第十一届同济大学大学生结构设计与模型竞赛(计算书)
结构模型大赛计算书
第十一届结构设计竞赛计算书队伍名称：1作品名称：2队伍成员：3目录一、设计说明 (4)1.1概述 (4)1.2材料性能分析 (4)1.2.1 竹材 (4)1.2.2 胶水 (5)二、结构方案概念设计 (5)2.1概述 (5)2.2框架设计 (5)三、模型制作设计与构造 (6)3.1总设计效果图 (6)3.2主要连接图 (8)四、结构计算分析 (11)4.1迈达斯软件模型电算 (11)五、模型重量及材料表 (23)5.1材料表 (23)六、施工流程说明 (24)七、关键问题及对策预案 (25)八、参考文献 (25)一、设计说明1.1 概述本次竞赛模型为一大跨度结构，采用竞赛组委会提供的规格的木质材料和502胶水制作，具体结构形式不限。
此次跨度结构需满足竞赛组委会规定的净空要求: 下底宽500mm，净高165mm，侧高75mm，上底宽250mm；使用净空的平面宽度为300mm；并且比赛设有加载测试，需通过加载测试后，以各组模型重量为标准得出模型得分。
竞赛的目的是为了在全面满足竞赛要求的前提下，通过合理设计模型的结构形式实现较大的结构强度、刚度以及稳定性，以承受静荷载和横向动荷载的作用，并且做到整个结构的质量尽可能小。
整个分析设计过程需要综合运用结构力学和材料力学等相关的知识。
1.2 材料性能分析1.2.1 木材本次竞赛中使用的木材均为桐木条，有三种规格：2×2mm、2×4mm、2×6mm、2×8mm、1×55mm、5×8mm。
木材有顺纹与横纹之分，顺纹力学性能较好，抗拉强度达到60MPa，横纹力学性能则较差。
在设计与制作过程中，我组充分利用木材顺纹的抗拉性能，尽量减小对木纤维的破坏。
与其它材料相比，木材的延性较好，设计时做了充分的考虑。
1.2.2 胶水根据赛题规定，502 胶水用作主体结构的粘结，涂胶的质量直接影响整个结构的性能，涂胶时应做到少量、均匀。
赛题 第十届同济大学大学生结构设计与模型竞赛
θi 安装角（°）
表 1 分段对应翼型弦长和安装角
转动中心(0,0)
3 2 1 4 6 8 10 12 14 5 7 9 11 13 15 17 16
C-C
0°时翼型截面
点 1 2 3 4 5 6 7 8 9
X -0.42029 -0.41628 -0.31221 -0.31221 -0.20814 -0.20814 -0.10407 -0.10407 0.00000
Y -0.05659 0.04975 -0.05384 0.02740 -0.03963 0.00000 -0.02136 -0.01221
表 2 叶片翼型面坐标（对应单位坐标系）
八、附图
九、实物照片
鼓风机
连接件侧立面
连接件正立面
发电机
第十届同济大学大学生结构设计与模型竞赛
竞赛赛题
第十届同济大学大学生结构设计与模型竞赛委员会
2009.8.5
一、竞赛模型 定向木结构风力发电塔（如图） ，塔身高 0.8m，叶片（数量不限）组成的叶轮直径 0.8m。
A
发电功率测量系统 竞赛模型示意图
A A-A
二、模型介绍 1. 塔身 塔身为竞赛主结构，需满足以下要求： 1) 塔身高 0.8m，顶点高度实际误差不大于+1mm。外形不影响叶轮运转，在叶轮高度范围内必须 是中心对称形体。 2) 具有足够的承载能力。 3) 具有规定的刚度。 4) 与塔顶标准发电机底座连接可靠。 5) 与塔底标准底座连接可靠。 2. 叶片和叶轮 叶轮由叶片均匀布置、形状数量不限构成。附录为三叶叶片的参考数据。 三、装置说明 1. 发电机 发电机采用 CFX-03 型标准发电机，质量 4.47kg，底板及立面详见附图。 2. 风叶连接件 连接件质量 0.3kg，详见附图。 3. 发电功率测量系统 发电功率测量系统由导线、负载、功率计组成。导线所受风力不能传递到塔身，由支架承受。
