桁架模型計(jì)算書(shū)

土木工程系結(jié)構(gòu)（桁架）模型設(shè)計(jì)計(jì)算書(shū)專業(yè)：土木工程組長(zhǎng)姓名：成員姓名：指導(dǎo)教師:2011年4月30日目錄TOC\o"1-5"\h\z設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū) -2結(jié)構(gòu)計(jì)算書(shū) 42.1.設(shè)計(jì)說(shuō)明 42?1.1.模型設(shè)計(jì)要求 -42?1.2.設(shè)計(jì)理論假設(shè) -42.2結(jié)構(gòu)選型及內(nèi)力分析 52.2.1材料性能及選擇 ?5結(jié)構(gòu)模型體系選擇 6方案分析 -6方案一 -6方案二 13方案比較及截面調(diào)整 18最優(yōu)方案確定 18截面調(diào)整 18最優(yōu)方案配料 .20模型綜合分析及破壞預(yù)估 ?21模型評(píng)價(jià) ?22參考文獻(xiàn) .8附錄 -8設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)：參賽要求各參賽隊(duì)?wèi)?yīng)獨(dú)立設(shè)計(jì)、制作模型并完成加載試驗(yàn)，每位參賽者只允許參加一個(gè)隊(duì)。競(jìng)賽期間不得任意換人，若有參賽隊(duì)員因特殊原因退出，則缺人競(jìng)賽。每個(gè)參賽隊(duì)只能提交一份正式作品。1.1.3各參賽隊(duì)必須在規(guī)定時(shí)間和地點(diǎn)參加競(jìng)賽活動(dòng)，遲到或缺席者作為自動(dòng)棄權(quán)處理。方案設(shè)計(jì)與理論分析要求內(nèi)容包括：設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)和計(jì)算書(shū)。設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)應(yīng)包括對(duì)方案的結(jié)構(gòu)選型進(jìn)行說(shuō)明；計(jì)算書(shū)應(yīng)包括計(jì)算模型、荷載分析、內(nèi)力分析、承載能力估算等。.文本封面（詳見(jiàn)附件）要求注明作品名稱、參賽班級(jí)、指導(dǎo)老師、參賽學(xué)生姓名、學(xué)號(hào)；正文按設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)和計(jì)算書(shū)的順序編排。除封面外，其余頁(yè)面均不得出現(xiàn)任何有關(guān)參賽班級(jí)和個(gè)人的信息，否則取消參賽資格。參賽隊(duì)必須提交方案設(shè)計(jì)與理論分析文本和電子文本一份，并標(biāo)明參賽班級(jí)和作品名稱；同時(shí)用A4紙打印一式兩份，在規(guī)定時(shí)間交到競(jìng)賽組委會(huì)，逾期作自動(dòng)放棄處理。設(shè)計(jì)制作要求在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)大賽組委會(huì)的安排下進(jìn)行，組委會(huì)提供統(tǒng)一的制作材料，并在規(guī)定時(shí)間和地點(diǎn)由參賽學(xué)生獨(dú)立制作模型。.模型制作材料為小木條、白乳膠、釘子等。不得使用組委會(huì)指定以外的其它任何材料，否則，一經(jīng)查實(shí)，將直接取消其參賽資格。模型為桁架結(jié)構(gòu)，凈跨為1m，高度不超過(guò)250mm，寬度為200mm（一般為2棉相同的平面桁架橫向連接而成），平面桁架可選擇三角形、梯形或平行弦等形式。為保證加載方式與理論分析一致，試驗(yàn)采用兩點(diǎn)對(duì)稱集中加載（兩加載點(diǎn)間距為300mm—400mm），故模型應(yīng)配備相應(yīng)的加載板，以便能按設(shè)計(jì)方式加載，并能在其上放置尺寸約為150mmX150mm的加載物。1.3.5.模型制作完成后，由大賽組委會(huì)統(tǒng)一稱重備案。加載步驟及要求各參賽隊(duì)按抽簽順序進(jìn)行加載。參賽隊(duì)員根據(jù)事先抽簽的結(jié)果安放模型，將模型放置在大賽提供的試驗(yàn)臺(tái)座上。豎向靜載試驗(yàn)。參賽隊(duì)員自行在模型頂部放置的加載板上施加標(biāo)有不同重量的加載物，試驗(yàn)采用分級(jí)加載，每一級(jí)荷載的恒載時(shí)間不得小于5秒，直至模型破壞，并取破壞前一級(jí)荷載值為該模型的極限承載能力。