第十届全国大学生结构设计竞赛赛题

1、第十届全国大学生结构设计竞赛赛题大跨度屋盖结构1 赛题背景随着国民经济的高速发展和综合国力的提高，我国大跨度结构的技术水平也得到了长足的进步， 正在赶超国际先进水平。改革开放以来， 大跨度结构的社会需求和工程应用逐年增加，在各种大型体育场馆、剧院、会议展览中心、机场候机楼、铁路旅客站及各类工业厂房等建筑中得到了广泛的应用。借北京成功举办20XX 奥运会、申办2022冬奥会等国家重大活动的契机，我国已经或即将建成一大批高标准、高规格的体育场馆、会议展览馆、机场航站楼等社会公共建筑，这给我国大跨度结构的进一步发展带来了良好的契机，同时也对我国大跨度结构技术水平提出了更高的要求。矚慫润厲钐瘗睞枥庑赖

2、。2 总体模型总体模型由承台板、支承结构、屋盖三部分组成（图-1）。图 -1模型三维透视示意简图2.1承台板承台板采用优质竹集成板材，标准尺寸1200mm 800mm ，厚度16mm，柱底平面轴网尺寸为 900mm 600mm ，板面刻设各限定尺寸的界限：聞創沟燴鐺險爱氇谴净。（ 1）内框线：平面净尺寸界限，850mm 550mm ；（ 2）中框线：柱底平面轴网（屋盖最小边界投影）尺寸，900mm 600mm；（ 3）外框线：屋盖最大边界投影尺寸，1050mm 750mm 。承台板板面标高定义为0.00。- 1 - / 10图-2承台板平面尺寸图2.2 支承结构仅允许在 4个柱位处设柱（图-2

3、中阴影区域），其余位置不得设柱。柱的任何部分（包括柱脚、肋等）必须在平面净尺寸（ 850mm 550mm ）之外，且满足空间检测要求。 （即要求柱设置于四角 175mm 125mm 范围内。） 残骛楼諍锩瀨濟溆塹籟。柱顶标高不超过+0.425（允许误差 +5mm ），柱轴线间范围内+0.300标高以下不能设置支撑，柱脚与承台板的连接采用胶水粘结。酽锕极額閉镇桧猪訣锥。2.3屋盖结构屋盖结构的具体形式不限，屋盖结构的总高度不大于 125mm （允许误差 +5mm ），即其最低处标高不得低于 0.300m，最高处标高不超过 0.425m（允许误差 +5mm ）。 彈贸摄尔霁毙攬砖卤庑。平面净尺寸范

4、围（850mm 550mm）内屋盖净空不低于300mm，屋盖结构覆盖面积（水平投影面积）不小于900600mm，也不大于 1050750mm ，见图 -3。不需制作屋面。謀荞抟箧飆鐸怼类蒋薔。屋盖结构覆盖面积（水平投影面积）不小于900600mm，也不大于1050750mm。但不限定屋盖平面尺寸是矩形，也不限定边界是直线。厦礴恳蹒骈時盡继價骚。屋盖结构中心点（轴网900600mm 的中心）为挠度测量点。2.4 剖面尺寸要求模型高度方向的尺寸以承台板面标高为基准，尺寸详见图-4、 5。- 2 - / 10图 -3屋盖结构尺寸图图-4结构剖面图 A图 -5结构剖面图 B3 模型材料及制作工具- 3

5、 - / 103.1 竹材竹材规格及数量如表-1所示，竹材参考力学指标如表-2所示。表-1竹材规格及用量竹材规格竹材名称数量1250mm430mm0.50mm本色侧压双层复压竹皮4 张竹皮1250mm430mm0.35mm本色侧压双层复压竹皮4 张1250mm430mm0.20mm本色侧压单层复压竹皮4 张900mm6mm 1mm40根900mm2mm 2mm40根竹条900mm3mm 3mm40根900mm6mm 3mm40根注：竹条实际长度为 930mm。表-2竹材参考力学指标密度顺纹抗拉强度抗压强度弹性模量0.789g/cm3150MPa65MPa10GPa3.2 粘结胶水502 胶水

6、12 瓶（规格30 克 / 瓶）。3.3 制作工具（ 1）每队配置工具美工刀（ 3把），3.0m卷尺（ 1把），1m钢尺（ 1把），1.2m丁字尺（ 1把），45cm三角板（ 1套），16cm弯头带齿镊子（ 1把），砂纸（ 6张，粗砂、细砂各3张）， 5件套锉刀（ 1套）、剪刀（ 2把）、棉手套（ 3副）、签字笔（ 3支）、 HB 铅笔（ 2支）、透明胶带（1卷）、 6吋模型剪钳（ 2把）、切割垫块（ 1块）、工具收纳筐（1个）。 茕桢广鳓鯡选块网羈泪。（ 2）公用工具裁纸刀 A3 （ 10台）、空间木星模型检测块（4个）。图 -6测试附件3.4 测试附件测试附件为 1001000.8mm 的