2017年广东省大学生结构设计竞赛暨第十一届全国大学生结构设计竞赛
模型柱脚的夹具，结构底部必须设置每边伸出长度为 50~55mm、不超过 25mm 高度的基础结构，基础结构需 有如图 30mm 水平段用于固定压条；选手自己旋紧钢方 通夹具螺栓，若安装时自己破坏了柱脚，不得临时再做 修补。
本色侧压单层复压竹皮 2 张
竹材力学性能参考值：弹性模量 1.0×104MPa，抗拉强度 60MPa。
(2) 502 胶水：用于模型结构构件之间的连接，限 10 瓶。
(3)制作工具：美工刀 3 把、剪刀 2 把、镊子 2 把、滴管若干、铅笔两支、钢尺（30cm）
以及丁字尺（1m）各一把、三角尺（20cm）一把。
4.2 模型挠度的测量
在对每个模型的每一级加载过程中，通过位移测量装置对结构模型进行实测。本次竞赛 采用的加载设备所允许的加载点处的最大位移为垂直向下[w]=20mm。位移测试点设置在如图 1 的加载条临近的外侧小凸起处（或加载条处），放大后如下图 5 所示的测试点。[若加载条 在上弦杆，则移至如图上弦小凸起处]
(1) 计算内容的完整性
(共 6 分)
(2) 图文表达的清晰性、规范性
(共 4 分)
注：计算书要求包含：结构选型、结构建模及主要计算参数、受荷分析、节点构造、模
型加工图(含材料表)。
B. 结构选型与制作质量
(1) 结构合理性与创新性
(共 3 分)
(2) 模型制作美观性
(共 2 分)
C. 现场表现
(1) 现场陈述
6.2 赛前准备
(1) 称量模型的质量 MM(精度 0.1g)。 (2) 将模型安装在底座梁上，并安装加载条，准备进行加载。 (3) 以上过程由各队自行完成，赛会人员负责监督、标定测量仪器和记录。如在此过程 中出现模型损坏，则视为丧失比赛资格。
第十一届同济大学大学生结构设计与模型竞赛(计算书)
设计者学号姓名组长0807X X于发扬组员080767周胤卓080774徐佳琦目录一、设计说明 (3)1、结构简介 (3)2、材料与工具 (3)3、加载要求 (3)二、设计过程 (4)1、整体概念 (4)2、基本设计 (4)3、最终模型 (5)3.1 柱子 (5)3.2 梁 (5)3.3 拉索 (6)三、结构分析与计算 (6)1、各杆件规格 (6)2 柱子整体参数 (7)3 荷载计算 (8)一、设计说明1、结构简介该结构模型是体育场看台上部悬挑屋盖结构，包括下部看台、过渡钢板和上部挑篷结构三部分。
其中自行设计制作的是挑篷结构，并通过螺栓与过渡钢板连接。
过渡钢板与看台则通过螺栓连接。
挑篷包括支承骨架和围护材料两部分。
其中支承骨架为空间桁架结构，受到几何尺寸以及重量的限制；围护材料采用120g 布纹纸，要求不得露出缝隙。
为了达到更好的承载效果，本结构整体采用了7排平面桁架组合而成的空间桁架，并辅以拉索（以木条制成）提高承载力，充分利用了可用空间，并在很大程度上提高了结构的承载能力；由于木条在拉伸中变形较小，位移也有所减小。
同时，在经过仔细计算分析后，将部分桁架内部杆件减重或去除，以减轻整体结构的重量。
2、材料与工具（1）木材：桐木，长1250mm ；截面规格（mm ×mm ）：2×2、2×4、2×6，4×6；1×55； 木材力学性能参考值：顺纹弹性模量 E=1.0×104MPa，顺纹抗拉强度 30MPa 。
