第十屆全國大學生結構設計競賽賽題

1、全國大學生結構設計競賽委員會2016天津tianjin unlvtr&ky第十屆全國大學生結構設計競賽賽題大跨度屋蓋結構1賽題背景隨著國民經(jīng)濟的高速發(fā)展和綜合國力的提高， 我國大跨度結構的技術水平也 得到了長足的進步，正在趕超國際先進水平。改革開放以來，大跨度結構的社會需求和工程應用逐年增加，在各種大型體育場館、劇院、會議展覽中心、機場候 機樓、鐵路旅客站及各類工業(yè)廠房等建筑中得到了廣泛的應用。借北京成功舉辦2008奧運會、中辦2022冬奧會等國家重大活動的契機，我國已經(jīng)或即將建成一大 批高標準、高規(guī)格的體育場館、會議展覽館、機場航站樓等社會公共建筑，這給 我國大跨度結構的進一步發(fā)展帶

2、來了良好的契機，同時也對我國大跨度結構技術水平提出了更高的要求。2總體模型總體模型由承臺板、支承結構、屋蓋三部分組成（圖 -1）加載區(qū)域圖-1模型三維透視示意簡圖2.1 承臺板承臺板采用優(yōu)質(zhì)竹集成板材，標準尺寸1200mm>800mm,厚度16mm,柱底平面軸網(wǎng)尺寸為900mm>600mm,板面刻設各限定尺寸的界限：（1）內(nèi)框線：平面凈尺寸界限，850mrk 550mm；（2）中框線：柱底平面軸網(wǎng)（屋蓋最小邊界投影）尺寸，900mm>600mm；（3）外框線：屋蓋最大邊界投影尺寸，1050mm >750mm。承臺板板面標高定義為土 0.00。圖-2承臺板平面尺寸圖2.2

3、 支承結構僅允許在4個柱位處設柱（圖-2中陰影區(qū)域），其余位置不得設柱。柱的任 何部分（包括柱腳、肋等）必須在平面凈尺寸（850mmx 550mm）之外，且滿足 空間檢測要求。（即要求柱設置于四角175mm 125mm范圍內(nèi)。）柱頂標高不超過+0.425 （允許誤差+5mm）,柱軸線間范圍內(nèi)+0.300標高以 下不能設置支撐，柱腳與承臺板的連接采用膠水粘結。2.3 屋蓋結構屋蓋結構的具體形式不限，屋蓋結構的總高度不大于125mm （允許誤差+5mm）,即其最低處標高不得低于0.300m,最高處標高不超過0.425m （允許誤 差+5mm）。平面凈尺寸范圍（850mmx 550mm）內(nèi)屋蓋凈空不

4、低于300mm,屋蓋結構 覆蓋面積（水平投影面積）不小于900x600mm,也不大于1050x750mm,見圖-3。 不需制作屋面。屋蓋結 構覆蓋面積（水平投 影面積）不小于900>600mm,也不大于 1050x750mm。但不限定屋蓋平面尺寸是矩形，也不限定邊界是直線。屋蓋結構中心點（軸網(wǎng)900>600mm的中心）為撓度測量點。-3 -全國大學生結構設計競賽委員會2016天津tianjin unlv«-r&lty2.4 剖面尺寸要求-4、撓度汨量點；屋蓋投影最小邊界900x6002圖-3屋蓋結構尺寸圖1150 k_1 ,!_2國靛投影最.大邊界 1050x75

5、045d撓度測量點屋蓋站構的最大尺寸if*宏也比壬lltftyfr me圖-4結構剖面圖a模型高度方向的尺寸以承臺板面標高為基準，尺寸詳見圖-# -全國大學生結構設計競賽委員會2016天津thnjinunlwrsjtjf過工 n。 . 3ou撓度ii量點屋蓋結構的最大尺寸ml60ciriouj（a）b'圖-5結構剖面圖b3模型材料及制作工具3.1 竹材竹材規(guī)格及數(shù)量如表-1所示，竹材參考力學指標如表-2所示表-1竹材規(guī)格及用量竹材規(guī)格竹材名稱數(shù)量竹皮1250mmx 430mmx 0.50mm本色側壓雙層復壓竹皮4張1250mmx 430mmx 0.35mm本色側壓雙層復壓竹皮4張125

