建筑大学第五届结构塔吊模型设计大赛设计说明书
结构设计竞赛设计说明书
目录1、方案构思及结构选型 (2)2、材料性能 (3)3、结构设计 (5)4、制作工艺 (6)5、特色处理 (7)1、方案构思仔细阅读完竞赛细则，我们从模型设计的要求、模型制作材料的性能、加载形式和制作方便程度等方面出发，进行构思设计。
确定设计竖向荷载 35kg、水平冲击荷载 3kg，考虑到压杆长细比限制、拉杆的抗撕裂能力、拉片的受拉性能、制作模具等因素，竖向荷载较容易满足，但对于水平冲击荷载，杆件需要较大的刚度，要有很好的抗折效果。
（1）本结构主要构思是想利用四根柱子的轴力来抵抗荷载的作用和地震作用。
（2）设计的总原则是：①尽可能的利用细杆来提高柱子的承载力，并利用木材的抗压性能，及木片的抗拉性能来抵抗荷载的作用。
②结构选型按设计要求，在楼面承受荷载情况下外加较大的水平冲击荷载，所以必须考虑动荷载的作用，因此，我们选择了正面为长方形，俯面为正方形的框架结构，并且在第二层节点处采用刚性连接，使结构具有较好的整体性，以便承受较大的水平冲击荷载。
同时考虑到在静荷载中结构的不稳定性。
（图 1）对此我们将在冲击面的两根主柱两侧加呈 25 度的支撑，一方面可以加强结构两侧的稳定性，一方面可以抵抗一部分水平冲击荷载带来的影响。
再者对于预加载中出现最多的问题，加载时，第一层的受拉杆件挠度过大，我们在新的结构里加强了杆件的强度和节点的刚性处理。
结构如图（二）所示。
（图 2）2、材料性能（1）桐木杆桐木片作为模型材料，其力学性能特点分别是木杆受压拉性能良好，抗撕裂能力差，抗压稳定性差；木片受拉性能良好，抗撕裂能力差，抗压稳定性差。
将木片切成方块并用502粘结后，可承受一定的压力，但受高厚度的限制。
木杆多为压杆失稳状态的受力破坏，需增加刚度，减小侧向挠度。
502的粘接性能：木杆对接时强度约降低 50％，木杆侧接时，强度较高，认为与原材强度相同；木片均采用侧向粘接，可认为抗拉强度不变。
表1.木杆顺纹向力学指标拉伸弹性模量拉伸极限压缩弹性模量压缩极限2800Mpa 28~50Mpa 100Mpa 20Mpa备注：①受压计算时需考虑木杆长细比影响。
结构设计大赛说明书
结构简介本结构选用飞燕式拱桥型，如下图所示，其中主跨采用拱形，边跨为半拱，拱顶与桥面梁大部分用竖杆连接，中央部分为实腹。
因全桥正面形似一展翅飞燕，故而得名。
结构基本尺寸主跨960mm，边跨330mm，矢高250mm，桥宽170mm，墩长270mm结构选型一．木材的抗弯与抗压强度大于其抗拉强度，而拱桥可以充分利用其抗弯与抗压强度。
二．加载装置桥墩处为固定端连接，地基条件良好，可以充分利用地基提供的推力与弯矩三．考虑到实际情况，在跨径不大的情况下选用拱桥较为符合实际四．拱桥桥型美观基于以上原因，选用拱桥荷载分析一. 由于结构只承受一个车辆，并且重量有限，故忽略车轮作用于桥面板的变形，认为桥面受到的是4个集中荷载F=0.25G.二.车辆运动的时候为缓慢运动，故不考虑冲击产生的荷载，假设为静荷载。
内力分析一．计算简图红色标注为荷载，黄色为约束，粉色为方向二.计算方法1．采用有限元分析桥梁受力过程。
2.采用商用软件ansys 。
3.模型中间由于杆件连接比较密实，故简化为实体分析。
4.有限元划分网格如图所示。
5.本模型中的竖向杆件采用link8的单元属性，拱轴和桥面横向杆件采用beam4的单元属性，桥面板采用shell63,，实体采用solsh190的单元属性。
6.实参数为桐木材料的力学参数7.截面属性，拱轴采用3个28X5的木条粘接，总面积为28X15。
竖向杆为14X10。