（2）布纹纸密度：120g/m 2、M4螺栓（无垫片） （3）胶水：502胶水（4）制作工具：美工刀、钢尺、砂纸、锉刀、改锥、小型锯子、砂轮机、打孔机等。
3、加载要求（1）在距悬挑屋盖前缘50mm 处缓慢施加一重物加载条，测量屋盖前端在重物荷载作用下的竖向位移，记为d1。
重物加载条为钢质，截面20mm×20mm，长600mm ，重约1.88kg ，在屋面上沿垂直悬挑方向放置，测量完毕后取下。
2020年全国大学生结构设计竞赛计算书
1结构建模及主要参数本结构采用MIDAS进行结构建模及分析。
1.1midas结构模型利用有限元分析软件midas建立了结构的分析模型，模型采用梁单元建立，如图1-1所示。
(a) 结构分析模型三维轴测图(b) 结构分析模型侧面图(c) 结构分析模型立面图(d) 结构分析模型平面图图1-1 模型图1.2结构分析中的主要参数在midas建模分析中，对主要参数进行了如下定义：（1）材料部分：竹皮的弹性模量设为6000N/mm2，抗拉强度设为60N/mm2；（2）几何信息部分：桁架杆件采用了矩形截面，截面尺寸有两种，第一种（高6mm，宽6mm，厚度1mm）；第二种（高12mm，宽6mm，厚度1mm）。
虚拟梁采用矩形截面截面，截面尺寸：高4mm，宽4mm。
（3）荷载工况部分：根据赛题规定，可能有4种荷载工况。
第一级荷载为GA1=90N、GA2=90N、GB1=90N、GB2=90N、GC1=90N、GC2=90N、GD1=90N、GD2=90N，第二级荷载为GA1=90N、GA2=0N、GB1=180N、GB2=90N、GC1=90N、GC2=90N、GD1=90N、GD2=90N，第三级荷载为GA1=90N、GA2=0N、GB1=0N、GB2=270N、GC1=90N、GC2=90N、GD1=90N、GD2=90N，第四级荷载为50N的移动荷载，并保持第三级荷载不变。
（4）结构支座部分：支座节点位置全部使用固结约束。
2受力分析2.1强度分析（1）第一级荷载在第一级荷载作用下，查看结构的梁单元内力图。
经分析，其应力情况如图2-1所示，可知：结构最大拉应力为17.59MPa，最大压应力为-20.01MPa，结构满足材料强度要求。
图2-1 第一级荷载下梁单元应力（2）第二级荷载在第二级荷载作用下，查看结构的梁单元内力图。
经分析，其应力情况如图2-2所示，可知：结构最大拉应力为20.18MPa，最大压应力为24.78MPa结构满足材料强度要求。
2016同济大学土木工程本科毕业设计-框架结构设计计算书终稿
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毕业设计（论文）报告纸
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毕业设计（论文）报告纸
楼面构造做法：20mm 厚水泥砂浆面层，20mm 厚混合砂浆天棚抹灰。 屋面构造做法：20mm 厚水泥砂浆打底，二毡三油加绿豆砂防水面层，20mm 厚混合砂浆天棚抹灰。 墙身做法：外墙及楼梯间防火墙采用蒸压粉煤灰加气混凝土砌块：厚 240mm ；内墙采用蒸压粉煤灰加气混 凝土砌块：厚 180mm。墙身两侧各 20mm 厚混合砂浆抹灰，外墙防水涂料二度。 楼梯构造做法：水磨石面层，20mm 厚混合砂浆板底抹灰。 女儿墙做法：女儿墙厚 200mm。