評(píng)審規(guī)則及分值根據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與理論分析、模型制作和加載試驗(yàn)三個(gè)方面進(jìn)行評(píng)審，總分為100分。方案設(shè)計(jì)與理論分析（30分）按設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)和計(jì)算書(shū)內(nèi)容的完整性、準(zhǔn)確性評(píng)分。模型制作（20分）按模型制作工藝評(píng)分。以上2項(xiàng)均在加載前評(píng)畢。模型尺寸及材料不符合競(jìng)賽要求的，或參賽過(guò)程中有其他違規(guī)現(xiàn)象的將不進(jìn)入加載試驗(yàn)階段。加載試驗(yàn)（50分）先按荷重比（F=Q/W）計(jì)算出各模型的相對(duì)分，其中Q代表模型所承受的最大豎向荷載（N），W代表模型自重（N）；再將F值為最大（記Fmax）的模型定為滿分50分，其余模型的分?jǐn)?shù)按（滿分XF/Fmax）計(jì)算。結(jié)構(gòu)計(jì)算書(shū):設(shè)計(jì)說(shuō)明:2.1?1.模型設(shè)計(jì)要求：模型制作材料為木條（5mm*10mm；5mm*20mm；5mm*30mm），釘子和乳膠。模型跨度1000mm，桁架面寬200mm，桁架最高點(diǎn)與最低點(diǎn)距離不大于250mm。桁架為對(duì)稱結(jié)構(gòu)。加載時(shí)，采用兩點(diǎn)集中加載，加載間距為300mm?400mm。2?1.2.設(shè)計(jì)理論假設(shè)：模型計(jì)算時(shí)，由于木材自重載荷相對(duì)于結(jié)構(gòu)承載很小，假設(shè)自重均布荷載為零。計(jì)算結(jié)構(gòu)極限承載力時(shí)，假設(shè)結(jié)構(gòu)中的計(jì)算零桿和計(jì)算近似零桿只起整體穩(wěn)定性作用，而荷載驗(yàn)算時(shí)不對(duì)其進(jìn)行驗(yàn)算。內(nèi)力計(jì)算時(shí)為方便內(nèi)力圖的繪制及數(shù)據(jù)的記錄分析，假設(shè)單根桁架一個(gè)節(jié)點(diǎn)P所承受的集中荷載為一=50，則一根桁架所承受的荷載為P=100，桁架模2型整體加載的荷載Q=2P=200（單位為“1”）。假設(shè)所提供木材的的密度為p=0.25g/cm3。對(duì)單根桁架計(jì)算時(shí)，暫不不考慮空間協(xié)同的影響。對(duì)空間整體穩(wěn)定性討論參考規(guī)范進(jìn)行承載力折減。2.1.2.6.單根桁架理論計(jì)算，假設(shè)各桿件節(jié)點(diǎn)都為理想的鉸接，即不考慮節(jié)點(diǎn)處彎矩的傳遞，節(jié)點(diǎn)影響在結(jié)構(gòu)空間因素處考慮。2.1.2.7.理論計(jì)算時(shí)忽略加載過(guò)程因加載不均造成的系統(tǒng)穩(wěn)定性影響，綜合分析時(shí)給予折減計(jì)算。結(jié)構(gòu)材料及模型的選擇2.2.1.材料性能及選擇：此次比賽選用材料為紅樟松，查規(guī)范可知其樹(shù)種強(qiáng)度等級(jí)為T(mén)C13-B,其力學(xué)性質(zhì)為：抗彎強(qiáng)度：/=13N/mm2順紋抗壓強(qiáng)度：f=10N/mm2順紋抗拉強(qiáng)度：f=8N/mm2t順紋抗剪強(qiáng)度：f=8N/mm2彈性模量：E=9000N/mm2使用材料的編號(hào):截面選配編號(hào)對(duì)應(yīng)表甲截面5mm*10mm甲復(fù)2截面10mm*10mm甲復(fù)3截面15mm*10mm乙截面5mm*20mm乙復(fù)2截面10mm*20mm乙復(fù)3截面15mm*20mm丙截面5mm*30mm丙復(fù)2截面15mm*30mm丙復(fù)3截面15mm*30mm注：（1）供選用的模型材料木條（5mm*10mm；5mm*20mm；5mm*30mm），分別編號(hào)為甲、乙、丙；其它材料有釘子和乳膠。（2）為提高材料的性能，一部分桿件采用疊合木條，編號(hào)定義：“甲復(fù)2”指兩根截面為“甲”的木條膠結(jié)在一起作為承載材料。材料選擇原則：木條作為模型材料，其力學(xué)性能特點(diǎn)是順紋抗壓性能良好，抗拉裂能力較差，抗剪能力差，抗彎一般。將木條成層粘貼可提高其抗拉壓性能，多于與拉壓內(nèi)力比較大的上懸桿及下懸桿。結(jié)構(gòu)在內(nèi)力計(jì)算時(shí)出現(xiàn)的零桿現(xiàn)象，取最小的甲為其制作材料，選材后對(duì)其進(jìn)行內(nèi)力分析?？紤]荷重比的因素，對(duì)于結(jié)構(gòu)的選擇不一定取承載力最大的結(jié)構(gòu)。復(fù)選截面時(shí)要參照結(jié)構(gòu)的內(nèi)力分布。