桥面的杆的截面为2个. 28X5的木条粘接，总面积为28X10. 8.利用在ansys 中加上4个F=1N 的荷载等效车辆，求出结构的内力分布，找出最危险点，并用杆的稳定性进行折减材料的极限抗压强度，从而反推出极限的承载能力。
公式如下=4QFσϕσ⨯⨯极限图 。
三.计算过程采取桥头，桥墩，四分之一跨径，二分之一跨径处为控制截面。
1. 桥头的分析荷载以及约束如图所示（4个荷载大小都为F=1）竖向应力及变形图木头的抗压极限强度为σ极限=18MPa 。
第五届全国大赛(沈阳赛) 结构设计方案
第五届全国大赛（沈阳赛）结构设计方案第五届全国大赛（沈阳赛）-结构设计方案
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12mm~32mm;机架间距离（l）变化范围40mm~70mm；即为曲柄圆盘与车底盘凹槽范围。
qi2.3小车特色设计（1）定滑轮的设计：变径定比滑轮减小线程，增大砝码行踪加速度，减少小车行进距离。
（2）绕线轮的设计：通过对比赛场地展开分析，我队绕线轮采用塔
轮设计结构，启程时启动半径小，然后旋转半径增大。
达至小车快速启动，运转稳定的效果。
（3）车身材料的挑选：车身主体与后轮使用电木板（学名：酚醛树脂）厚度3mm。
材料硬度强度低（足够多提振整个小车的重量而不产生塑性变形），价格便宜、加工成本高，小车比较环保。
（4）小车转为机构设计：由锥形齿轮助推曲柄圆盘，曲柄圆盘助推一端
与前轮紧固的导杆，导杆方向发生改变即为发生改变了小车方向。
（5）轴承座设计：为
了节省材料，同时确保小车运转精度，我队使用轴承座与绕线轮一体的丁学校名称：参赛
项目：字形设计。
由于精心安排了合理的加工工艺，所以轴承座制作便利，小车运转效果
不好。
印刷线3、总结和体会（字体，宋体，五号，行距为固定值20磅，attacked删掉）产品名称小车共页第1页编号-3-
学校名称：参赛项目：装订线小车装配图第五届全国大学生工程训练综合能力竞赛比
例第3页共页-5-。
第五届全国大学生结构设计竞赛计算书概要
“龙麟杯”第十一届南京工业大学结构设计竞赛暨第五届全国大学生结构设计竞赛选拨赛设计计算书参赛队伍:菁竹之光作品名称:竹光永恒目录一.概述 --------------------------------- 1二.结构选型与建模 ------------------------- 1三.结构设计方案说明 ----------------------- 2四.结构几何与材料属性 --------------------- 5五.结构在静荷载和地震荷载作用下的计算 ----- 5(1恒载作用下内力和位移计算分析----------- 6(2恒载+地震作用下内力和位移计算分析------- 9一.概述此次竞赛模型规定为至少四层房屋结构模型,并且在模型顶部设有水箱。
模型要求总高度为100±0.5 cm,且至少具有四层结构,且每层净高不小于22cm。
模型底面尺寸不大于22cm ×22cm正方形平面,每层规定有效承载面积的范围和总承载面积。
其目的在于满足竞赛模型要求的情况下,应用空间结构力学的知识,设计出材料用量最少,同时能够满足足够的强度和刚度要求,并且能够抵抗模拟水平地震荷载的结构模型。
二.结构选型与建模考虑到结构需加载水平地震波,我们小组选择了框架结构。
因为框架结构空间分隔灵活,自重轻,有利于抗震,节省材料。
又框架结构侧向刚度较小,属柔性结构,在水平加速度的作用下,能够产生较大位移而不发生结构性的破坏,造成梁柱断裂或倒塌等后果。