主体结构处女儿墙为 0.85m 高蒸压粉煤灰加气混凝土砌块墙，0.25m 高混凝 土压顶；出屋面楼梯间女儿墙为 0.45m 高蒸压粉煤灰加气混凝土砌块墙，0.25m 高混凝土压顶。 基础做法：采用柱下条形基础，沿结构纵向布置，基础顶面标高-1.000m，基础埋深 1.45m。 2 结构设计总说明 2.1 材料容重 二毡三油加绿豆砂 水磨石面层 石灰砂浆容重（抹灰） 水泥砂浆容重 钢筋混凝土容重 蒸压加气混凝土砌块容重 门窗容重 2.2 材料选用 混凝土：基础底面采用 C10 素混凝土垫层，其余结构及基础采用 C30 混凝土（） ； 钢筋：梁、柱中受力纵筋采用 HRB400 钢筋（3 级钢， ） ；其他钢筋除特殊说明外均采用 HPB300 钢筋（1 级 钢， ） 。 2.3 保护层厚度 本工程上部结构的板的纵向受力钢筋的保护层厚度为 20mm； 梁、 柱的纵向受力钢筋的保护层厚度为 35mm； 基础底面的保护层厚度为 40mm。施工中应采取措施保证；混凝土中的水泥用量、水灰比等均应满足结构混凝土 耐久性的要求。 2.4 钢筋的锚固、截断与连接 本工程中所有钢筋的锚固长度均按规范或图集取用。 梁支座截面的负弯矩钢筋自柱边缘算起的长度应大于 1/4ln(ln 为梁的净跨)。 框架柱钢筋的连接，一律采用等强度对焊焊接。 2.5 后砌隔墙与框架柱的连接 后砌隔墙与框架柱的连接：在砌筑的相应位置，在柱内预埋 2A 6 插筋，沿高度 300—500mm 一道，埋入长 度≥200mm，伸出柱外长度 500mm。 2.6 其它 在结构施工时，其他各工种如电气、管道等均应配合施工，不得在结构施工后随意开洞。 本说明中未尽事宜，应遵照有关国家标准、施工规范和操作规程进行；施工中出现问题应及时联系，协商 解决。 【关键词】 钢筋混凝土框架结构，结构设计，弯矩分配法，抗震。
同济大学2018年学科竞赛立项项目
同济大学2018年学科竞赛立项项目任务书项目名称：第十一届全国大学生节能减排社会实践与科技竞赛项目负责人：李翠，周伟国时间： 2018.08为切实加强对大学生学科竞赛立项项目的管理，提高学生创新和科研能力，确保竞赛项目取得优异成绩，对大学生学科竞赛立项项目的工作管理承诺如下：1.立项项目采取项目负责人负责制。
各项目负责人应加强项目管理，制订竞赛实施方案，做好参赛的培训和组织工作。
为参赛学生提供赛前训练和必需的物质、技术条件，以及竞赛期间的安全和协调工作，赛事结束后及时向本科生院提交总结报告和经费决算。
2.立项项目资助经费由项目负责人根据竞赛工作合理、科学和规范的使用，依据学校财务管理规定核销，不足部分由承办学院承担，学院分管领导作为经费负责人负责监管和协调。
竞赛专项经费主要用于竞赛所需的宣传费、报名费、资料费、命题评审费、监考费、阅卷费、竞赛有关人员的外出参加竞赛有关的学术会议的费用、举办竞赛工作人员劳务费、竞赛所需元器件和耗材购置费及加工费、学生外出参加集中竞赛差旅费等相关开支。
（参照后表预算编制说明）3.各学院应高度重视大学生学科竞赛工作，充分认识大学生学科竞赛对专业建设、教学改革和人才培养的作用，大力支持学科竞赛活动，为学科竞赛的工作开展创造条件，认真组织和开展所负责的项目，及时总结，进一步优化竞赛方案，确保竞赛效果。
4.学校将于年末对项目成果进行考核，考核结果作为下一年度大学生学科竞赛立项项目和资助额度的重要依据。
5.《同济大学2018年学科竞赛立项项目任务书》，一式三份，学院、项目负责人、学校各一份。
