第五届全国大学生结构设计竞赛优秀奖作品
第五届全国大学生结构设计竞赛一等奖作品
第五届全国大学生 结构设计竞赛计 算 书目 录1结构选型 (1)1.1需求分析 (1)1.1.1 力学 (1)1.1.2 美学 (1)1.2结构选型 (2)1.2.1 竖向承重体系 (2)1.2.2 横向抗侧力体系 (2)1.3方案效果图 (3)2结构建模及主要计算参数 (4)2.1分析假定 (4)2.2材料参数及几何模型 (4)2.2.1 材料参数 (4)2.2.2 几何模型 (5)2.3有限元建模 (7)2.3.1 单元选择及节点处理 (7)2.3.2 静、动力参数 (7)2.3.3 有限元分析模型 (8)3结构受荷分析 (9)3.1静力分析 (9)3.1.1 位移 (9)3.1.2 内力 (9)3.2动力时程分析 (10)3.2.1 质量源及节点束缚 (10)3.2.2 模态分析 (10)3.2.3 位移和内力 (11)3.3结构稳定分析 (15)4节点构造 (15)4.1支座节点 (15)4.2梁柱节点 (16)5模型加工图及材料表 (16)5.1模型加工图 (16)5.2材料表 (17)6铁块分布详图及水箱注水重量 (18)6.1铁块分布详图 (18)6.2水箱注水重量 (18)附件A 模型及节点实物图 (19)附件B 模型设计施工图 (20)1.1需求分析本次结构设计竞赛赛题为采用竹材和502胶水制作一个多层房屋结构模型，要求所制作的模型不但要能够承受顶部水箱和各楼层铁块的静力荷载，而且必须能够承受模拟地震动的动力荷载。
虽然赛题对结构的具体变形没有多加限制，但是对每级荷载加载时的模型失效制定了判定准则。
为了保证不出现模型失效，必须严格控制结构的绝对位移和层间位移。
因此，设计出来的结构模型必须是一个在满足竞赛要求的前提下，运用空间结构的构造方法和结构力学、材料力学等相关力学知识所设计出的材料消耗最少、同时结构强度和刚度能够满足竞赛要求的结构模型。
以下结合力学和美学对结构方案进行需求分析。
结构设计大赛计算书
竹子公寓（第五组作品）（四川大学）一结构选型由于本次竞赛结构需承受地震作用，而框筒结构具有很好的减震效能的效果，并且加强了结构整体性，这在当今高层建筑结构体系中应用广泛。
考虑到本次竞赛加载评分中模型质量对结构得分很有影响，因此在保证结构稳定，满足承载要求的前提下，尽可能的节省材料给便显得尤为重要。
处于此考虑，我们摒弃了耗费材料的剪力墙结构，拟先采用通俗的框结构模拟指导。
二概念设计考虑到此次比赛用材料为竹皮，存在竖向纹理，材料各向异性。
且厚度最后只有0.5mm，因此无论圆柱或者方形柱均需耗费较大的胶水，并存在施工难度大的问题，因此我们想到柱子采用4-角钢的形式。
很好的利用材料的纹理，提高了柱子的竖向承载力。
本次比赛需在楼层上加上铁块，因此核心筒的设计需要尽量减少对板面积的影响，考虑连接的方便，以及结构整体的协调，采用核心柱，与角柱对应，加强整体结构性的同时，使得结构外观更加协调。
结构截面形式如下图：初步选型就常规的框筒结构而言，其结构的设计的基本出发点在于柱、梁以及斜撑的连接组合设计与核心筒设计，因此针对设计要求对结构进行预设，并模拟优化显得十分必要，我们经讨论准备先从梁柱的设计和斜撑的布置着手，对下面的方案利用midas进行模拟分析，对比优化后得出最后方案。
设计方案一：通过对本次荷载的初步估算，估计柱子的宽度先采用25mm*25mm的角钢柱，核心筒为圆形直径为20mm，壁厚5mm，柱子从基础顶面至地面为竖直，柱，核心筒均整体施工，以加强整体性，对抗震有利。
考虑到铁块加载以及顶部水箱，楼层高度设计为渐变式，从底层至上为280mm，250mm,240mm,230mm。
由于采用了角钢型柱子，梁柱的连接就大为方便，更简洁结实，因此采用材料较省，惯性矩较大很承受较大弯矩的T型梁，这样梁柱对接只需天然夹紧，涂以502速干胶便可。
斜撑采用Z字型，能加强柱与柱之间的连贯性。
通过midas模拟结构得出，核心筒的受力较小，柱子的承载能力能够很好的满足设计要求，存在材料的较大浪费，且圆形核心筒过大的占用了楼层面积，对铁块的布置影响很大。
第1~4届全国大学生结构设计竞赛回顾
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3.4 第四届
题目：竞赛模型为体育场看台上部悬挑屋盖结构，采用 木质材料制作，具体结构形式不限。模型包括下部看台、 过渡钢板和上部挑篷结构三部分。
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第1~4届全国大学生结构设计竞赛回顾 兼学校结构赛培训
陈庆军
博士、副教授、硕士生导师 国家一级注册结构工程师
注册岩土工程师
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2011.10.13
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一、概况
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叶片类型
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结构类型
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第三届全国大学生结构设计竞赛 第一名：西南交通大学
巨大的叶片是成功的关键 结构体系是普通的桁架结构
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非常合理地计算了比赛规则
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第三届全国大学生结构设计竞赛 第二名：湖南大学 6叶片是成功的关键 结构采用前倾形状，避免叶片打 到结构
