结构设计大赛计算书

1、竹子公寓第五届全国大学生结构设计大赛（校内）第五参赛组2011/9/21学号 电话 竹子公寓 （第五组作品） （四川大学）一 结构选型 由于本次竞赛结构需承受地震作用，而框筒结构具有很好的减震效能的效果，并且加强了结构整体性，这在当今高层建筑结构体系中应用广泛。考虑到本次竞赛加载评分中模型质量对结构得分很有影响，因此在保证结构稳定，满足承载要求的前提下，尽可能的节省材料给便显得尤为重要。处于此考虑，我们摒弃了耗费材料的剪力墙结构，拟先采用通俗的框结构模拟指导。二 概念设计 考虑到此次比赛用材料为竹皮，存在竖向纹理，材料各向异性。且厚度最后只有0.5mm，因此无论圆柱或者方形柱均需耗费较大的胶水

2、，并存在施工难度大的问题，因此我们想到柱子采用4-角钢的形式。很好的利用材料的纹理，提高了柱子的竖向承载力。本次比赛需在楼层上加上铁块，因此核心筒的设计需要尽量减少对板面积的影响，考虑连接的方便，以及结构整体的协调，采用核心柱，与角柱对应，加强整体结构性的同时，使得结构外观更加协调。结构截面形式如下图： 初步选型 就常规的框筒结构而言，其结构的设计的基本出发点在于柱、梁以及斜撑的连接组合设计与核心筒设计，因此针对设计要求对结构进行预设，并模拟优化显得十分必要，我们经讨论准备先从梁柱的设计和斜撑的布置着手，对下面的方案利用midas进行模拟分析，对比优化后得出最后方案。设计方案一：通过对本次荷载

3、的初步估算，估计柱子的宽度先采用25mm*25mm的角钢柱，核心筒为圆形直径为20mm，壁厚5mm，柱子从基础顶面至地面为竖直，柱，核心筒均整体施工，以加强整体性，对抗震有利。考虑到铁块加载以及顶部水箱，楼层高度设计为渐变式，从底层至上为280mm，250mm,240mm,230mm。由于采用了角钢型柱子，梁柱的连接就大为方便，更简洁结实，因此采用材料较省，惯性矩较大很承受较大弯矩的T型梁，这样梁柱对接只需天然夹紧，涂以502速干胶便可。斜撑采用Z字型，能加强柱与柱之间的连贯性。通过midas模拟结构得出，核心筒的受力较小，柱子的承载能力能够很好的满足设计要求，存在材料的较大浪费，且圆形核心筒

4、过大的占用了楼层面积，对铁块的布置影响很大。Z型斜撑虽在受力上较好，但不能很好的控制层间位移，导致结构位移过大，模型刚度不够，对抗震很不利。在此基础上，对一号方案的柱及核心筒大小做出改进，并对斜撑的模式进一步改进。设计方案二：在整体施工柱与核心筒的基础上，将柱子改成23mm*23mm的4-角钢柱，核心筒也采用20mm*20mm的同类型柱，这样对板的占用问题得到了很好的解决。斜撑采用V型结构，对抗震效能很有效果，并且能控制好楼层位移。经模拟计算发现，此结构的受力良好，材料均得到有效利用，层间位移也在可控范围之内。在经反复模拟修改后确定斜撑以及边梁的数据，以达到合理利用材料的效果。 模型一 模型二

5、 模型三（定型作品）三 计算设计 梁设计：采用T型梁，梁由上部宽度为20mm，厚度为1.5mm，腹板高度为10mm，厚度为1.5.mm施工是采用三片竹片粘合而成，便于施工，更省材料。 柱设计：采用4-角钢柱，考虑到粘胶厚度，厚度为1.5mm,23mm*23mm。考虑到柱子的扭矩，会适当加入些竹节结构。 核心柱设计： 采用与柱协调统一的4-角钢型柱，尺寸有所变化为20mm*20mm，厚度为1.5mm。 斜撑设计：与柱协调连接性好的4-角钢型。尺寸为15mm*15mm，厚度为1.5mm 四 CAD施工图1.单线几何尺寸图 正立面图 背立面图 2平面布置图楼板平面图 3立面构件图及截面图整体正立面构