专项预算编制说明：请按照下列专项经费说明编制预算，请充分考虑，据实列支一、人员费、劳务费1.人员经费：评审费、命题费、阅卷费、监考费2.承办竞赛组织筹备工作人员劳务费3.学生酬金支付给学生的劳务酬金。
二、图书、材料购置费1.材料、低值易耗品购置费实验材料、低值易耗品发生的支出。
2.图书资料购置费图书及文献资料支出。
同济大学地下混凝土结构课程设计计算书详解
1.1.2 荷载计算 20mm 厚水泥砂浆面层 100mm 钢筋混凝土板 15mm 混合砂浆天棚抹灰
永久荷载设计值
可变荷载设计值
合
计
0.02×20=0.40 kN/m2 0.10×25=2.50 kN/m2 0.015×17=0.26 kN/m2
3.16 kN/m2 g=1.2×3.16=3.79 kN/m2 q=1.3×8.00=10.4 kN/m2
1.086
0.0346 8.99 2.22
my 0.0754 5.2 2.22
3.403
0.00998.99 2.252 0.0131 5.2 2.252 0.796 0.03398.99 2.252 0.0506 5.2 2.252 2.875
0.0090 8.99 2.22 0.0285 5.2 2.22 1.110 0.0350 8.99 2.22 0.0647 5.2 2.22 3.151
14.19 kN/m2
1.1.3 设计计算 跨中最大正弯矩在可变荷载为棋盘形布置时，简化为当内支座固定时
g g q 作用下的跨中弯矩与当内支座铰支时 q q 作用下的跨中弯矩之和。支
2
2
座最大负弯矩按可变荷载满布时求得，即内支座固定时 g q 作用下的支座弯支座。平面布置简图如图 1
0.00968.99 2.252 0.0152 5.2 2.252 0.837 0.03438.99 2.252 0.0460 5.2 2.252 2.772
mx
0.2 my
1.767 3.620
1.371 3.034
1.740 3.373
1.391 2.939
mx
0.057114.19 2.22
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设计者学号姓名组长0807X X于发扬组员080767周胤卓
080774徐佳琦
目录
一、设计说明 (4)
1、结构简介 (4)
2、材料与工具 (4)
3、加载要求 (4)
二、设计过程 (5)
1、整体概念 (5)
2、基本设计 (5)
3、最终模型 (6)
3.1 柱子 (6)
3.2 梁 (6)
3.3 拉索 (7)
三、结构分析与计算 (7)
1、各杆件规格 (7)
2 柱子整体参数 (8)
3 荷载计算 (9)
一、设计说明
1、结构简介
该结构模型是体育场看台上部悬挑屋盖结构，包括下部看台、过渡钢板和上部挑篷结构三部分。
其中自行设计制作的是挑篷结构，并通过螺栓与过渡钢板连接。
过渡钢板与看台则通过螺栓连接。
挑篷包括支承骨架和围护材料两部分。
其中支承骨架为空间桁架结构，受到几何尺寸以及重量的限制；围护材料采用120g 布纹纸，要求不得露出缝隙。
为了达到更好的承载效果，本结构整体采用了7排平面桁架组合而成的空间桁架，并辅以拉索（以木条制成）提高承载力，充分利用了可用空间，并在很大程度上提高了结构的承载能力；由于木条在拉伸中变形较小，位移也有所减小。
同时，在经过仔细计算分析后，将部分桁架内部杆件减重或去除，以减轻整体结构的重量。
2、材料与工具
（1）木材：桐木，长1250mm ；
截面规格（mm ×mm ）：2×2、2×4、2×6，4×6；1×55； 木材力学性能参考值：顺纹弹性模量 E=1.0×104MPa，