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一些队伍失败的原因 （1）小叶片导致无法启动，亦有如叶片攻角没设 置好而导致功率偏低。 （2）如叶片根部连接处不牢靠使得叶片折断导致 叶片破坏； （3）如叶片变形过大碰到塔架损坏的； （4）有一支队伍由于搬运时的失误造成模型在加 载前先出现破坏
结构设计竞赛郑州大学作品
为了满足承载力及抗侧移和整体稳定性的要求， 我们选择柱子做 成通柱，并将每层的深梁分别插入柱子上预留的洞口中。此结构能够 充分发挥材料的强度与刚度，力求结构的最大作用效能。柱底加地圈 梁，增加主体结构与地板的接触面积，以增强结构的整体稳定性。加 上柱间支撑，以增强结构的抗侧移刚度，使结构各向刚度分布均匀， 以提高结构的整体稳固性。 屋顶上的水箱利用自身惯性则起到 TLD 减 震器的作用，以减少房屋的侧向位移，增强机构安全性。
表1 备注
（mm） (mm) 3 3 3 3 3 3 1.8 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5
一二 三层 楼板 去除 四角
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2. 理论分析
此次结构分析， 借助 Ansys 有限元结构分析软件进行了模拟分析 所建立的有限元模型如图 12。 1
ELEMENTS OCT 17 2011 09:58:05
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图 1.一层平面图
图 2.二层平面图
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图 3.三层平面图
图 4.四层平面图
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图 5.水箱布置
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图 6.剖面图
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图 7.立面图 1
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图 8.立面图 2
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图 9.柱的组成片
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图 10 柱的组成片
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图 11.梁柱板节点构造
结构材料 种类 长 ( mm) 楼板 深梁 地梁 柱板 1 柱板 2 柱板 3 支撑 220 155 187 997 997 997 30 宽 (mm) 220 15 20 40 37 34 20 高 竹板厚 粘贴层 数 5 5 5 5 5 5 3 4 16 4 4 8 4 12 个数
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全国大学生结构设计竞赛
全国大学生结构设计竞赛一、竞赛背景和意义全国大学生结构设计竞赛是一项旨在提高大学生结构设计能力和促进结构工程教育发展的赛事。
作为结构工程领域的重要赛事之一，该竞赛通过学生自主设计与创新，促使大学生在结构设计方面进行深入研究与实践，提高他们在结构工程领域的综合素质、实践能力和创新意识。
二、竞赛组织与规模全国大学生结构设计竞赛由中国工程院、中国土木工程学会、全国高等院校土木工程学科教学指导委员会和多家建筑与结构工程企事业单位共同主办。
竞赛每年举办一次，参与的高校包括全国各级建筑类和土木类高等院校，竞赛规模庞大。
三、竞赛内容和形式1. 竞赛内容全国大学生结构设计竞赛的内容主要包括桥梁、楼房、结构材料等多个方面的设计。
参赛选手需要根据题目要求进行设计并提交设计方案，在限制条件下完成结构设计的有效性和经济性评估。
2. 竞赛形式竞赛分为初赛和决赛两个阶段。
初赛阶段，参赛选手需提交书面设计方案，经过评审后，获得入围资格的队伍进入决赛阶段。
决赛阶段，则是对入围队伍进行现场展示和答辩，评委会根据综合评价结果进行最终的排名。
四、竞赛的意义和影响1. 提高学生创新能力竞赛提供了一个开展结构设计研究与实践的平台，鼓励学生进行创新性的设计和解决方案的探索。
通过竞赛，学生能够深入了解结构设计的理论与实践，并通过设计的过程不断锻炼自己的创新能力。
2. 增强学生实践能力参与竞赛的学生需要深入了解结构工程领域的相关知识，并将其应用于实际设计中。
通过实践，学生可以更加直观地理解结构设计原理和方法，并提高他们的实践能力和工程实践水平。
3. 推动结构工程教育发展全国大学生结构设计竞赛作为结构工程领域的重要赛事，对于推动结构工程教育的发展具有积极的影响。
竞赛的开展不仅为高校提供了一个开展结构工程教育的实践与交流的平台，还促进了结构工程教育的不断创新和优化。
五、竞赛的成果与展望全国大学生结构设计竞赛的成果得到了社会和行业的广泛认可和赞扬。
华南理工大学第五届全国结构设计大赛计算书
第五届全国大学生结构设计竞赛
1. 结构选型
1.1 方案构思
本次比赛的题目十分贴近实际，既要考虑结构的重量又要考虑结构的抵抗静载的能力及在地震 下的抗震能力，要求在工程中保证结构的强度、刚度和稳定性的前提下，设计出安全又经济的方案。 因而，方案构思从结构强度、结构抗震、结构优化等方面，对结构的本质进行思考。
制作用料
材料用量大
材料用量小