6、0mmx 430mmx 0.20mm本色側壓單層復壓竹皮4張竹條900mmx 6mm< 1mm40根900mmx 2mm< 2mm40根900mmx 3mm< 3mm40根900mmx 6mm< 3mm40根注：竹條實際長度為 930mm。表-2竹材參考力學指標密度順紋抗拉強度抗壓強度彈性模量30.789g/cm150mpa65mpa10gpa3.2 粘結膠水502膠水12瓶（規(guī)格30克/瓶）圖-6測試附件3.3 制作工具（1）每隊配置工具美工刀（3把），3.0m卷尺（1把），1m鋼尺（1 把），1.2m丁字尺（1把），45cm三角板（1套），16cm彎頭帶齒銀子（1把

7、）， 砂紙（6張，粗砂、細砂各3張），5件套錘刀（1套）、剪刀（2把）、棉手套（3 副）、簽字筆（3支）、hb鉛筆（2支）、透明膠帶（1卷）、6時模型剪鉗（2 把）、切割墊塊（1塊）、工具收納筐（1個）。（2）公用工具裁紙刀a3 （10臺）、空間木星模型檢測塊（4個）。3.4 測試附件測試附件為100m00m.8mm的鋁片，重17.5g,用于撓度測試。如圖-6。重 量不計入模型重量。鋁片中心刻有直徑10mm及直徑50mm的圓痕。3.5 屋面材料屋面材料采用柔軟的塑膠網(wǎng)格墊，厚度約 3mm。尺寸為1.5:1的矩形，四周 切為弧形，具體尺寸：長約108cm,寬約72cm,切弧半徑為175mm,以滿

8、足重 量1kg為準（誤差0.5g）,中間位置開直徑80mm的圓孔（撓度測試之需），詳 見圖-7。圖-7屋面材料3.6 加載材料加載材料采用軟質(zhì)塑膠運動地板（圖-8, 9）,尺寸950mrk 650mm,四周 切為弧形，中央開直徑80mm的圓孔（撓度測試之需）。加載材料厚度約2.4mm。單塊重量2kg,誤差控制在1g以內(nèi)，大于2kg的 部分通過均勻開小孔（孔徑10mm）的方式減去，小于2kg的粘貼小塊材料補足。圖-8加載材料尺寸圖圖-9加載材料尺寸圖4模型制作要求4.1 模型的承臺板由競賽主辦方統(tǒng)一提供，板長邊中點處標注承臺板自重（精確 至mg）。各參賽隊不得對其進行任何致重量改變的操作，如打磨

9、、挖空，削 皮，灑水等，否則視為違規(guī)，取消比賽資格。4.2 模型的其余部分由參賽隊制作。模型結構的所有桿件、節(jié)點及連接部件均采 用給定材料與粘結膠水手工制作完成。4.3 測試附件粘貼要求（1）測試附件（鋁片）粘貼于屋蓋結構中心處（見圖 -35）,且鋁片中心區(qū) 域（直徑50mm）表面應平行于承臺板面。屋面材料鋪設后，必須能與鋁片 接觸。（2）鋁片必須直接牢固粘貼在與屋面網(wǎng)墊接觸的桿件上，第一階段加載過程 中出現(xiàn)脫落、傾斜而導致的位移計讀數(shù)異常，各參賽隊自行負責。（3）若中心區(qū)域無桿件，則需由參賽隊自行增加桿件連接，增加的桿件計入 模型重量。4.4 模型提交時應組裝為整體，即將承臺板、支承結構和屋

10、蓋結構用膠水裝配成 整體。4.5 模型制作時間為14小時。模型應在規(guī)定的制作時間內(nèi)組裝為整體，此后不能 再有任何實質(zhì)性的操作。4.6 比賽中提供的制作臺尺寸1220>2440mm,臺面高度720750mm。5模型凈空檢測及稱重5.1 模型凈空間檢測用標準凈空模塊（850mm長>550mm寬m00mm高）沿縱向及橫向穿越模型 內(nèi)部，如不能通過，則視為模型不合格。5.2 屋蓋平面尺寸及高度檢測用激光水平儀和卷尺檢測屋蓋平面尺寸及高度，滿足下列要求之一者視為不 合格。（1）屋蓋平面尺寸最大處超過允許值（1050、750） +10mm （每側+5mm）;（2）屋蓋平面尺寸最小處超過允許值（