2.2?2.結(jié)構(gòu)模型體系選擇：桁架是由直桿在端部互相連續(xù)而成的格構(gòu)式結(jié)構(gòu)，主要承受橫向荷載，整體體破壞形式，桁架中的桿件大部分情況下只承受軸心拉力或壓力?！赌窘Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)手冊(cè)》中規(guī)定，當(dāng)上下弦均有荷載時(shí)應(yīng)選用上、下節(jié)間一致的桁架。若僅上弦有荷載時(shí)，則應(yīng)選用下弦擴(kuò)大節(jié)間的形式為宜。因?yàn)闇p小下弦節(jié)間既能簡(jiǎn)化構(gòu)造，又能節(jié)省材料。為加載方便，平面桁架形式選用梯形。理想桁架的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：（1）所有點(diǎn)都為鉸結(jié)點(diǎn)。（2）所有的外力在結(jié)點(diǎn)上。考慮到制作問(wèn)題，下懸桿選用貫通的連續(xù)桿。在結(jié)構(gòu)形式分析的基礎(chǔ)上，我們做了兩組方案。2.3.方案分析：2.3.1.方案一：方案及截面初選：10001000m2.3.2.2.對(duì)所需桿件截面初估：乙：（18）、（19）、（12）?（15）丙：（16）（17）丙復(fù)2：（7）?（11）丙復(fù)3：（1）?（6）（按通長(zhǎng)桿計(jì)算）2.3.2.3.a,h組合取值分析：對(duì)a,h進(jìn)行多組數(shù)據(jù)組合，（ae（300,400],he1125,250]當(dāng)h<125結(jié)構(gòu)趨于不合理，承載力及荷重比開(kāi)始明顯下降）由結(jié)構(gòu)力學(xué)求解器求得的數(shù)據(jù)分析可知：a,h的取值越大，結(jié)構(gòu)內(nèi)力越小，結(jié)構(gòu)極限承載力越大。在不考慮荷重比的前提下，a=400mm’h=250刀明構(gòu)最為合理。因此取a=400mm,h=250mm組合作為以下結(jié)構(gòu)分析的已知條件。2.3.2.4.內(nèi)力計(jì)算：（使用力學(xué)結(jié)構(gòu)求解器，所需程序見(jiàn)附錄一）當(dāng)a=400mm,h=250mm時(shí)，加載結(jié)果:七圖亳圖七圖亳圖M圖由內(nèi)力分析可知，結(jié)構(gòu)中的零桿和計(jì)算近似零桿數(shù)目比例較大，均，造成桿件浪費(fèi)，對(duì)原結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化。M圖由內(nèi)力分析可知，結(jié)構(gòu)中的零桿和計(jì)算近似零桿數(shù)目比例較大，均，造成桿件浪費(fèi)，對(duì)原結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化。結(jié)構(gòu)受力不2.3.2.5.結(jié)構(gòu)優(yōu)化：調(diào)整節(jié)點(diǎn)8、11的高度，以減少零桿數(shù)目。

選取h150mm進(jìn)行內(nèi)力分析:F圖與初選結(jié)構(gòu)相比，此方案受力比較合理。2.3.2.6.所需桿件截面尺寸調(diào)整：通過(guò)內(nèi)力分析可知，桿（18）、（19）、（12）、（13）近似為零桿，將其調(diào)整為甲，桿（14）-（17）內(nèi)力較小，調(diào)整為乙，其余桿件不變。配料如下：甲：（18）、（19）、（12）、（13）乙：（14）~（17）丙復(fù)2:（7）~（11）丙復(fù)3:（1）~（6）2.3.2.7.內(nèi)力計(jì)算:F圖M圖截面調(diào)整后，內(nèi)力分布變化不大，截面調(diào)整比較合理。當(dāng)h1（h1el125,250］）變化時(shí)，根據(jù)桿件的承載能力及荷重比驗(yàn)算可分析得出最優(yōu)解。2.3.2.8.承載力驗(yàn)算：對(duì)結(jié)構(gòu)內(nèi)力分析可知：（1）~（6）為拉彎桿件；（7）~（11）、（16）、（17）為軸壓桿件；（14）、（15）為軸拉桿件；（18）、（19）、（12）、（13）為零桿或近似零桿。取半部結(jié)構(gòu)（桿（1）、（2）、（3）、（7）、（8）、（9）、（12）、（14）、（16）、（18）），進(jìn)行承載力分析：2.3.2.8.1.