7、铝片，重17.5g，用于挠度测试。如图-6。重量不计入模型重量。 鹅娅尽損鹌惨歷茏鴛賴。铝片中心刻有直径 10mm 及直径 50mm 的圆痕。3.5 屋面材料屋面材料采用柔软的塑胶网格垫，厚度约3mm。尺寸为 1.5:1 的矩形，四周切为弧形，- 4 - / 10具体尺寸： 长约 108cm，宽约 72cm，切弧半径为 175mm ，以满足重量 1kg 为准（误差 0.5g），中间位置开直径 80mm 的圆孔（挠度测试之需） ，详见图 -7。 籟丛妈羥为贍偾蛏练淨。图 -7屋面材料3.6 加载材料加载材料采用软质塑胶运动地板（图-8， 9），尺寸 950mm 650mm，四周切为弧形，中央开直

8、径80mm 的圆孔（挠度测试之需）。預頌圣鉉儐歲龈讶骅籴。加载材料厚度约2.4mm。单块重量2kg ，误差控制在1g 以内，大于2kg 的部分通过均匀开小孔（孔径10mm）的方式减去，小于2kg 的粘贴小块材料补足。渗釤呛俨匀谔鱉调硯錦。图 -8加载材料尺寸图- 5 - / 10图 -9加载材料尺寸图4 模型制作要求4.1 模型的承台板由竞赛主办方统一提供，板长边中点处标注承台板自重（精确到1g）。各参赛队不得对其进行任何致重量改变的操作，如打磨、挖空，削皮，洒水等，否则视为违规，取消比赛资格。铙誅卧泻噦圣骋贶頂廡。4.2 模型的其余部分由参赛队制作。模型结构的所有杆件、节点及连接部件均采用给

9、定材料与粘结胶水手工制作完成。擁締凤袜备訊顎轮烂蔷。4.3测试附件粘贴要求（ 1）测试附件（铝片） 粘贴于屋盖结构中心处（见图 -35 ），且铝片中心区域 （直径 50mm）表面应平行于承台板面。屋面材料铺设后，必须能与铝片接触。贓熱俣阃歲匱阊邺镓騷。（ 2）铝片必须直接牢固粘贴在与屋面网垫接触的杆件上，第一阶段加载过程中出现脱落、倾斜而导致的位移计读数异常，各参赛队自行负责。坛摶乡囂忏蒌鍥铃氈淚。（ 3）若中心区域无杆件，则需由参赛队自行增加杆件连接，增加的杆件计入模型重量。4.4模型提交时应组装为整体，即将承台板、支承结构和屋盖结构用胶水装配成整体。4.5模型制作时间为 14小时。模型应在

10、规定的制作时间内组装为整体，此后不能再有任何实质性的操作。4.6比赛中提供的制作台尺寸 1220 2440mm，台面高度 720750mm 。5 模型净空检测及称重5.1模型净空间检测用标准净空模块（ 850mm长 550mm 宽 300mm 高）沿纵向及横向穿越模型内部，如不能通过，则视为模型不合格。 蜡變黲癟報伥铉锚鈰赘。5.2 屋盖平面尺寸及高度检测用激光水平仪和卷尺检测屋盖平面尺寸及高度，满足下列要求之一者视为不合格。- 6 - / 10（ 1）屋盖平面尺寸最大处超过允许值（1050、 750）+10mm （每侧 +5mm ）；（ 2）屋盖平面尺寸最小处超过允许值（900、 600）

11、-10mm（每侧 -5mm ）；（ 3）屋盖厚度超过允许值（ 125mm ） +5mm 。5.3模型称重模型整体称重后，减去承台板及测试附件（铝片）的重量，即为参赛模型的重量Mi 。6模型加载及评判6.1 加载方式模型加载采用静加载的形式完成，所加荷载为屋面全跨均布荷载，荷重用软质塑胶运动地板模拟。6.2 加载准备（ 1）模型置于加载台上，调试位置。使位移计激光投射于铝片中心直径为10mm 的圆痕区域内，完成定位。（ 2）调整激光位移计高度。使激光位移计底面至铝片中心的垂直距离为10025mm 范围内。（ 3）布置摄像头。模型净空范围内设置摄像头，观测受力过程中结构的变形。6.2 加载过程先铺

