实现，水平冲击载荷用质量球模拟泥石流和滑坡，撞击吊脚楼层模型的楼面用于模型制作的材料有三种规格的底色侧压双层(单层)复盖竹皮和502胶粘剂。 通过对结构受力和变形特征的合理分析，根据经济适用原则，我们只设计了“绿色空间”的立足点模型，作为四层框架结构。一方案构想结构应考虑承受较大的垂直荷载和水平冲击荷载，利用梁的抗弯性能和柱的轴向力承受垂直荷载。 水平冲击载荷对整个模型有很高的要求，要求模型具有足够的稳定性，在质球冲击下不能获得霸权的同时，一楼大厦的梁和柱需要很高的强度和刚性，保证构件不被破坏。 在这种情况下，需要加强一个吊脚层，保证能够抵抗冲击力，同时减少结构整体的刚性，使结构受到冲击时能够以一定的小振幅振动，从而达到能量消耗的目的。 鉴于以上情况，我们的基本设计思路如下：1.1框架结构具有轻量、高强度的特点，同时制作容易，结构比较稳定，因此我们的设计模型考虑采用抗侧力框架结构。1.2建模时，各层采用不同的加固方式，用吊脚层加固，保证稳定性，在两三层适度降低整体结构刚度，特别是模型受到冲击时，两层以上的一定振动可以起到消耗能量的作用。1.3模型的建立按照“强节点弱构件、强柱弱梁”的原则进行，尽可能小地利用多个构件设置合理的构造来抵抗负荷，单纯地以单一构件的强度来抵抗负荷。2结构选型2.1柱的结构选型：考虑到比赛问题的要求和实际情况下结构受力性能的不同、结构性能和制作技术，选取了截面四边形的中空柱，截面形状规律、制作比较容易，同时中空柱材料主要分布在周围，柱有较大的惯性距离，抗弯性能良好。2.2梁的结构选型：在梁的构造形式中，考虑到箱型、t型、工字型、l型等与一个梁的碰撞方向一致，因此需要充分的压坏性能，因此选择箱型梁的形式。 二、三层仅受轻微垂直载荷，对梁的要求不高，我们选择小截面箱形梁，在满足使用要求的前提下尽量节约材料，降低模型的自重，经济实惠，箱形梁具有良好的抗扭性能。 最上层需要很多垂直负荷，它需要更高性能的梁，在选择大截面箱型梁的同时，在内部加入一定数量的横小片，进一步提高柱的刚性。2.3股的结构选型：二、三层吊带的设置提高了结构的整体刚度，通过实验确定了吊带的位置、尺寸和数量，显着改善了模型的性能。3结构特征整体结构采用框架结构，外观简洁，强度高，整体稳定性好，除此之外，我们的模型具有以下特点。3.1节点处理在梁柱节点处，使梁稍长，切端向外侧稍弯，具有较大的粘结面积，保证节点强度，操作简单。 并且，在不同节点中，根据不同节点受到的能力的情况，有微小差别，实现最高的接收性能。3.2梁的制作我们设计的模型所有梁所采用的箱型梁，由于箱型梁与其他形式的梁相比，在抗弯性、抗扭性等方面具有优势，因此对不同部位的梁采用不同大小的截面和不同的截面形状，以矩形和正方形为主。 由此既能保证负荷能力，又节约材料，减轻自重。一层碰撞方向的梁在结构受到碰撞力时受到较大轴向力，因此采用8*10mm、厚度1.1mm的箱型梁。 二、三层梁不太需要承受静载，约25N，因此采用小截面梁即可，实验证明5*8mm、厚0.35mm的箱梁完全满足要求。 最上层梁承受大部分静载，梁有较高的要求，采用8*10mm、厚度1.1mm的箱型梁，内部放入小片提高刚性。3.3柱脚处理根据模型受力的特征，模型受力水平的冲击力很大。 对整个模型进行受力分析发现柱脚的力很大。 采用图像三角形构造，另一方面，可以扩大柱与底板的接触面积，有更大的粘接面积。 另一方面，改变接触部的受力特性，防止柱脚部的部件破坏(采用简单的粘接和延长连接，柱和底板的粘接部产生较大的剪切力，容易破坏)。