拉彎桿件（1）、（2）、（3）驗(yàn)算:拉彎構(gòu)件的承載能力，由《木結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》可知，應(yīng)按下式驗(yàn)算：土+工V1 （5.3.1）氣fWn匚式中N、M——軸向拉力設(shè)計(jì)值（N）、彎矩設(shè)計(jì)值（N?mm）；A、W——按《木結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》第5.1.1條計(jì)算的構(gòu)件凈截面面積（mm2）、n" 凈截面抵抗矩（mm3）；f、f——木材順紋抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值、抗彎強(qiáng)度設(shè)計(jì)值（N/mm2）。設(shè)M=n，將式(5.3.1)變形可得N<-―1-—N 1 6n +

fbhfbh2〃值由內(nèi)力圖N確定。2.3.2.8.2.軸壓桿件(7)~(9)、(16)驗(yàn)算：軸心受壓構(gòu)件的承載能力，由《木結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》可知，應(yīng)按下列公式驗(yàn)算:1按強(qiáng)度驗(yàn)算(5.1.2-1)2按穩(wěn)定驗(yàn)算(5.1.2-2)式中f——木材順紋抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值(N/mm2)；N———軸心受壓構(gòu)件壓力設(shè)計(jì)值(N)；An——受壓構(gòu)件的凈截面面積(mm2)；SA0 受壓構(gòu)件截面的計(jì)算面積(mm2)，(無(wú)缺口時(shí)，取A0=A)(P 軸心受壓構(gòu)件穩(wěn)定系數(shù)(經(jīng)驗(yàn)算，結(jié)構(gòu)內(nèi)桿件均XW91)樹(shù)種強(qiáng)度等級(jí)為T(mén)C13-B當(dāng)XW91時(shí) 卜一1一 (5.1.4-3)1+㈢2

165)當(dāng)X>91時(shí) 卜拜0 (5.1.4-4)X——構(gòu)件的長(zhǎng)細(xì)比X=匕,i='—,I=竺—,A=bh;由此可得：X=、'”0

i\A12 h由上述推導(dǎo)可得：N<?4225h2+12122.3.2.8.3.(14)、(15)軸拉桿件驗(yàn)算：軸心受拉構(gòu)件的承載能力，由《木結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》可知，應(yīng)按下列公式驗(yàn)算:軸心受拉構(gòu)件的承載能力，應(yīng)按下式驗(yàn)算：N<f (5.1.1)Ant式中f——木材順紋抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值(N/mm2)；N—-一軸心受拉構(gòu)件拉力設(shè)計(jì)值(N)；A——受拉構(gòu)件的凈截面面積(mm2)。計(jì)算A時(shí)應(yīng)扣除分布在150mm長(zhǎng)度上n的缺孔投影面積。 "由上述公式可得：N<ftAn2.3.2.8.4.桿件抗剪驗(yàn)算：受彎構(gòu)件的抗剪承載能力，由《木結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》可知，應(yīng)按下式驗(yàn)算：弟<f^ (5.2.2)式中f——木材順紋抗剪強(qiáng)度設(shè)計(jì)值(N/mm2)；V———受彎構(gòu)件剪力設(shè)計(jì)值(N)，按本規(guī)范第5.2.3條確定；I——構(gòu)件的全截面慣性矩(mm4)；b——構(gòu)件的截面寬度(mm)；S——剪切面以上的截面面積對(duì)中性軸的面積矩(mm3)由上述公式推導(dǎo)可得：V<2強(qiáng)3對(duì)上述條件綜合分析：僅由材料截面特性決定的承載力指標(biāo)有：軸心抗壓承載力強(qiáng)度驗(yàn)算，軸心抗拉承載力驗(yàn)算，彎曲強(qiáng)度驗(yàn)算(本結(jié)構(gòu)沒(méi)有用到，所以計(jì)算書(shū)中并未給出其計(jì)算方法，僅以表格形式給出極限數(shù)值)，這些指標(biāo)計(jì)算以excel表格運(yùn)算給出：所用材料壓強(qiáng)，拉強(qiáng)，彎強(qiáng)，剪強(qiáng)表編號(hào)寬(mm)高(mm)軸心受拉強(qiáng)度--N(N)