第五届全国大学生结构设计竞赛一等奖作品
最新第五届全国大学生机械创新设计大赛决赛结果资料
第五届全国大学生机械创新设计大赛决赛评审结果
全国大学生机械创新设计大赛组委会
高等学校机械基础课程教学指导分委员会（代章）
第五届全国大学生机械创新设计大赛决赛第二阶段评审于2012年7月19日至7月24日在陕西省西安市第二炮兵工程大学举行。
大赛评委会通过审阅设计资料、观摩实物演示和进行作品答辩等程序，依据评分标准进行评分，并经评审委员会全体会议复审，并汇总初评结果，共评出一等奖88项、二等奖191项。
大赛组委会还评出优秀组织奖12项、贡献奖2项、纪念奖1项。
现将决赛评审结果公布如下：
设计奖：（见下表，排名不分先后次序）
一等奖（88项）
二等奖（191项）
优秀组织奖：
第二炮兵工程大学
（以下排名不分先后）
北京赛区、湖北赛区、浙江赛区、吉林赛区、陕西赛区、江苏赛区、
四川赛区、湖南赛区、河北赛区、天津赛区、慧鱼赛区
贡献奖：
北京中教仪科技有限公司
派克汉尼汾流体传动产品（上海）有限公司
决赛承办纪念奖
第二炮兵工程大学
全国大学生机械创新设计大赛组委会
高等学校机械基础课程教学指导分委员会（代章）
2012年7月22日。
第五届全国大学生结构设计竞赛优秀奖作品
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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
第1~4届全国大学生结构设计竞赛回顾
的学生作品-全国大学生结构设计竞赛-相关文章
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华南理工大学土木与交通学院
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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华南理工大学土木与交通学院
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华南理工大学土木与交通学院
华南理工大学土木与交通学院
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
华南理工大学土木与交通学院
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华南理工大学土木与交通学院
一、概况
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叶片类型
华南理工大学土木与交通学院
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结构类型
华南理工大学土木与交通学院
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华南理工大学土木与交通学院
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
华南理工大学土木与交通学院
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
华南理工大学土木与交通学院
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华南理工大学土木与交通学院
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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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。
第五届全国大学生结构设计大赛
第五届全国大学生结构设计大赛结构设计方案书作品名称凌霄参赛单位天津大学队伍名称 302指导老师韩庆华教授李宁讲师参赛队员李天宇薛子洲陆洋2011年10月目录一、结构选型 (1)1.1 赛题分析 (1)1.2灵感来源 (1)1.3模型效果 (3)1.4结构选型及创新点 (6)二、结构建模及主要计算参数 (10)2.1建模效果轴测图 (10)2.2模型尺寸 (10)2.3材料力学性能及主要计算参数 (11)三、受荷分析 (13)四、节点构造 (32)4.1柱子与主梁的结点 (32)4.2井字形楼板的连接 (32)五、模型材料表及注水高度 (33)六、铁块荷载布置方式 (33)附录一：振动台试验室实验 (34)附录二：TLD减震技术手段 (35)附录三：Ansys时程分析命令流 (37)一、结构选型1.1 赛题分析本届结构设计大赛旨在设计一座高耸结构，满足强地震作用下的结构使用功能，真正做到高层建筑结构小震不坏大震不倒，进而推动高层建筑逐步成为未来建筑业中的主流发展方向。
与此同时，还要利用TLD减震手段，通过调节结构自身自震频率与水箱自震频率，使得二者达到一个最佳状态，更加完善的达到减震作用。
本次结构设计大赛的荷载模式采取自由设定铁块的方式，有效承载重量是铁块重量的高度加权值。
由于最后的计算公式中，主要涉及有效承载能力结构自身质量台面响应加速度这三项参数指标，因此，如何做出较为轻质的结构，尽可能的提升承载能力成为了本届结构赛的关键。
与此同时，充分利用TLD，使得水箱的自震频率接近甚至等于结构在施加铁块之后的自震频率，在一定程度上可以帮助起到减震的效用。
结构自身质量主要是来自于竹皮用量以及502胶水的使用量，虽然502可以增重较大，但是502胶水滴注过的竹皮强度会有一个很大的提升，我们团队在制作结构的时候，通过这种方法，对一些关键的部位滴注胶水，提升结构的承载力。
结构的有效承载力是按照铁块重量乘以所在高度进行加权值求和，虽然体块在高处可以得到更多的有效承载力分数，但是，不可盲目追求而忽视结构自身的承载规律特性，尽量做到铁块均布在结构上。
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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。
1.1.1力学
（1）静力荷载
结构承受的主要静力荷载为水箱和铁块所产生的重力方向荷载，针对静力荷载需要设计相应的竖向承重构件，例如梁、楼面和立柱等。
（2）动力荷载
结构承受的主要动力荷载为模拟地震动所产生的水平方向荷载，针对动力荷载需要设计相应的横向抗侧力构件，例如立面支撑杆、立面拉索、立面张力膜、立柱等。
而模拟地震动的施加方向是随机抽取的，因此结构应尽可能设计成双向等抗侧刚度的形式。
（3）稳定性
结构模型除了需具有满足静力荷载和动力荷载的强度和刚度外，还必须满足稳定性要求，防止构件失稳而导致结构失效。
针对稳定性，需要设计承压构件的长细比。
1.1.2美学
从古到今，土木工程的发展都与美学紧密结合，尤其是结构方面与美的结合。
作为结构模型的承重体系，可以是柱、梁，也可以是拉索、拉杆和张力膜。
这里我们小组根据对结构美学的理解，结合力学需求分析，最
终给结构方案制定了简洁、对称、充满张力的美学目标。
1
基于上述对结构模型的力学和美学需求分析，我们采用空间刚性框架和拉索结合的结构形式。
以下分别对竖向承重体系和横向抗侧力体系进行详细说明。
1.2.1竖向承重体系
（1）顶层水箱
在模型结构中，顶层水箱产生的重力荷载主要由顶层斜立柱和横梁构成的结构体系来承担。
（2）楼面铁块
根据设计任务要求，每层楼面处都必须放置铁块，而且对铁块的有效覆盖面积进行了要求。
根据设计任务补充说明，楼面处只要能够支撑铁块即可，不一定要设置楼面板。
因此，为了节省材料，减轻结构自重，结构模型拟采用设置平面拉索的形式来作为承受铁块重力荷载的承重体系。
为了防止出现结构设计中禁忌的瞬变体系，平面拉索在张拉的时候不完全拉紧，而让平面拉索在铁块自重作用下，可以产生5mm以内的小变形，这样不至于在平面拉索内产生过大的拉力。
铁块重力荷载的传力路径如图1所示：
图1铁块重力荷载传力路径
1.2.2横向抗侧力体系
模型结构在模拟地震动作用下，水平力主要由横向抗侧力体系来承担。
而水平作用是本次比赛加载过程中会对结构产生破坏的主要因素，因此如何架构模型结构的横向抗侧力体系是结构选型中的重中之重。
本小组通过查阅相关文献和进行前期探索性试验的基础上，结合美学的设计目标，拟采用空间刚性框架和侧立面拉索形成模型结构的横向抗侧力体系。
刚性框架的立面形状为一梯形，在水平作用下由于楼层处铁块重力荷
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