结构模型效果图根据竞赛要求,加载方向通过抽签决定,所以模型外形采用了中心对称的方式,楼板均为正方形。
为了使重心尽量偏低,设计时在底层加载较多的铁块,并且顶层面积适当缩小。
结构立面图三.结构设计方案说明楼板设计说明:出于中心对称的设计,楼板采用了正方形的几何图形,每层楼板四周分别设置5mm×10mm的梁,嵌入方形柱内部。
因为铁块均匀分布,楼层中央将为压力重心,楼板下层受拉最大,故在楼层中间设置X型的梁,承载铁块分布的重量,并且铁块尽量沿四周分布。
结构设计大赛说明书
2008/10/30周盟杰 黄显清 王明星 赵森 周贵阳 | 土木0608 西南科技大学 桥梁结构设计大赛结构说明书目录1.桥梁名称2.结构选型3.纸张力学性能简析4.结构简化5.荷载设计6.内力计算6.1轴力计算6.2剪力计算6.3弯矩计算6.4位移计算6.5分析7.构造8.杆件统计（材料表）9.鸣谢10.附1.桥的名称桥名：这儿有座桥！看，这儿有座桥！它褪去了浮华，只为追求最为自然的典朴，就连命名都这样一厢情愿的不加修饰。
修饰本身也许就是对原始美的不尊重，这对于我们这群叛逆的新青年也许办不到，所以我们选择了最为简单的命名—这儿有座桥！从图片上可以看出，此桥的造型典朴、优美。
它的上部采用了中国传统的古典拱形，下部采用了现代的桁架。
它完全是现代与古典的完美结合，整个结构既不失古典的文化底蕴，又不失现代朝气蓬勃的生气。
看！拱形曲线的柔美，悬索的激烈向上，水平杆的舒适和宁静，在桥上得到了最为完美的诠释。
当桥映入观察着眼帘，那一份柔美、那一份激烈、那一份宁静的舒适将上演一场难以忘怀的心灵震撼，给你以无限的视觉冲击。
震撼后，也许你不知所云……对，我们要的就是这种效果，用一种普通的莫名给人最好的享受。
这恐怕也是我们的设计理念。
桥梁，作为现代交通运输重要组成，是经济繁荣的象征之一。
结构稳固是理所当然的，而在外观上有很好的视觉效果，那更是画龙点睛之笔。
就像旧金山的金门大桥，伦敦塔桥，还有我国古代的赵州桥，那些都是结构与美经典，所以注定将成为永恒，被世人铭记。
在设计和制作此桥的时候，我们也特别注意结构稳固和外观和谐，纵使在制作的过程中造成了少量的材料超支，和尺寸误差，但整体上满足设计要求。
桥面下部结构造型是个倒V字，V可以认为是英语victory（胜利）的简写。
这个意义上讲这座桥就像一个眼前的目标，远远望去胜利（V）就在桥下,他会给人一种向他靠近的吸引或诱惑，因为选择他就是选择胜利（V）。
当到达桥上的时候，心中会油然而生一种征服感成就感-------胜利（V）就在脚下。
塔吊结构设计竞赛
二、竞赛题目自立式塔吊结构模型设计与制作。
利用指定的材料，设计并制作一个自立式塔吊结构模型，承受一定的竖向荷载。
具体竞赛内容包括：方案设计与理论分析、结构模型制作、模型加载试验。
四、竞赛内容具体竞赛内容包括：方案设计与理论分析、模型加载试验。
五、竞赛要求1、理论方案要求(1)结构设计理论方案内容包括：方案图和计算书。
方案图包括若干结构图及主要构件、结点详图；计算书包括荷载分析、内力分析、结构选型、计算简图、承载能力估算等。
(2)理论方案格式和要求：封面（见附件一），第一页为300字左右的摘要，其后为方案图和计算书。
各页面上均不得出现参赛学院和个人的姓名，否则取消理论方案评审资格。
(3)参赛队必须在规定时间将理论方案交到建工学院（联系方式附后），逾期作自动放弃处理。
送审的理论方案包括以下内容：①用A4复印纸打印、装订的方案设计与理论分析文本一式3份；②每个参赛作品的信息表，内容包括参赛院系、参赛队员、作品名称、联系方式。
2、模型制作要求（1）模型制作材料由竞赛组委会统一提供。