軸心受壓強(qiáng)度--N(N)受彎強(qiáng)度--M(N/mm"2)抗剪強(qiáng)度--V(N)甲5104005001083.33266.67乙52080010004333.33533.33丙530120015009750.00800.00甲復(fù)2101080010002166.67533.33甲復(fù)31510120015003250.00800.00乙復(fù)21020160020008666.671066.67乙復(fù)315202400300013000.001600.00丙復(fù)210302400300019500.001600.00丙復(fù)315303600450029250.002400.00調(diào)整h1，由125mm以5mm遞增至250mm，按承載力驗(yàn)算，確定最大承載和最大荷重比方案(確定計(jì)算過(guò)程詳見(jiàn)excel表格，附錄三 附表1)-11-hl與P,F的變化關(guān)系圖（hl與P,F的變化關(guān)系圖（1）承載力P—荷重比F)(P2.3.2.9.最優(yōu)解確定:由圖（1）曲線變化趨勢(shì)及附錄三一一附表1數(shù)據(jù)分析可知，當(dāng)h]=160mm時(shí)，承載力與荷重比都取得最大值，為最優(yōu)方案，方案圖為:400mmP/2VP/2P/2VI(9)yXC8)\(9)yXC8)\400.00/X174.93/17企/\(16)《）/\19):17)/\/(7):12)7S4)250.00320^/320.1625000(15)13)、U/219.3160.0(2,19.31CY219.32160.0(2,19\1 (1) 2 (2) 3 (3) 4 (4) 5 (5)6 (6)150.00 150.00 200.00 200.00 150.00曲90mm JI160m1000mm最大承載力Q=2P=2x3834=7668M荷重比F=Q/W=1617.10

2.3.2.方案二：方案及截面初選:2.3.3.2.對(duì)所需桿件截面初估：甲：(15)~(18)乙：(11)~(14)丙復(fù)2:(5)~(10)丙復(fù)3:(1)~(4)(按通長(zhǎng)桿計(jì)算)2.3.2.3.內(nèi)力計(jì)算：(使用力學(xué)結(jié)構(gòu)求解器，所需程序見(jiàn)附表二)a=400mm,h=250mm,七=155mm時(shí)，加載結(jié)果：(由方案一可知，剪切控制條件對(duì)桿件整體承載力基本沒(méi)有影響，方案二中不進(jìn)行抗剪驗(yàn)算)F圖2.3.3.4.方案分析：由方案一可知，當(dāng)h1（h1e1125,250］）變化時(shí)，結(jié)構(gòu)的內(nèi)力分布會(huì)發(fā)生變化，根據(jù)桿件的承載能力及荷重比驗(yàn)算可分析得出最優(yōu)解。方案二與方案一相比，結(jié)構(gòu)的內(nèi)力分布情況比較均勻，但荷重比相對(duì)較小。故對(duì)該結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化。優(yōu)化方案一：將（17），（18）桿去掉，連接3、9節(jié)點(diǎn)作為（17）桿，h=155mm,h=95mm1 2內(nèi)力圖：M圖

優(yōu)化方案二：將原圖做進(jìn)一步優(yōu)化，桿件布置如下圖:h=155mm,h=95mm1000m內(nèi)力圖:F圖M圖優(yōu)化方案三：在優(yōu)化方案二基礎(chǔ)上，去掉桿（17），h=155mm,h=95mm內(nèi)力圖：

七圖M圖對(duì)以上優(yōu)化方案比較得出：內(nèi)力分布方面：三個(gè)方案的內(nèi)力分布基本相同。荷重比方面：優(yōu)化方案三的荷重比明顯大于方案一與方案二。綜上所述，優(yōu)化方案三的結(jié)構(gòu)比較合理。取優(yōu)化方案三為方案二的最優(yōu)方案，配料如下：甲：（15）（16）乙：（11）~（14）丙復(fù)2:（5）~（10）丙復(fù)3:（1）?（4）（按通長(zhǎng)桿計(jì)算）2.3.3.5.承載力驗(yàn)算：對(duì)結(jié)構(gòu)內(nèi)力分析可知：（I） ?（4）為拉彎桿件；（5）~（10）、（12）、（14）為軸壓桿件；（II） 、（13）為軸拉桿件；（15）、（16）為零桿或近似零桿。