11、900、600） -10mm （每側-5mm）;（3）屋蓋厚度超過允許值（125mm） +5mm。5.3 模型稱重模型整體稱重后，減去承臺板及測試附件（鋁片）的重量，即為參賽模型的 重量mi。6模型加載及評判6.1 加載方式模型加載采用靜加載的形式完成，所加荷載為屋面全跨均布荷載，荷重用軟 質(zhì)塑膠運動地板模擬。6.2 加載準備-7 -全國大學生結構設計競賽委員會2016天津tianjin unlvtr&ky(1)模型置于加載臺上，調(diào)試位置。使位移計激光投射于鋁片中心直徑為10mm的圓痕區(qū)域內(nèi)，完成定位。(2)調(diào)整激光位移計高度。使激光位移計底面至鋁片中心的垂直距離為 10095mm范圍

12、內(nèi)。(3)布置攝像頭。模型凈空范圍內(nèi)設置攝像頭，觀測受力過程中結構的變形。6.2 加載過程先鋪屋面材料，作為預加載，然后位移計讀數(shù)清零。模型加載分為兩個階段：6.2.1 第一階段：標準加載14kg (七張膠墊)(1)先加第一級，6kg (三張膠墊逐張加載)，完成后持荷 20秒，測試并記 錄測試點撓度值。(2)再加第二級，8kg (四張膠墊逐張加載)，完成后持荷 20秒，測試并記 錄測試點撓度值。第一階段加載時的允許撓度為w =4.0mm。6.2.2 第二階段：最大加載第二階段的最大加載量由各參賽隊根據(jù)自身模型情況自行確定，可報兩個級別(定義為第三級和第四級)，并應在加載前上報。荷載級別為膠墊的

13、數(shù)量(即 2kg的倍數(shù))。(1)先加第三級，按上報加載量一次完成加載，持荷 20秒，如結構破壞，終 止加載，且本級加載量不計入成績；如結構不破壞，繼續(xù)加載。(2)再加第四級，按上報加載量一次完成加載，持荷 20秒，加載結束。如結 構破壞，本級加載量不計入成績；如結構不破壞，本級加載量計入成績；第二階段加載時不進行撓度測試。6.2.3 加載過程由參賽隊隊員完成。6.2.4 自預加載開始，至加載結束，時間控制在6分鐘以內(nèi)。(第四級加載后的持 荷時間不計入6分鐘內(nèi))6.3 評判標準6.3.1 第一階段加載過程中，出現(xiàn)以下情況，則終止加載。本級加載及以后級別加載成績?yōu)?零(即第二級加載出現(xiàn)此情況，加載

14、項成績算第一級加載成功的成績)；(1)模型結構發(fā)生整體傾覆、垮塌；(2)屋面桿件脫落；(3)撓度超過允許撓度限值w的1.10倍。6.3.2 第二階段(1)加載過程中，若模型結構發(fā)生整體傾覆、垮塌，則終止加載，本級加載 及以后級別加載成績?yōu)榱?即第三級加載出現(xiàn)此情況，加載項成績算第 二級加載成功的成績)；(2)加載過程中，若模型結構未發(fā)生整體傾覆、垮塌，但有局部桿件的破壞、 脫落或過大變形，則可繼續(xù)加載。6.3.3 每隊加載成績由各級加載成功時，計算所得荷重比分數(shù)和剛度分數(shù)組成。7評分項及評分標準7.1 模型評分項及分值模型評分項共五項，總分100分，其中包括：(1)計算書以及設計說明10分(2

15、)結構選型與制作質(zhì)量一一10分(3)現(xiàn)場表現(xiàn)5分(4)模型承載力一一60分(5)模型剛度 一一15分7.2 評分標準7.2.1 計算書以及設計說明一一10分(1)計算內(nèi)容的完整性、準確性6分(2)圖文表達的清晰性、規(guī)范性4分7.2.2 結構選型與制作質(zhì)量一一10分(1)結構合理性與創(chuàng)新性5分(2)模型制作質(zhì)量與美觀性5分7.2.3 現(xiàn)場表現(xiàn)一一5分(1)賽前陳述3分(2)現(xiàn)場答辯2分7.2.4 模型承載力一一60分（第一階段加載，35分；第二階段加載，25分）（1）計算各參賽隊模型（i）的單位自重承載力mii、m2i按式（a）計算:(a)-ni- n2imii , m2i m imini第一階段加載成功時的加載荷重（包括屋面重量）；若兩級加載均成功，承載力為兩級加載塊重量和屋面材料重量之和，即ni=15kg;若僅第一級加載成功，承載力為第一級加載塊重量和屋面材料重量之 和，即 ni=7kg0n2i一第二階段加載時，本隊模型的加載荷重，單位： kg;mi 一一本隊模型的自重；單位：g（2）模型承載力得分ci按式（b）計