6、件布置图 整体背立面构件布置图 4 节点构造大样图5 铁块分布详图五 效果图 透视图 俯视图六 材料表 材料性能表竹材厚度弹性模量（MPa）阻尼比抗拉强度（MPa）容重（）0.5mm100000.01609.824e-0060.35mm100000.01609.210e-0060.2mm100000.01608.934e-006材料耗用表名称数量备注0.5mm厚竹皮30.35mm厚竹皮10.2mm厚竹皮1502胶水9七 手算计算书1、 结构基本性质严格依据第五届全国大学生结构设计大赛要求而创作，本结构形式独特，极具创新，四层框架结构，内设核心柱，各构件采用十字形截面，充分利用竹材复合板的性能，

7、设计合理，别具风格！模型每层放置12个小铁块，共计79.38N. 其顶部水箱放水约15cm，加上水箱自重，总计24.5N.抗震计算时，模型按层质量分别近似集中在28cm、52cm、76cm、100cm处。2、 荷载计算其中：荷载代表值= 1.2× 荷载标准值3、 梁、柱线刚度计算G1G2G3G4G5（水箱）G荷载标准值80.618581.128581.12851.748524.5269.1240荷载代表值96.742297.354297.35422.098229.4322.9488（1） 、梁线刚度计算L&H()Ib&Ic(4)Eb&Ec(Mpa)边跨梁190

8、637.24431×104中跨梁134.25首层24层669.3607核心柱260240边柱2602401305.4940边跨梁Kb1=EbIb/l=（1×104×637.2443）/(190)=33.5392 N·m中跨梁Kb2= EbIb/l柱 Kc=EcIc/h边跨梁(N·m)中跨梁(N·m)kb33.539247.4316（2） 、柱线刚度计算首层柱(N·m)其他层柱(N·m)边柱核心柱边柱核心柱kc50.211325.744654.395527.8900（3） 、柱侧移刚度D计算其他层柱DK=Kb/2Kc

9、=K/(2+K)D=12Kc/h2(N/m)中柱（1根）3.40130.62973658.9356边柱（4根）0.61660.23562669.9125首层柱DKD（N/m）中柱（1根）3.68480.73613364.0118柱（4根）0.66800.43783902.2200首层D=3364.0118+4×3902.2200=189729N/m2-4层D=3658.9356+4×2669.9125=143386 N/m4、 框架自震周期计算层次楼层重力荷载Gi/N楼层剪力Vi/N楼间侧移刚度Di/N/mm层间侧移i/mm楼间侧移i/4+水箱31.4982341.4982

10、14338.62.196743.9828397.3542128.852414338.68.986441.7841297.3542226.206614338.615.776132.7977196.7422322.948818972.917.021617.0216顶点位移法计算特征周期：T1=1.7×0.6×0.04398081/2=0.2139s取max=kBmax=2.5由时程曲线得Tg=0.3s由底部剪力法可得FEK=Geg=0.25×0.853×2.9488=68.6266N5、 多遇水平地震作用标准值和位移计算层次Gi/NHi/mmGiHi/N&#

11、183;mGiHi/N·mFi/NVi/N/ D N/mc /mm529.42577.55879.94246.486319.458942.09822400.50360.43236.91861433860.4825397.354224023.36520.057726.97631433861.8814297.354224023.36520.057747.63401433863.3221196.742228025.15321.592668.62661897293.6171层间位移计算： 首层c/h=3.6171/280=13/1000二层c/h=3.3221/240=14/1000层间位移

12、均满足在150/50/h区间中6、 框架地震内力计算柱层h/mmVi/ND/N/mD/N/mD/DVik/NKy0/mmM下/N·mmM上/N·mm边柱42406.918614338.62669.91250.18601.28690.61660.35108.1000200.7564324026.976314338.62669.91250.18605.01760.61660.4481.6896722.5344224047.634014338.62669.91250.18608.85990.61660.51063.18801063.188128068.626618972.93902.22000.205714.11650.66800.72569.20001101.087中柱42406.918614338.63658.93560.255211.76563.40130.45190.6848233.0592324026.976314338.63658.