取半部結(jié)構(gòu)（桿（1）、（2）、（5）、（6）、（7）、（11）、（12）、（15）），進(jìn)行承載力驗(yàn)算，參照“2.3.2.8.承載力驗(yàn)算”，驗(yàn)算結(jié)果由excel表格形式（附錄三一一附表2）給出。調(diào)整h，由125mm以5mm遞增至250mm，按承載力驗(yàn)算，確定最大承載和最大1荷重比方案（計(jì)算過(guò)程詳見(jiàn)excel表格，附錄三 附表2）150010005000125130135140145150155160165170175180185190195200205210215220225230235240245250hl(mm)h1與150010005000125130135140145150155160165170175180185190195200205210215220225230235240245250hl(mm)h1與P，F(xiàn)的變化關(guān)系4500承載力P荷重比F1000000050322圖（2）2.3.3.6.最優(yōu)解確定:由圖（22.3.3.6.最優(yōu)解確定:由圖（2）曲線變化趨勢(shì)及附錄三一一附表2數(shù)據(jù)分析可知當(dāng)h=160mm時(shí)，承載力與荷重比都取得最大值，為最優(yōu)方案，方案圖為:400mmP/2VP/2(6)174.9(5)219321)2181160m5(15)320.16(8)200.00300.00Z6)3201617(14)(1) 2P/2VP/2(6)174.9(5)219321)2181160m5(15)320.16(8)200.00300.00Z6)3201617(14)(1) 2 (2) 3 (3) 4300.00 200.00 200.00(7)200.00iI

90mmI：12)250.002500(13)21932219(4)1000mm最大承載力Q=2P=2x3822=7644M荷重比F=Q/W=1639.542.4.方案比較及截面調(diào)整：2.4.1.最優(yōu)方案確定：從承載力角度比較，方案一的最優(yōu)方案比方案二的最優(yōu)方案高28N，承載能力基本相同；從荷重比角度比較，方案二的最優(yōu)方案高于方案一。加載試驗(yàn)最終結(jié)果由荷重比控制，則方案二的最優(yōu)方案優(yōu)于方案一，最優(yōu)方案為方案二的最優(yōu)方案。對(duì)最優(yōu)方案的承載力數(shù)據(jù)（詳見(jiàn)附錄三——附表2）分析可知，最承載力驗(yàn)算中起主要控制作用的桿件為桿（5）（10）的軸向壓力，其次為桿（11）（13）的軸向拉力。再次為桿（6）（9）的軸向壓力。為加大結(jié)構(gòu)的承載力，對(duì)結(jié)構(gòu)截面尺寸進(jìn)一步調(diào)整。截面調(diào)整：將桿（5）（10）（6）（9）調(diào)為丙復(fù)3，（11）（13）調(diào)整為丙，參照“2.3.2.8.承載力驗(yàn)算”進(jìn)行驗(yàn)算，驗(yàn)算結(jié)果由excel表格形式（附錄三一一附表3）給出。h1與F，P的變化關(guān)系圖（3）當(dāng)h=125mm時(shí)，Q=2P=2x5029=10058N,F=Q/W=1872.99,荷重比及承載1力均取到最大值，但有數(shù)據(jù)分析可知，七變化時(shí)，軸壓桿桿（7）（8）起控制作用，致使最優(yōu)高度h1=160mm變?yōu)閔1=125mm。所以在以上調(diào)整基礎(chǔ)上再做調(diào)整。2.4.2.2.將桿（7）、（8），調(diào)整為丙復(fù)3,參照“2.3.2.8.承載力驗(yàn)算”進(jìn)行驗(yàn)算，驗(yàn)算結(jié)果由excel表格形式（附錄三一一附表4）給出。配料如下：甲：（15）、（16）乙：（12）、（14）丙：（11）、（13）丙復(fù)3:（1）~（10）FF，）（P圖（4）由圖（4）曲線變化趨勢(shì)及附錄三一一附表4數(shù)據(jù)可知：當(dāng)匕=160mm時(shí)，Q=2P=2x5355=10710N,F=Q/W=1891.26當(dāng)匕=165mm時(shí)，Q=2P=2x5365=10730N,F=Q/W=1891.23綜合分析：荷重比為首要控制條件，則當(dāng)h1=160mm時(shí)方案為最優(yōu)解。方案圖為:400mmP/2P/2(6)174.9(1)300.00(5)219.322 (2) 3 (3) 4200.00 200.0011)218(15)320.16(8)200.00(7)20000I：12)250.006)320N61160m5(4)300.0017(14)25詞13)219.3290mm1000mm2?5.