全國大學(xué)生結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競賽賽題

1、第六屆全國大學(xué)生結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競賽賽題1命題背景吊腳樓是我國傳統(tǒng)山地民居中的典型形式。這種建筑依山就勢，因地制宜，在今天仍然具有極強(qiáng)的適應(yīng)性和頑強(qiáng)的生命力。這些建筑既是我中華民族久遠(yuǎn)歷史文化傳承的象征，也是我們的先輩們巧奪天工的聰明智慧和經(jīng)驗(yàn)技能的充分體現(xiàn)。重慶地區(qū)位于三峽庫區(qū)， 舊式民居中吊腳樓建筑比比皆是。近年來的工程實(shí)踐和科學(xué)研究表明，這類建筑易于遭受到地震、大雨誘發(fā)泥石流、滑坡等地質(zhì)災(zāi)害而發(fā)生破壞。自然災(zāi)害是這種建筑的天敵。相對于地震、火災(zāi)等災(zāi)害而言，重慶地區(qū)由于地形地貌特征的影響，出現(xiàn)泥石流、滑坡等地質(zhì)災(zāi)害的頻率更大。 因此，如何提高吊腳樓建筑抵抗這些地質(zhì)災(zāi)害的能力，是工程師們應(yīng)該想方設(shè)法

2、去解決的問題。 本次結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競賽以吊腳樓建筑抵抗泥石流、滑坡等地質(zhì)災(zāi)害為題目，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義和工程針對性。2賽題概述本次競賽的題目考慮到可操作性，以質(zhì)量球模擬泥石流或山體滑坡，撞擊一個(gè)四層的吊腳樓框架結(jié)構(gòu)模型的一層樓面， 如圖 2.1 所示。四層吊腳樓框架結(jié)構(gòu)模型由參賽各隊(duì)在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)現(xiàn)場完成。 模型各層樓面系統(tǒng)承受的豎向荷載由附加配重鋼板實(shí)現(xiàn)。 主辦方提供器材將模型與加載裝置連接固定（加載臺(tái)座傾角均為30o ），并提供統(tǒng)一的測量工具對模型的性能進(jìn)行測試。模型部分（含部分加載裝置）加載臺(tái)座配重 M 1不銹鋼半圓滑槽配重 M2加速度傳感器配重 M2后固定板螺桿前撞擊板鋼架 A鋼架 B螺桿硬

3、橡膠鋼底座圖 2.1.第六屆全國大學(xué)生結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競賽賽題簡圖2cm22cm23模型要求要求平整，且與后固定板端頭有效接觸面積不小于配重 M1配重 M2模型平面尺寸要求示意圖配重 M2后固定板前撞擊板要求平整，且與前撞擊板端頭有效接觸面積不小于硬橡膠允許固底板定區(qū)域q底板示意圖圖 3.1.模型要求示意圖圖 3.1 模型設(shè)計(jì)參數(shù)取值表q30oL 020cmH991cmL 24cmh22 0.5cmh j34 1cmh020cmM 120kg 36kgM 22.527kgM 3模型一層加載裝置質(zhì)量注：配重為規(guī)定尺寸的鋼板，用來模擬樓面均布荷載，配重鋼板具體規(guī)格與安裝詳見 4.3一層樓面不再附加配重，加

4、載裝置質(zhì)量以現(xiàn)場量測值為準(zhǔn) 。3.1. 模型的樓層數(shù)：模型為四層吊腳樓（一層吊腳層+三層建筑使用層），模型應(yīng)具有4個(gè)樓面（含頂層屋面），每一個(gè)樓面的范圍須通過設(shè)置于邊緣的梁予以明確定義。3.2. 幾何尺寸要求(1)平面尺寸要求：建筑模型樓層凈面積L0 L0 20cm 20cm , 建筑模型外包面積L L24cm 24cm 。與撞擊方向垂直的模型立面柱子的軸心距為 22cm 0.5cm。(2)豎向尺寸要求：樓面層層高 h 22cm0.5cm , 樓面層凈高 h0 20cm 。吊腳層長柱高度hj 34cm 1cm ，其凈高不得小于 31cm，凈高范圍內(nèi)不得設(shè)置任何側(cè)向約束。 柱腳加勁肋不影響計(jì)算樓

