結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競(jìng)賽賽題

1、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競(jìng)賽賽題超高層結(jié)構(gòu)1賽題背景現(xiàn)代超高層建筑起源于美國(guó)，至今已有80余年歷史。超高層建筑是反映國(guó)家、城市經(jīng)濟(jì)水平和社會(huì)現(xiàn)代化程度的一個(gè)重要標(biāo)志。隨著社會(huì)的不斷發(fā)展和經(jīng)濟(jì)水平的不斷提高，我國(guó)的超高層建筑建設(shè)已經(jīng)進(jìn)入了一個(gè)蓬勃期，形成了以深圳平安國(guó)際金融中心（660 m），武漢綠地中心大廈（636 m）和上海中心大廈（632 m）為代表的一系列600 m級(jí)的超高層建筑。截至2015年底，統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明世界范圍內(nèi)在建和已建成超過(guò)300m的超高層共210棟，其中中國(guó)有105棟（達(dá)50%），遠(yuǎn)超出排名第2的阿拉伯聯(lián)合酋長(zhǎng)王國(guó)（37棟），這表明我國(guó)已成為世界上超高層數(shù)目最多的國(guó)家。這對(duì)我國(guó)超高層結(jié)構(gòu)的

2、設(shè)計(jì)和施工技術(shù)提出了更高的要求。2總體模型總體模型由承臺(tái)板、核心筒、外框柱和連接構(gòu)件四部分組成，各部分均采用竹材，形成如圖1所示的超高層結(jié)構(gòu)模型，沿高度方向?qū)⒔Y(jié)構(gòu)均勻劃分為高度為125mm的8個(gè)區(qū)段。模型固定在組委會(huì)提供的300mm×300mm的承臺(tái)板上，采用熱熔膠固定。大賽將提供以下材料，用于制作模型。竹材表2.1 竹材規(guī)格及數(shù)量竹材規(guī)格竹材名稱規(guī)格一：1250×75×0.50mm本色側(cè)壓雙層復(fù)壓竹皮規(guī)格二：1250×75×0.35mm本色側(cè)壓雙層復(fù)壓竹皮規(guī)格三：1250×75×0.20mm本色側(cè)壓?jiǎn)螌訌?fù)壓竹皮注：竹材力學(xué)

3、性能參考值：彈性模量1.0×104MPa，抗拉強(qiáng)度60MPa。粘著劑 明星火速膠502膠水砂紙切割刀直尺、三角尺、量角器鉛筆橡皮擦(a) 平面圖(b) 立面圖圖 1 模型示意圖 (單位：mm)2.1 承臺(tái)板承臺(tái)板標(biāo)準(zhǔn)尺寸300mm×300mm，厚度20mm。承臺(tái)板板面標(biāo)高定義為±0.00。2.2 核心筒核心筒高度為1000mm（允許誤差+5mm），共8個(gè)區(qū)段（或?qū)樱?，每個(gè)區(qū)段（層）高度為125mm，位于承臺(tái)板正中央，承臺(tái)板中央設(shè)有高度25mm，厚度為8mm的卡槽用以提高核心筒的整體工作性能。沿高度方向核心筒截面尺寸不發(fā)生變化。核心筒外邊緣線尺寸為75mm×

4、;75mm，厚度不允許超過(guò)15mm，允許開(kāi)洞。核心筒和卡槽均采用竹材制作。核心筒底部以及卡槽與承臺(tái)板連接采用膠水粘結(jié)。2.3 外框柱沿高度方向柱截面尺寸不發(fā)生變化，采用圖1所示方式布置8根框架柱，各柱總高均為1000mm（允許誤差+5mm），四跟角部框架柱形心連線尺寸為130mm×130mm，柱截面尺寸不限，采用竹材制作。柱與承臺(tái)板連接采用膠水粘結(jié)。2.4 連接構(gòu)件連接構(gòu)件可選用板材和棒材：（1）板材（采用竹材制作）可用于連接外框柱和內(nèi)核心筒，且僅能在125mm，250mm，375mm，500mm，625mm，750mm，875mm和1000mm處布置，厚度不限；（2）棒材（采用竹材

5、制作）可在任意位置布置且尺寸不限。連接構(gòu)件與承臺(tái)板、核心筒、外框柱和連接構(gòu)件的連接采用膠水粘結(jié)。模型必須遵循所提供的尺寸，否則取消比賽資格。3加載量測(cè)工具3.1 加載和測(cè)試材料130×130×45mm的鐵質(zhì)量塊，重5.98kg，用于豎向荷載工況測(cè)試。5g砝碼1個(gè)，20g砝碼1個(gè)，50g砝碼1個(gè)，用力水平荷載工況測(cè)試，水平位移采用數(shù)顯位移計(jì)量測(cè)。木制加載架，高1400mm，寬300mm，厚50mm，在板高500mm和950mm處板寬中央位置預(yù)留直徑約為5mm的圓孔。3.2 測(cè)試儀器數(shù)顯位移計(jì)。4模型凈空檢測(cè)及稱重模型整體稱重后，減去承臺(tái)板及測(cè)試附件的重量，即為參賽模型的重量M