最優(yōu)方案配料配料如下：甲：(15)、(16)乙：(12)、(14)丙：(11)、(13)丙復(fù)3:(1)~(400mmP/2P/215(15)320.16(8)200.00(5)219322 (2) 3 (3) 4200.00 200.00(6)174.9(7)200.006)320想612)250/0015(15)320.16(8)200.00(5)219322 (2) 3 (3) 4200.00 200.00(6)174.9(7)200.006)320想612)250/001)21(1)300.001714)25WH13)A90mm160m21932 219(4)a。。.。?！?。/1000mm空間橫向支撐桿件：兩根桁架間距為200mm,為下料制作方便，桁架間的支撐統(tǒng)一采用材料乙。支撐布置形式如下圖：考慮到桁架失穩(wěn)易發(fā)生在兩翼（平面圖（5）（6）（9）（10）處），宜在此處布置多道支撐；頂部跨度較大，在頂部布置人字形構(gòu)造支撐；為防止節(jié)點(diǎn)處失穩(wěn)，需在各節(jié)點(diǎn)處布置一道支撐；底部為大跨度連續(xù)梁，在節(jié)間（1）（4）處分別兩道水平支撐?？臻g協(xié)同作用的影響，以承載力折減體現(xiàn)。2.6.模型綜合分析及破壞預(yù)估通過(guò)相關(guān)資料及網(wǎng)上桁架加載試驗(yàn)視頻分析可得出：在桁架加載試驗(yàn)中，桁架最后破壞一般不是由個(gè)別桿件壓壞而破壞，往往是整體失穩(wěn)引起節(jié)點(diǎn)處破壞，導(dǎo)致整個(gè)桁架被壓壞。所以在理論計(jì)算的基礎(chǔ)上要考慮以下幾方面因素引起的桁架破壞。制作尺寸偏差引起的初始應(yīng)力影響。對(duì)于靜定桁架，尺寸偏差不會(huì)引起初始應(yīng)力，但會(huì)引起內(nèi)力重新分布，可能會(huì)使結(jié)構(gòu)因受力不均而引起破壞；而對(duì)于超靜定結(jié)構(gòu)，制作尺寸偏差對(duì)結(jié)構(gòu)的承載影響更大，初始應(yīng)力會(huì)使結(jié)構(gòu)在未達(dá)到極限承載力前出現(xiàn)破壞。對(duì)于本組結(jié)構(gòu)，考慮制作尺寸偏差，給予承載力折減考慮。2.6.2.節(jié)點(diǎn)處制作不牢固對(duì)結(jié)構(gòu)承載的影響。本結(jié)構(gòu)在理論計(jì)算時(shí)對(duì)大部分節(jié)點(diǎn)采用鉸接處理，以此計(jì)算忽略了結(jié)構(gòu)實(shí)際節(jié)點(diǎn)傳來(lái)的彎矩影響。在桿件中實(shí)際干端彎矩對(duì)結(jié)構(gòu)破起了一定作用，由于彎矩很小則影響不大。當(dāng)桿件將要達(dá)到破壞臨界狀態(tài)時(shí)，桿端存在的彎矩將會(huì)使它比別的截面更容易出現(xiàn)破壞現(xiàn)象。因此，對(duì)節(jié)點(diǎn)處彎矩因素不考慮折減，但要考慮節(jié)點(diǎn)處更容易破壞。節(jié)點(diǎn)處不牢固則更容易使結(jié)構(gòu)發(fā)生破壞，所以要對(duì)節(jié)點(diǎn)處進(jìn)行加固處理。加載不規(guī)范引起的結(jié)構(gòu)整體失穩(wěn)破壞。當(dāng)結(jié)構(gòu)承載達(dá)到一定程度時(shí)，微小擾動(dòng)會(huì)造成構(gòu)件整體失穩(wěn)破壞。對(duì)于本結(jié)構(gòu)（對(duì)稱結(jié)構(gòu)），加載時(shí)出現(xiàn)的荷載不均或加載過(guò)急引起的沖擊力會(huì)引起結(jié)構(gòu)失穩(wěn)，提前出現(xiàn)破壞?？紤]此因素給予折減考慮。2.6.4.對(duì)于材料力學(xué)性質(zhì)不統(tǒng)一引起的結(jié)構(gòu)承載力下降影響。結(jié)構(gòu)中同種受力性質(zhì)桿件剛度不均會(huì)造成結(jié)構(gòu)受力不均，所以要避免出現(xiàn)此種情況，對(duì)材料要嚴(yán)格把關(guān)。桁架的空間協(xié)同作用對(duì)結(jié)構(gòu)承載力的影響。兩棉桁架通過(guò)支撐搭接在一起，由于各種因素綜合影響，搭接處會(huì)出現(xiàn)集中力作用，使得桁架承載力降低，從而造成結(jié)構(gòu)提前破壞。綜合上述分析，參照有關(guān)資料，對(duì)本模型實(shí)際承載力折減系數(shù)取為9=0.65，則本模型的預(yù)估承載力為：Q實(shí)=9-Q=0.65x10710=6961.5N預(yù)估破壞截面：經(jīng)理論計(jì)算可知，最優(yōu)方案的承載力控制桿為（2）（3），則估計(jì)結(jié)構(gòu)在2或4節(jié)點(diǎn)處發(fā)生破壞。模型評(píng)價(jià)：3.1.