顺纹抗拉强度 30MPa 。
（2）布纹纸密度：120g/m 2
、
M4螺栓（无垫片） （3）胶水：502胶水
（4）制作工具：美工刀、钢尺、砂纸、锉刀、改锥、小型锯子、砂轮机、打孔机等。
3、加载要求
（1）在距悬挑屋盖前缘50mm 处缓慢施加一重物加载条，测量屋盖前端在重物荷载作用下的
竖向位移，记为d1。
重物加载条为钢质，截面20mm×20mm，长600mm ，重约1.88kg ，在屋面上沿垂直悬挑方向放置，测量完毕后取下。
（2）在悬挑屋盖前1m 处设置一鼓风机，进行两档风速加载，第一档为9m/s ，第二档为12m/s 。
测量并记录9m/s 风速下屋盖前端的位移时程，根据3.2
节的数据处理方法得到得到结
图1
构的风振极值响应，记为d2。
（3）进行12m/s 风速加载，考察模型的极限承载能力，模型出现损坏（标志为模型任何构件
包括覆面材料或连接发生明显破损）即视为比赛失败。
二、设计过程
1、整体概念
根据比赛规则及限制，为了达到更好的承载效果，本结构采用了7排平面桁架组合而成的空间桁架。
对于每一平面桁架，利用三角形桁架结构不易变形的特点，以其作为挑蓬的粱，充分利用了可用空间。
并在第2、4、6排平面桁上端辅以拉索结构提高挑蓬上部承载力，以期减小加载时的位移。
2、基本设计
7排平面桁架采用两种形式交替相连结，其中3排为带拉索的结构，4排为普通结构，4排普通结构通过连杆将力传递至带拉索的结构。
基本思路是利用拉索的抗拉能力承受主要荷载，以期降低对其它结构的抗载要求，节约材料。
基本设计如下：
如图2所示，带拉索的结构用木片错开于两边分别连接梁与柱，前部拉索中间密外侧疏，最中间一排桁架采用两根带有类似牛腿结构的柱子固定拉索，两边则将柱子断开分别与梁连接。
拉索与梁连接的最前端原本有70mm 的平坦部分，后经计算改为100mm 。
其余部分与另外4排普通桁架结构相同。
图2
3、最终模型
3.1 支座
支座作为整体结构的支撑部分，根据题目要求可通过螺栓与地面连接（认为是刚接），主要承受压力，弯矩和部分扭矩。
因承受弯矩，柱子的I 较大时位移较小，故柱子的主要重量集中在四周。
柱子由7个平行的桁架连接而成，每一片桁架如右图所示。
为防止柱子的失稳，在柱子的三等分点处设置横隔板，横隔板之间加剪刀撑。
3.2 梁
梁在挑蓬结构中主要承受弯矩，部分扭矩。
通过502胶水与柱子连接，因此连接处视为铰接。
由于整体结构中梁受的弯矩较大，产生的位移也较大，因此，梁采用较稳定的三角型构造，斜边在下，以减小位移，同时把部分梁上的弯矩转化为对于木结构较为有利的轴力。
同时，部分梁上部以拉索的形式减小位移。
梁分为3排带拉索的结构（如上图A ）和4排普通结构（如上图B ），交替排列，4排普通结构通过连杆将力传递至带拉索的结构。
内部杆件如上图所示，7排桁架之间的连接方式如下图所示：
图B
图
A
3.3 拉索
拉索作为该结构的辅助配件，主要承受拉力，再加上风荷载时会承受部分压力。
但由于自重小，可承受的拉力大，拉索便成为了较为重要的一部分，拉索由木片制成，通过502胶水与梁相连。
拉索的排布为中间密外侧疏。
前端距离挑蓬最前缘100mm。
拉索排布如下图：
三、结构分析与计算
1、各杆件规格
2 柱子整体参数
3 荷载计算
（黑色表示变形，红色是弯矩，蓝色是剪力，绿色是轴力，关键处有数值）1框架部分静荷载下受力及变形情况
2.静荷载下整体受力情况及变形情况
3.风荷载下整体受力及变形（定性）。