总结：经过这部分的分析及相关的试验验证，本结构最终选取了直柱式结构（保证顶部具有更 大的面积承受更多的荷载）及柔性楼板体系。在保证承载面积的情况下，利用柔性楼板和载重物相 结合，更好地达到消能耗能的目的。
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第五届全国大学生结构设计竞赛
②支撑形式的比较
对角中心支撑
偏心支撑
4.3.1 模型试验 ...................................................................................... 22 4.3.2 试验小结 ...................................................................................... 28 5. 模型加工图 .................................................................................................... 29 6. 铁块布置图及水箱注水重量........................................................................ 32 结语 ..................................................................................................................... 34
结构设计大赛059北京建筑工程学院计算书
第五届全国大学生结构设计竞赛计算书参赛学校：北京建筑工程学院参赛作品名：竹参赛队员：宋宇张蕊郜珊指导老师：祝磊一．结构选型根据对赛题的理解以及实践经验，初期选定模型形式为框架结构。
这种结构制作简单，自重轻，可以提供更多放置铁块的空间。
但是在模型的制作过程中我们发现这种柔性结构的侧向刚度过小，在地震作用下，结构顶端与底端产生水平相对位移较大。
经过修改，最终选定结构形式为带支撑框架，其通过弹性竹制楼板的变形协调与刚接框架共同工作形成双重抗侧力结构体系。
斜向支撑作为第一道防线，框架作为第二道防线，具有良好的抗震性能和更好的抗侧刚度。
由于加载时地震波的输入方向不确定，故结构平面选型时考虑将两个方向的刚度保持相同，即尽可能保持结构平面纵横方向对称。
此结构可等效视为一悬臂梁，可知应尽量增大柱间距，以使结构获得良好的抗弯性能。
而根据所学知识以及实际制作的经验，可靠的变截面柱计算起来过于繁复，实际制作中也不可能达到理论模型的效能，最后结构的支柱考虑采用管状等截面柱。
二．设计思路1.对于材料特性分析根据对两种主要材料的特性理解，并结合以往经验，将竹材所发挥的作用近似理解为钢筋，而502胶水凝固后可大大提高所依附材料的刚度，而两种材料结合时竹材为502胶水提供了空间发展的平台。
由于502胶强度远高于竹材，不考虑搭接处节点强度。
而对柱间对接，需考虑其连接强度。
因为实际情况过于复杂且没有必要建立理论模型，直接采用构造措施来保证其连接可靠性。
竹材与木材类似，是典型的平面正交异性材料。
据相关研究表明，此类材料的顺纹方向的抗拉强度较横纹方向大30%以上，而此次比赛所提供的竹皮的横纹抗拉强度则更是远小于其顺纹抗拉表现。
因此要充分利用其良好的顺纹的抗拉能力，避免使材料横纹方向受力过大，所以我们对于部分比较重要的楼板采用顺横搭配的组合截面形式，而单层楼板黏贴与其纹路方向垂直的竹条。
对于柱端的加劲构件的制作，为避免其受弯破坏，采取顺纹缠绕（竹皮纹路与筒长方向一致）的方法，如图1所示。
第五届全国大学生
2. 而二至四层斜撑刚度较小，柔度较大，考虑其有转动的趋势，所以将斜撑设为铰接。 3. 另外，底层斜撑与柱连接时可能产生转动，所以设为铰接，而与地梁连接时，由于地 梁刚度比斜撑大很多，所以可视为刚接，这点在利用结构力学求解器时，得到验证。
第五届全国大学生 结构设计竞赛 计算书
参赛学校：安徽建筑工业学院 作品名称：竹之韵 参赛队名称：垤樽 参赛队员：卢光天 任席江 姜婷婷 指导老师：郝英奇
目录
1.设计说明
…………………………………………… 1
1.1 设计理念
…………………………………………… 1
1.2 结构选型
…………………………………………… 1
4.计算书
…………………………………………9
4.1 计算方法和计算模型假设 ……………………………………9
4.2 模型计算荷载分析及截面性质分析……………………………10
4.3 材料力学性能 ………………………………………………11
4.4 结构内力分析计算 …………………………………………16
4.5 结构强度、刚度验算„„„„„„„„„„„„„21
2.方案图
…………………………………………… 2
2.1 结构整体布置图 …………………………………………… 2
2.2 节点详图
…………………………………………… 3
2.3 铁块分布详图及水箱注水量……………………………………………………………………5
3.模型加工图及材料表 ……………………………………………6
在所有的结构形式中，金字塔型建筑是最轻最稳定的一种结构形式之一，本设计从金字 塔型建筑出发，充分利用了三角形的稳定性。考虑到比赛中结构先后受到竖向荷载和侧向荷 载，其中以侧向荷载为主要控制荷载，模型结构选择了框架和柱间支撑构成框架-支撑体系， 由框架结构主要承受竖向荷载，支撑体系来承受侧向荷载，保证结构有足够的侧向刚度，以 控制其侧向位移在规定限制内。
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1. 结构选型