本模型設(shè)計(jì)基于加載間距為400mm，桁架最高點(diǎn)與最低點(diǎn)距離250mm。這樣取值只考慮到結(jié)構(gòu)承載力為最大，而未考慮結(jié)構(gòu)荷重比的影響。大量數(shù)據(jù)顯示，荷重比與承載力在結(jié)構(gòu)選取合理的前提下取值基本成正相關(guān)性，所以本結(jié)構(gòu)接近于最優(yōu)方案。3.2.利用結(jié)構(gòu)求解器求解，具有求值快速、方便的特點(diǎn)，但因?yàn)槠洳荒芮蠼夂粗獏⒘康慕Y(jié)構(gòu)，所以造成本結(jié)構(gòu)分析時(shí)只能以5mm（為制作模型方便）為單位進(jìn)行變化，去尋找最優(yōu)解的大致區(qū)間。最終可能會(huì)造成求解的一定偏差，不過(guò)對(duì)最終結(jié)果影響不大。建議采用手算方式進(jìn)行結(jié)構(gòu)計(jì)算，這樣可取到精確的最優(yōu)解，但實(shí)際操作所耗時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，對(duì)于短時(shí)間計(jì)算并不現(xiàn)實(shí)，所以本組模型采用試算求解法。3.4.本隊(duì)對(duì)模型數(shù)據(jù)處理時(shí)發(fā)現(xiàn)，同種受力性質(zhì)桿件（除去近似零桿）選取的材料剛度越接近，結(jié)構(gòu)受力越合理?？砂创艘?guī)律對(duì)本結(jié)構(gòu)繼續(xù)進(jìn)行優(yōu)化。參考文獻(xiàn)1、《木結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》 GB50005-20032、《結(jié)構(gòu)力學(xué)》 高等教育出版社3、《建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)件設(shè)計(jì)》 中國(guó)建材工業(yè)出版社附錄附錄一：方案一程序源碼（結(jié)構(gòu)力學(xué)求解器）變量定義,h=250,a=400,l=150結(jié)點(diǎn),1,0,0結(jié)點(diǎn),2,1000/4-a/4,0結(jié)點(diǎn),3,1000/2-a/2,0結(jié)點(diǎn),4,500,0結(jié)點(diǎn),5,500+a/2,0結(jié)點(diǎn),6,3000/4+a/4,0結(jié)點(diǎn),7,1000,0結(jié)點(diǎn)生成,1,6,2,2,1,0,l結(jié)點(diǎn)生成,1,5,6,6,1,0,l結(jié)點(diǎn)生成,1,6,3,3,1,0,h結(jié)點(diǎn)生成,1,5,5,5,1,0,h單元,1,2,1,1,1,1,1,1單元,2,3,1,1,1,1,1,1單元,3,4,1,1,1,1,1,1單元,4,5,1,1,1,1,1,1單元,5,6,1,1,1,1,1,1單元,6,7,1,1,1,1,1,1單元,1,8,1,1,0,1,1,0單元,8,9,1,1,0,1,1,0單元,9,10,1,1,0,1,1,0單元,10,11,1,1,0,1,1,0單元,11,7,1,1,0,1,1,0單元,2,8,1,1,0,1,1,0單元,6,11,1,1,0,1,1,0單元,3,8,1,1,0,1,1,0單元,5,11,1,1,0,1,1,0單元,3,9,1,1,0,1,1,0單元,5,10,1,1,0,1,1,0單元,4,9,1,1,0,1,1,0單元,4,10,1,1,0,1,1,0結(jié)點(diǎn)支承,7,2,0,0,0結(jié)點(diǎn)支承,1,1,0,0變量定義,E=9000,A1=5*10,A2=5*20,A3=5*30單元材料性質(zhì),1,6,E*A3*3,E*33750,0,0,-1單元材料性質(zhì),7,11,E*A3*2,E*22500,0,0,-1單元材料性質(zhì),14,17,E*A2,E*3333.33,0,0,-1單元材料性質(zhì),12,13,E*A1,E*416.66,0,0,-1單元材料性質(zhì),18,19,E*A1,E*416.66,0,0,-1尺寸線,1,50,50,9.6,.5,0.5,0,-150.8233,1000mm,1000,-150.8233尺寸線,1,50,50,13,.5,0.5,500-a/2,414.6823,a,1000/2+a/2,414.6823尺寸線,1,50,50,9.6,.5,0.5,1140.3790,0,h1,1140.3790,l尺寸線,1,50,50,9.6,.5,0.5,1140.3790,l,h2,1140.3790,h結(jié)點(diǎn)荷載