12、屋面材料，作为预加载，然后位移计读数清零。模型加载分为两个阶段：6.2.1 第一阶段：标准加载14kg （七张胶垫）（ 1）先加第一级， 6kg（三张胶垫逐张加载） ，完成后持荷 20秒，测试并记录测试点挠度值。（ 2）再加第二级， 8kg（四张胶垫逐张加载） ，完成后持荷 20秒，测试并记录测试点挠度值。第一阶段加载时的允许挠度为w=4.0mm 。6.2.2 第二阶段：最大加载第二阶段的最大加载量由各参赛队根据自身模型情况自行确定，可报两个级别 （定义为第三级和第四级） ，并应在加载前上报。荷载级别为胶垫的数量（即2kg 的倍数）。 買鲷鴯譖昙膚遙闫撷凄。（ 1）先加第三级，按上报加载量一次

13、完成加载，持荷20秒，如结构破坏，终止加载，且本级加载量不计入成绩；如结构不破坏，继续加载。綾镝鯛駕櫬鹕踪韦辚糴。（ 2）再加第四级，按上报加载量一次完成加载，持荷20秒，加载结束。如结构破坏，本级加载量不计入成绩；如结构不破坏，本级加载量计入成绩；驅踬髏彦浃绥譎饴憂锦。第二阶段加载时不进行挠度测试。- 7 - / 106.2.3 加载过程由参赛队队员完成。6.2.4 自预加载开始， 至加载结束， 时间控制在 6分钟以内。（第四级加载后的持荷时间不计入6分钟内）6.3评判标准6.3.1 第一阶段加载过程中，出现以下情况，则终止加载。本级加载及以后级别加载成绩为零（即第二级加载出现此情况，加载项

14、成绩算第一级加载成功的成绩）；猫虿驢绘燈鮒诛髅貺庑。（ 1）模型结构发生整体倾覆、垮塌；（ 2）屋面杆件脱落；（ 3）挠度超过允许挠度限值 w 的 1.10倍。6.3.2 第二阶段（ 1）加载过程中，若模型结构发生整体倾覆、垮塌，则终止加载，本级加载及以后级别加载成绩为零 （即第三级加载出现此情况，加载项成绩算第二级加载成功的成绩）；锹籁饗迳琐筆襖鸥娅薔。（ 2）加载过程中，若模型结构未发生整体倾覆、垮塌，但有局部杆件的破坏、脱落或过大变形，则可继续加载。6.3.3 每队加载成绩由各级加载成功时，计算所得荷重比分数和刚度分数组成。7 评分项及评分标准7.1 模型评分项及分值模型评分项共五项，总

15、分100分，其中包括：（ 1）计算书以及设计说明 10分（ 2）结构选型与制作质量 10分（ 3）现场表现 5分（ 4）模型承载力 60分（ 5）模型刚度 15分7.2 评分标准7.2.1 计算书以及设计说明 10分（ 1）计算内容的完整性、准确性 6分（ 2）图文表达的清晰性、规范性 4分7.2.2 结构选型与制作质量 10分（ 1）结构合理性与创新性 5分（ 2）模型制作质量与美观性 5分- 8 - / 107.2.3 现场表现 5分（ 1）赛前陈述 3分（ 2）现场答辩 2分7.2.4 模型承载力 60分（第一阶段加载，35分；第二阶段加载，25分）（ 1）计算各参赛队模型（ i）的单位

16、自重承载力 m1i 、 m2i 按式（ a）计算：m1iN1，m2iN 2i（ a）M iM iN1 第一阶段加载成功时的加载荷重（包括屋面重量）；若两级加载均成功，承载力为两级加载块重量和屋面材料重量之和，即N1=15kg ；若仅第一级加载成功，承载力为第一级加载块重量和屋面材料重量之和，即N1=7kg 。構氽頑黉碩饨荠龈话骛。N2i 第二阶段加载时，本队模型的加载荷重，单位：kg；Mi 本队模型的自重；单位：g。（ 2）模型承载力得分 Ci 按式（ b）计算：Cm1i35m2i25（ b）im1, maxm2, maxm1,max 第一阶段加载时，所有参赛队模型中单位自重承载力的最大值； m2,max 第二阶段加载时，所有参赛队模型中单位自重承载力的最大值。7.2.5 模型刚度 15分（仅第一阶段加载）按以下方式计算模型刚度得分Ki（ a）当 wi w时K iwi15（ c1）w（ b）当 w wi 1.10w时K