5、層高度。模型總高度 H 100cm 1.5cm 。(3) 其他尺寸要求：豎向承重構(gòu)件允許變截面，但需保持豎向承重構(gòu)件上下連續(xù)，所有受力構(gòu)件截面長邊（或者直徑）均不得大于 2.5cm 。3.3. 建筑使用要求：樓面層需滿足基本的建筑使用要求，應(yīng)具有足夠的承載剛度, 樓面層配重放置于樓面幾何中心處。在模型內(nèi)部，樓層之間（底部吊腳層除外）不能設(shè)置任何妨礙房屋使用功能（指建筑使用空間要求）的構(gòu)件。3.4. 模型固定及加載要求(1) 模型固定要求 : 結(jié)構(gòu)模型固定于 33cm 33cm的正方形底板上，結(jié)構(gòu)底部固定點(diǎn)位置必須在底板上的限制區(qū)域內(nèi)， 不得越界。各隊(duì)在主辦方監(jiān)督下統(tǒng)一安裝底板，模型底部可以使用

6、由主辦方提供的熱熔膠與底板連接，也可自行使用 502 膠水連接（除此以外不得使用超出規(guī)定的其他材料或者工具）。連接時(shí)，不允許對底板做任何開洞，切割，打磨，刮擦。柱腳埋入熱熔膠區(qū)域不得超過 1cm （注意：因模型底部固定而增加的質(zhì)量，需計(jì)入模型自重）。(2) 模型加載要求：模型一層樓面承受撞擊，前撞擊板和后固定板必須與結(jié)構(gòu)豎向承重構(gòu)件在一層樓面區(qū)有效接觸。 一層樓面與撞擊方向垂直的兩個(gè)立面需保持平整， 不得妨礙前撞擊板和后固定板的安裝。 前撞擊板和后固定板與一層樓面處的豎向承重構(gòu)件的總有效接觸面積不得小于 4cm 2 。（詳見圖 ）4模型的加載與測量4.1. 加載裝置：加載臺(tái)座，配重鋼板（18c

7、m 18cm0.5cm ），撞擊質(zhì)量球 ( 3kg ) ，前撞擊板，后固定板，螺桿，螺栓。4.2. 測量裝置：卷尺，電子稱，加速度傳感器，記號(hào)筆。圖 4.1.加載臺(tái)座示意圖1 不銹鋼半圓滑槽；厚度 5mm，內(nèi)半徑為 60mm，與水平成 30角 ，要求滑槽內(nèi)壁光滑，盡量減少質(zhì)量球下落時(shí)摩擦損失。2 質(zhì)量球；采用 3kg 鉛球，直徑為 95mm 5mm。要求質(zhì)量球滑至滑槽末端時(shí)，球心標(biāo)高與一層樓面標(biāo)高相差不超過 5mm。3 鋼架；采用綴板連接兩根槽鋼（型號(hào) 20b ）形成格構(gòu)式鋼柱，用于支撐滑槽，并保證加載臺(tái)座在平面內(nèi)外的剛度以及穩(wěn)定性。鋼架柱腳鋼架 A圖 4.2.鋼架示意圖4 水平段滑槽；為防止

8、質(zhì)量球回彈，二層撞擊結(jié)構(gòu)模型，故水平段滑槽需與水平線成 3夾角，滑槽末端應(yīng)墊高 10mm。5 鋼底座；與水平成 30角，斜面采用四根螺栓與結(jié)構(gòu)模型的底板相連，右側(cè)采用四根同規(guī)格螺栓與加載臺(tái)座相連。6 斜滑槽與水平滑槽圓角；為減少質(zhì)量球下滑能量損失，該圓角半徑不小于30cm，亦不大于 40cm。7 鋼架底座；采用 20cm鋼板，以保證加載臺(tái)座的穩(wěn)定。4.3. 模型的安裝配重 M1配重M2配重 M2硬橡膠螺桿前撞擊板后固定板螺桿鋼底座圖 4.3.模型安裝示意圖1 模型與鋼底座的連接各隊(duì)在主辦方工作人員監(jiān)督下統(tǒng)一將結(jié)構(gòu)模型與底板連接。選手入場后，將底板用栓固定于底座上。2 模型與前撞擊板和后固定板的