各参赛队在规定时间内完成模型制作，最终模型需与提交的结构设计方案相一致。
竞赛专家委员会有权对比赛结构模型进行检查。
（2）模型制作材料为170g牛皮纸、卡发丝线、白胶，固定模型的底板为木工板。
材料统一由组委会提供和购买，不得使用非组委会提供的其它任何材料。
否则，一经查实，取消其参赛资格，并予以通报。
（3）模型结构形式和总高度不限。
模型的主要受力构件应合理布置，整体结构应体现“新颖、轻巧、美观、实用”的原则。
（4）参赛队在模型悬臂上分别设置3个作用点A、B、C，其中配重作用点A距模型底板中心线xx轴水平距离为250±5 mm，距模型底板上表面高度为1000±5 mm，并要求设置竖向力的拉线环1个；加载作用点B、C分别距模型底板中心线xx轴水平距离为600±5 mm、900±5 mm，距模型底板上表面高度为1000±5 mm，要求在B、C点设置可以施加竖向力的拉线环各1个，并过C点垂直于BC连线上设置可以施加前后水平力的拉线环各1个。
第五武汉大学结构设计大赛设计书
目录第1章设计思路 (2)1.1设计构思 (2)1.2结构选型 (3)第2章方案图 (4)模型效果图 (4)第3章材料参数的确定 (5)3.1绘图纸的性质 (5)3.2白乳胶的性质 (5)3.3白乳胶的使用及注意事项 (6)第4章计算书 (6)第5章模型制作 (12)5.1制作流程 (12)5.2下料 (12)5.3梁的制作 (13)5.4组装 (13)第1章设计思路本次结构设计大赛即设计一个底部大空间三层建筑结构，而我们的设计作品在建筑外形上为塔式结构，因为塔式结构在长久的时间中被认为是具有更好的抗冲击性能结构。
因此在满足静载作用的前提条件下，塔式结构可以更好的抵抗冲击荷载作用。
竞赛规则要求同时考虑竖向永久荷载和水平冲击荷载这两种荷载，已达到和实际情况接近的目的，使得比赛过程更加贴近生活，让参赛选手对实际工程有了大致的了解，同时可能擦出设计创新灵感的火花。
作为在校大学生这次结构设计大赛给了我们一个难得的锻炼机会，将书本知识用于实践，培养研究和创新精神。
由此，我们在进行底部大空间时以结构设计为主导，兼顾外观，以期达到满意的效果。
1.1设计构思1.1.1选择合理的结构形式形式服从功能，建筑物应适应时代的要求，注重功能，力求发挥和表现结构与材料的美学特点是我们追求的目标。
底部大空间设计方案的选择，很大程度上取决于结构形式的选择，所以，在追求外观和功能的同时，我们着重考虑了结构体系的合理性，经济性和实用性。
结构设计应以“安全，高效”为核心，力求：“创新，经济，便捷，美观”。
选择合理的结构设计形式，使底部大空间不仅可以为各类空间需求，而且受力合理，经济效果较好；同时，具有美学效果，给人以深刻的印象。
1.1.2关于模型设计的若干考虑本次底部大空间设计过程，因为加载方式的确定，并对底部大空间的尺寸有明确的规定，同时应考虑受弯构件的挠度问题和结构在模拟地震荷载作用下的位移，所以在满足强度和稳定的前提下，还应该使受弯构件的挠度和结构的位移满足要求，而不同结构形式在这个方面的特点均不相同，需要一一进行理论和实际的分析和比较。
福建省第五届结构竞赛细则
福建省第五届大学生结构模型设计竞赛细则一、竞赛题目纸质扶壁式挡土墙结构设计、制作和加载试验。
二、竞赛内容设计承受侧向静荷载的纸质扶壁式挡土墙结构模型。
竞赛内容包括：1、结构模型设计2、结构模型制作3、作品介绍与答辩4、结构模型现场加载试验三、竞赛要求1、参赛要求（1）参赛人员为全日制在校本科生，并组队参加。
每支参赛队由2至3名学生组成，每位参赛者只允许参加一个参赛队，每所学校最多可派出3支参赛队。