根据第五届全国大学生结构设计竞赛委员会提供的赛题，为达到承担竖向荷载和地 震水平动力荷载的目标，并考虑采用竹片制作的现实，本队以节省材料、承载力大、刚度 适合、美观为出发点，经过多次计算分析、实验研究，最终采用以框架斜撑为骨架的塔形 组合格构柱体系，如图 1 所示。
5.1 结点构造说明···························································23 5.2 铁块布置方案···························································23 5.3 水箱注水重量···························································24 6.材料表······································································24
2.3 近似模型 1----组合格构柱体系抗震设计····································6 2.3.1 计算参数··························································7 2.3.2 格构柱分肢长细比验算··············································8 2.3.3 格构柱稳定性强度验算 ·············································8 2.3.4 格构柱的分肢柱稳定性强度验算······································9 2.3.5 缀条（斜杆）验算··················································9
3. 力学有限元软件分析·························································16 3.1 计算建模·······························································16 3.1.1 选型·····························································16 3.1.2 单元模型及其等效荷载·············································18 3.1.3 时间步与地震加速度·············································· 19 3.1.4 单元类型························································ 19 3.1.5 边界条件························································ 19 3.2 计算结果·······························································19 3.3 分析结论·······························································23
2.2 结构各层水平地震作用计算················································3 2.2.1 结构基本周期计算····························2 2.2.2 结构各层水平地震作用计算···········································5
2.1 计算模型与计算参数······················································2 2.1.1 结构模型与抗震计算简图·············································2 2.1.2 计算假设··························································2 2.1.3 相关计算参数·······················································2
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4. 模型结构设计图·····························································23 5. 结点构造与荷载布置·························································23
第五届全国大学生结构设计与 制作竞赛计算书
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目录
1. 结构选型····································································1 2. 结构设计····································································2
2.4 近似模型 2----框架--斜撑体系抗震设计····································10 2.4.1 在水平地震作用下框架--斜撑体系内力与侧移计算······················10 2.4.2 在竖向重力荷载作用下框架--斜撑体系内力计算························11 2.4.3 杆件强度验算······················································13