3.4牛腿模型的顶梁承受较大的负荷，为了更有效地将作用于顶梁的负荷传递给柱子，在顶梁和4根柱子之间利用牛腿结构。 牛腿充分加大了柱与梁的接触面积，使结构具有更好的耐力。三设计方案1方案基本假设(1)竹条材质连续均匀；(2)柱与梁之间的节点用刚性节点计算，底座为固定底座。 载荷时的垂直静载荷作为均匀的布载荷作用于整个地面，并传递到副梁、主梁和柱(假设轴心受到压迫)。(3)构件计算采用空间刚架结构计算模式。2模型结构图2.1视图：2.2立体图3主要材料表3.1材料用尺度名字截面尺寸(mm )长度(mm )数量(根)所需的主要材料类型柱子992毫米40.55mm毫米竹皮二、三层主梁截面210毫米80.35mm毫米竹皮顶级梁截面210毫米40.55mm毫米竹皮吊足层斜撑360毫米20.55mm毫米竹皮画杠子320mm160.35mm毫米竹皮牛腿80.35mm毫米竹皮4结构设计计算1有限元模型建立对该吊架结构进行结构内力分析时采用空间刚架结构进行了计算。 该结构多次超静定结构，手过于复杂，无法得到正确的结果，因此采用SAP2000进行了分析。 本结构的制作材料为竹材，节点用粘结剂粘结，其作用在刚结与铰链之间，刚结作用强，计算采用刚结是合理的。 必须根据竞赛规则进行两部分受力分析，首先是垂直荷载下的静力分析，然后是水平冲击荷载下的动力分析。建立的有限元模型如下：双静力分析2.1分析假设(1)安装在脚手架结构安装底板上。 底板用螺栓固定，根据其约束情况，在结构分析模型中，4根柱和2根斜柱的柱底节点约束为理想刚性约束。(2)所有结构构件在弹性范围内工作，即不考虑结构材料的非线性的计算。在静负荷下对轴进行静负荷的力矩图软件分析表明，柱的最大轴力位于一层悬挂楼层，与一层碰撞方向一致的两根梁承受前碰撞板和后固定板的压力，因此具有较大的轴力，需要较大的强度。下图为静力负荷下结构的变形图三动力分析动载下轴在动载下试图剪切动载荷下的弯曲角图一阶碰撞模型的上部位移二次碰撞模型的上部位移三级碰撞模型的顶部位移动力载荷变形图4结构计算总结1、本结构主要是利用四个柱的轴向力抵抗载荷的作用2、本结构利用箱型筛柱提高承载力，利用木材的拉伸性能和压坏性能抵抗负荷。3、分析结论表明，我们选择正四边形作为主体形状，力量均匀，负荷方便。4、根据梁的静负荷和动负荷，我们在不同的楼层选择不同的梁，用吊带连接梁和梁之间。5、主梁与副梁、柱与支柱之间相交时，节点通过端伸展木棒粘结，用粘结剂加固，非粘结面光滑，大幅度提高斜梁的稳定性和强度，有利于其馀部分的粘结。5载荷能力估计层数(下层除外)第二层第三层第四层重锤钢板(公斤)2.52.50铁块的质量(公斤)0040预计承载能力总额(千克)45布局图(平面图)重锤钢板重锤钢板铁块配置区域五结语大学四年级是我们人生中最宝贵的时段，我们要不断进取，开拓创新，给我们青春增添美好的回忆。 解决实际的社会问题是人生的终极目标，人生的最大意义也体现在这里。第六届全国结构设计竞赛正是为我们提供了一个展示自我与交流创新的平台。 通过比赛的主题，加强了我们对社会问题的责任，有意识地理解了社会问题。 在参加比赛的过程中，困难和失败接二连三地接二连三地遭受着我们的苦难，但我们并没有因此而放弃或停滞。 在团队成员的互相鼓励和指导老师们的指导下，我们不断改进自己的模型，减轻重量，优化结构，最终我们的模型慢慢站起来。 每次的改善就是进步，每次的进步就是成功，汗水不是浪费，支付一定会有回报！ 通过这次比赛，我们培养了自己团队的合作精神、创新精神、敬业精神和奉献精神，以