6、i，卡槽質(zhì)量計(jì)入模型質(zhì)量5模型加載及評(píng)判模型加載分為三個(gè)階段，一階段為豎向荷載工況測(cè)試，二階段為標(biāo)準(zhǔn)水平荷載工況測(cè)試，三階段為挑戰(zhàn)水平荷載工況測(cè)試（該階段為可選階段）。豎向荷載工況用于檢驗(yàn)參賽模型是否能夠承受結(jié)構(gòu)自重以及附加重力荷載，水平荷載工況則用于測(cè)試水平力作用下結(jié)構(gòu)的抗側(cè)向變形能力。加載點(diǎn)為結(jié)構(gòu)500mm和1000mm高度處，采用套索牽引加載。(a) 豎向荷載工況(b) 水平荷載工況圖 2 加載示意圖5.1 加載方式模型加載采用靜加載的形式完成，豎向荷載工況采用質(zhì)量為5.98kg的鐵質(zhì)量塊施加，水平荷載則采用砝碼施加，如圖2所示。6.2 加載準(zhǔn)備模型置于加載臺(tái)上，調(diào)試位置。5.2 加載過(guò)

7、程第一階段加載：于模型頂部擱置鐵質(zhì)量塊。第二階段加載：不去除頂部鐵質(zhì)量塊，（1）將兩根加載水平拉線一端綁扎于墻體500mm高度和1000mm高度處的套索上；（2）水平拉線穿過(guò)對(duì)應(yīng)高度加載架的預(yù)留孔道；（3）在水平拉線的另一端綁扎上砝碼，其中1000mm標(biāo)高處綁扎50g砝碼，500mm標(biāo)高處綁扎20g和5g砝碼：（4）量測(cè)頂點(diǎn)位移為ui。第三階段加載：不去處頂部鐵質(zhì)量塊，維持1000mm和500mm套索處懸掛的砝碼質(zhì)量比仍未2：1，參賽選手僅有一次機(jī)會(huì)（可以不選擇挑戰(zhàn)）自由選擇砝碼總質(zhì)量mi（不得低于150g）。5.3 評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)第一階段加載過(guò)程中，模型結(jié)構(gòu)發(fā)生整體垮塌或局部構(gòu)件明顯破壞，則終止加

8、載。第二階段加載過(guò)程中，荷載持續(xù)時(shí)間10s，若模型結(jié)構(gòu)發(fā)生整體傾覆、垮塌，則終止加載。第三階段加載過(guò)程中，荷載持續(xù)時(shí)間10s，若模型結(jié)構(gòu)發(fā)生整體傾覆、垮塌，則終止加載。6評(píng)分項(xiàng)及評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)6.1 模型評(píng)分項(xiàng)及分值模型評(píng)分項(xiàng)共五項(xiàng)，總分100分，其中包括：（1）計(jì)算書(shū)以及設(shè)計(jì)說(shuō)明10分（2）結(jié)構(gòu)選型與制作質(zhì)量10分（3）現(xiàn)場(chǎng)表現(xiàn)5分（4）ui×Mi45分（5）Mi/mi30分6.2 評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)6.2.1 計(jì)算書(shū)以及設(shè)計(jì)說(shuō)明10分（1）計(jì)算內(nèi)容的完整性、準(zhǔn)確性6分（2）圖文表達(dá)的清晰性、規(guī)范性4分6.2.2 結(jié)構(gòu)選型與制作質(zhì)量10分（1）結(jié)構(gòu)合理性與創(chuàng)新性5分（2）模型制作質(zhì)量與美觀性5分6.2.3 現(xiàn)場(chǎng)表現(xiàn)5分（1）賽前陳述3分（2）現(xiàn)場(chǎng)答辯2分6.2.4 ui×Mi45分計(jì)算順利完成兩個(gè)工況的各參賽隊(duì)模型（i）的單位自重承載力ui×Mi，并對(duì)各參賽隊(duì)的ui×Mi，按從小到大的順序進(jìn)行排序，假定有n個(gè)參賽隊(duì)完成比賽，則第j名的隊(duì)伍得分為19+26/(n-1)×(n-j)。6.2.5 Mi/mi30分若參賽隊(duì)伍不選擇第三階段加載，則該項(xiàng)得分為0分；若參賽隊(duì)伍選擇參加第三階段加載而其模型發(fā)生整體傾覆、垮塌，則該項(xiàng)得分為-10分；計(jì)算順利完成第三工況的各參賽隊(duì)模型（i）的Mi/