9、連接在一層樓面與撞擊方向垂直的兩個(gè)立面上分別安裝前撞擊板和后固定板，前后板采用螺桿拉緊。4 顆螺4 根前撞擊板硬橡膠后固定板螺桿螺桿螺紋區(qū)端頭一層樓面前撞擊板圖模型與前撞擊板和后固定板的連接前撞擊板采用 5mm厚鋼板按上圖所示制成， 后固定板采用 5mm 厚鋼板與硬橡膠粘接制成，硬橡膠長度為 240mm，寬度為 40mm，厚度為 30mm。螺桿直徑為 8mm，長度為 370mm，每個(gè)螺紋區(qū)長度不小于100cm，前撞擊板和后固定板的端頭與一層樓面處的豎向承重構(gòu)件的效接觸面積分別不小于2cm2 。3 模型與配重的連接樓面層配重（恒定配重，即配重M 2 和配重 M 3 ）采用熱熔膠與模型粘牢；在模型

10、屋面層，放置一個(gè)上部開口，底面為19cm 19cm 的方形容器，容器與模型頂部用熱熔膠粘牢。比賽時(shí)，可根據(jù)需要將規(guī)定數(shù)量的配重M 1 放入容器即可。（注：配重M 1 為可變配重）配重 M 1 ，配重 M 2 和配重 M 3 均由配重鋼板（ 18cm 18cm0.5cm ）按規(guī)定重量沿鋼板厚度方向?qū)訉诱R累積實(shí)現(xiàn)。 除頂層外，各樓層配重鋼板之間均由熱熔膠粘牢 （熱熔膠重量不計(jì)入結(jié)構(gòu)承重）。4.4. 加速度測量加速度傳感器前撞擊板圖 4.4.加速度測點(diǎn)示意圖加速度由加速度計(jì)量測加速度傳感器采用熱熔膠以及螺絲與前撞擊板中部可靠連接，如上圖所示。4.5. 模型撞擊加載制度競賽撞擊加載共分三級(jí)，每級(jí)采用

11、質(zhì)量球不同的下落高度，分別為40cm, 80cm , 120cm。5模型材料競賽期間，主辦方為各參賽隊(duì)提供如下材料及工具用于模型制作。5.1. 竹材，用于制作結(jié)構(gòu)構(gòu)件。竹材規(guī)格款式1250430 0.50mm本色側(cè)壓雙層復(fù)壓竹皮12504300. 35mm本色側(cè)壓雙層復(fù)壓竹皮12504300. 20mm本色側(cè)壓單層復(fù)壓竹皮4竹材力學(xué)性能參考值：彈性模量1.0 10 MPa，抗拉強(qiáng)度 60MPa。5.3. 制作工具：美工刀，鋼尺，砂紙，銼刀，改錐，小型鋸子。6. 競賽規(guī)則6.1. 各隊(duì)模型制作完成后，主辦方提供已經(jīng)稱重完畢的模型底板（質(zhì)量為m1 ）。6.2. 各隊(duì)將模型固定于底板上，注意需滿足模

12、型固定要求。6.3. 稱量模型加底板總質(zhì)量m 2 , 計(jì)算模型自重 mm2m1 。6.4. 得到入場指令后，各隊(duì)隊(duì)員需迅速將模型固定于加載臺(tái)座上，并固定需裝配到模型上的配重及加載裝置，安裝過程不得超過8 分鐘。6.5. 參賽隊(duì)代表進(jìn)行 2 分鐘陳述，然后依次進(jìn)行三級(jí)加載， 加載完成之后評委提問2 分鐘，回答評委提問不超過2 分鐘。7. 成績評定7.1. 模型破壞準(zhǔn)則：出現(xiàn)以下任意情況視為模型失效， 并以前一次加載參數(shù)計(jì)算模型得分。第一，二級(jí)加載時(shí)，模型中任一結(jié)構(gòu)受力構(gòu)件出現(xiàn)破壞。第三級(jí)加載時(shí)，模型發(fā)生整體傾覆，喪失豎向或者水平承載能力。各級(jí)加載過程中出現(xiàn)配重脫落或者撞擊板脫落。7.2. 成績計(jì)算模型加載性能評分75%計(jì)算書10%結(jié)構(gòu)選型與制作質(zhì)量10%現(xiàn)場表現(xiàn)5%模型加載性能評分計(jì)算公式：1. 計(jì)算模型承受的總質(zhì)量 M （單位： g）M M1 M 2 +M3 m