各参赛队应独立进行结构设计及模型制作。
（2）每个参赛队只能提交一份作品并给作品命名。
作品命名应健康向上、特点突出。
（3）各参赛队必须在规定时间和地点参加竞赛活动，迟到或缺席者作为自动弃权处理。
竞赛期间不得换人，若有参赛队员因特殊原因退出，则缺人竞赛。
2、结构模型设计要求（1）结构模型设计书的内容应包括三个部分：设计构思、模型设计图纸和理论分析。
a. 设计构思应包括对作品的造型构思、结构体系的选择及其它有特色方面的说明；b. 模型设计图纸应包括结构作品效果图、结构布置图、主要构件详图和节点图；c. 理论分析应包括结构计算简图的选取、内力分析、承载能力及破坏形式的估计等。
（2）结构模型设计书封面必须注明作品名称、参赛学校、参赛队员姓名和专业以及指导老师等。
除封面外，其余页面均不得出现任何有关参赛学校名称和参赛队员姓名的信息（包括可能的隐含信息），否则该部分计零分。
（3）结构模型设计书要求用A4纸双面打印，一式五份于规定时间内交到竞赛组委会，逾期作为自动弃权处理。
3、结构模型制作要求（1）模型制作材料模型制作材料由竞赛组委会统一提供，各参赛队伍不得使用非组委会指定的其它任何材料，否则直接取消其参赛资格或比赛成绩。
每队统一配发以下材料：a. 白卡纸3张；b. 白乳胶不限。
（2）模型制作工具由竞赛组委会为每支参赛队现场统一提供相同规格型号的模型制作工具如下：a. 美工刀2把；b. 直尺、三角尺、圆规各一套；c. 铅笔1支，橡皮1块；d. A4纸5张；e. 大头钉、大头针各20个；f. 大、小燕尾夹各10个；g. 1号图板一块；i. 各队可自备部分制作工具。
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沈阳建筑大学土木工程学院第五届结构
模型设计大赛
方案设计
作品名称
所属院系土
专业班级土木
学生姓名学号
学生姓名学号
学生姓名学号
联系电话150
二○一○年五月十三日
摘要
根据竞赛规则要求，我们从模型的用材特性、加载形式和施工方便程度等方面出发，采用150g规格的牛皮纸，蜡线及白乳胶这三种材料制作成柱——桁架结构体系。
绘制了模型的结构图、结构整体布置图、节点详图。
从结构的整体着眼，设计中充分利用了桁架结构三角形的稳定性；考虑到比赛中模型的加载形式，即两侧分别加载（A）29.4N和不大于(B)58.8N的竖向静荷载和（B）点前后面19.6N的水平静止荷载。
我们在计算过程中假定材质连续均匀、杆与杆的连接采用铰结、模型本身质量不计，进行受力分析，得出整个结构的内力及变形图，并对结构杆件进行强度及稳定性计算校核。
同时，对模型进行了大量的加载实验。
通过计算和加载实验，确认该模型能满足强度、刚度及稳定性的要求。
一、设计说明书
1、方案构思
结构形态具有二重性，首先结构形态具有合理的受力特性即理性逻辑，其次在于结构形态具有明确的几何特征即形态逻辑。
如果能够做到这两方面的完美结合，不仅能使机械结构表现出优美的形态，而且还能达到最为经济的效果。
某著名建筑师曾说过：只有一个造型是最好的，那就是能清楚表现出经济原理的造型。
所以我们这次结构的选择均是从塔吊结构的受力特点出发去寻找最合理的形式。
1.1结构选型
在结构设计中应该合理布置结构构件，使得截面获得相对最大的截面惯性矩，发挥材料的最大受力性能。
主要构件受力直接，荷载传递路径明确。
我们讨论决定利用空间柱——桁架结构体系，充分考虑牛皮纸的抗拉压性能强、抗弯剪性能弱的特性，结构利用四根主杆三根角形杆作为主要结构构件，支撑竖向重力荷载和侧向水平荷载。
在各侧立面上用似螺旋向上的斜撑相连,角形杆用M形斜杆支撑。
