結(jié)構(gòu)模型大賽計(jì)算書

1、“昊鼎杯”河南省第二屆結(jié)構(gòu)模型設(shè)計(jì)大賽計(jì) 算 書 代表隊(duì)名稱： 學(xué) 校： 南陽師范學(xué)院 隊(duì) 員：指 導(dǎo) 老 師： 編 號：目錄1. 設(shè)計(jì)說明書21.1方案的構(gòu)思21.2造型和結(jié)構(gòu)體系說明21.3其他特色說明32. 方案圖32.1結(jié)構(gòu)整體布置圖32.2方案效果圖43. 計(jì)算書53.1結(jié)構(gòu)選型53.2計(jì)算簡圖53.3荷載分析圖63.4內(nèi)力分析73.5承載能力估算104. 參考文獻(xiàn)101. 設(shè)計(jì)說明書1.1方案的構(gòu)思此次設(shè)計(jì)競賽的題目為頂部中間承受集中荷載作用的單層房屋結(jié)構(gòu)模型，結(jié)構(gòu)模型內(nèi)部空間必須能保證包容下尺寸為600mm（長）×400mm（寬）×250mm（高）的長方體，設(shè)

2、計(jì)作品所用材料為保定生產(chǎn)的160的標(biāo)準(zhǔn)繪圖紙和河南頂立牌白乳膠，分析設(shè)計(jì)競賽的目的，設(shè)計(jì)作品應(yīng)使結(jié)構(gòu)效率最大化，即使用最少的材料實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和剛度的最大化。由材料力學(xué)知，單元的基本應(yīng)力狀態(tài)有拉、壓、剪三種；構(gòu)件基本受力狀態(tài)分為拉、壓、彎、剪、扭五種，其中以受拉和受壓桿件效率最高，因此考慮將繪圖紙做成圓柱狀桿件，可以使得繪圖紙桿件在模型設(shè)計(jì)制作中以承受軸向拉力和軸向壓力為主，再結(jié)合結(jié)構(gòu)力學(xué)知，桿件結(jié)構(gòu)通常分為梁、拱、桁架、剛架、組合結(jié)構(gòu)五種，并以桁架結(jié)構(gòu)最為符合白卡紙桿件軸向受拉及受壓特點(diǎn)及設(shè)計(jì)競賽模型制作要求，綜合上述分析，決定采用桁架結(jié)構(gòu)形式。1.2造型和結(jié)構(gòu)體系說明桁架是由桿件組成的格構(gòu)體

3、系，當(dāng)荷載只作用在結(jié)點(diǎn)上時(shí)，各桿內(nèi)力主要為軸力，截面上的應(yīng)力基本均勻分布，可以充分發(fā)揮材料的作用。桁架屋蓋結(jié)構(gòu)模型上下弦桿件軸力構(gòu)成結(jié)構(gòu)截面的抵抗力偶，用來抵抗外荷載作用引起的彎矩。理想的結(jié)構(gòu)宏觀外形應(yīng)該與結(jié)構(gòu)的彎矩包絡(luò)圖相吻合，在彎矩大的位置截面高度大，這樣就可以用最少的材料抵抗結(jié)構(gòu)的彎矩，另外，腹桿軸力承擔(dān)相應(yīng)梁截面由于外荷載作用引起的剪力，腹桿的承載能力應(yīng)與剪力包絡(luò)圖相適應(yīng)。1.3其他特色說明為了使材料具有足夠的承載能力，需將若干根繪圖紙桿件通過繪圖紙條捆綁在一起，作為整體承受荷載，在此基礎(chǔ)上，使用繪圖紙條包裹桿件進(jìn)行連接，可以起到加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的整體性能的作用。在制作上弦桿和腹桿時(shí)，為了使結(jié)

4、點(diǎn)處牢固，應(yīng)將上弦桿和兩側(cè)的腹桿一同卷制，然后彎折成型，這也簡化了彎折處與中間兩根腹桿的連接。為保證下方長方體框架的穩(wěn)定性，應(yīng)在正面和側(cè)面加以斜支撐。下弦桿下方的兩根支撐桿在制作時(shí)應(yīng)稍長，將下弦桿頂起一定高度，使得結(jié)構(gòu)模型在加載前，下弦桿已具有一定的負(fù)彎矩，在加載時(shí)，當(dāng)加載到一定荷載時(shí)，才恢復(fù)原狀，可以避免過早破壞。2. 方案圖2.1結(jié)構(gòu)整體布置圖2.2方案效果圖3. 計(jì)算書3.1結(jié)構(gòu)選型根據(jù)單層桁架屋蓋結(jié)構(gòu)模型在集中荷載作用下的彎矩包絡(luò)圖知，可以選擇與彎矩包絡(luò)圖相適應(yīng)的桁架布置形式，如效果圖所示。桁架為梯形布置形式，且向內(nèi)傾斜一定角度使結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定。當(dāng)屋蓋頂部受到荷載作用時(shí)，力沿每側(cè)四根腹桿

5、分別傳至下弦桿的中點(diǎn)和兩端，作用在中點(diǎn)的力在水平方向上由兩根下弦桿之間的約束紙帶平衡，在豎直方向上由每根下弦桿下方的兩根斜支撐傳遞到支座上，作用在兩端的力水平方向上由長方體框架的四根水平桿平衡，豎直方向上經(jīng)四根豎直桿傳遞至支座處。結(jié)構(gòu)整體傳力明確。從正面上看，桁架下弦桿中點(diǎn)連接的腹桿、斜支撐桿、約束紙帶就像太陽光芒四射，故名“朝陽”，寓意著模型與大自然相融合，代表著年輕人朝氣蓬勃，奮發(fā)向上。3.2計(jì)算簡圖3.3荷載分析圖3.4內(nèi)力分析取CEOG為隔離體，分析如圖所示同理，對FOGD分析，取C點(diǎn)為隔離體取D點(diǎn)為隔離體取G點(diǎn)為隔離體取A點(diǎn)為隔離體最后可繪制出各桿的彎矩圖和剪力圖，如圖所示。由于結(jié)構(gòu)和荷載均對稱，故M圖為正對稱，Q圖為反