这样使得七根主杆外的所有杠件主要以桁架杠形式出现。
在无任何多余装饰元素下，外露桁架杆的交错布置，体现现代建筑简洁、明快的风格，蕴涵一
种结构与建筑相结合的“建构美”。
1.2特色
为使模型具有较轻质量并充分考虑蜡线能承受较大拉力，我们在A点与结构最高点巧妙的利用组委会提供的蜡线给结构施加拉力，并在与杆件连接处用牛皮纸做成的小扁块来连接。
此外我们还考虑到蜡线具有弹性，受拉时会产生较大的拉伸变形，预应力的发挥就不充分。
所以我们决定采用两股腊线来制作，以便更好的体现预应力的作用。
在模型A点一面采用倾斜（加大加宽）结构，使其在不承受荷载的时候，模型抗倾覆能力加强，增强结构在自身稳定性。
1.3制作经验
经过我们制作尝试，我们得出了如下经验：胶水的使用很有讲究，必须有一定的流动度，以便很好的涂抹，但不能太稀，否则很难控制粘贴。
胶合的时候最好用工具对粘贴面施加一定的压力，这样可以保证粘贴良好，外表也美观。
使用胶水的时候最好避免对胶水的揉搓，否则会使胶水发黄变黑影响美观。
制作过程我们发现，胶水干后会收缩变形，有点类似钢结构焊接残余应力，导致制作的构件变形，经研究发现可以采取以下两种方法来减少变形：一是构件胶合面尽量设计为对称涂抹；二是在制作完成后用相应的工具进行保护。
1.4感想
通过这次塔吊模型结构设计，不仅使我们知识上得到加深和拓宽，还进一步经历了从尝试到有所收获的过程。
从最开始的茫然直至希望的出现，我们始终不停地探索和努力。
对于结构设计我们追求的目标是：一切从实际出发，用最简单的构造做最稳定的结构，用最少的材料创造最大的可利用空间，用最少的工程量完成具有最实际利用价值的作品！
二、方案图
结构设计图
整体
正面
左侧面 右侧面 主要构件详图：
实形图（正视）
实形图（侧视）
三、计算书
（一）模型建立
我们根据方案设计书中选择的最终结结构模型，通过理论计算来更加准确地说明我们的结构合理性。
以下从几个方面进行说明：
1、模型简化
我们根据实际比赛结构模型做一定的简化得出计算模型。
（1）受力计算组成：主杆+横杆+斜撑
（2）模型简化假定
①材质连续，均匀；
②杆与杆的连接均视为铰结；
③结构本身质量不计；加载时，荷载以集中力的形式作用在指定的节点处。
（3）模型计算单元
竖向主杆——结构标高1000mm,采用四层牛皮纸制作
横杆——采用圆形截面，二、三和四层牛皮纸制作，数量若干；
斜撑——采用圆形截面，四层牛皮纸制作；
2、荷载模拟
竖向静载：两端加载，A点荷载29.4N, B点荷载9.8N-58.8N；
水平静载：在B点前后两端任意取一个水平方向加载，荷载大小19.6N。
3、各材料的参数见表3-1及表3-2
牛皮纸参数表表3-1
腊线表3-2
4、各计算单元的参数见表3-3。
计算单元参数表（单位：mm）表3-3
（二）荷载分析
该塔吊模型可以看成是支承在地面上的悬臂梁，承受着侧向水平荷载和竖向重力荷载的作用。
其重力荷载是由竖向结构体系从上向下一层层地传递累积的。
然而，与竖向荷载相比，侧向荷载对结构的效应不是线性的，并非随结构的增高而迅速增大。
例如，在所有条件都相同时，在风荷载下，结构基底上的倾覆力矩近似地与结构的高度平方成正比，而结构顶部的侧向变位与其高度的四次方成正比。
以上的分析表明：本次塔吊模型设计中的控制因素主要是竖向力所产生的倾覆力矩和剪切变形。
（三）承载能力估算
通过简单估算，整个结构在满荷载，竖向荷载A点29.4N, B点9.8N-58.8N，B点横向荷载19.6N作用，变形如图所示。
计算结果表明，B点竖向荷载的竖直位移不大于80mm，满足比赛要求。