历届结构设计竞赛优秀作品选登(高
第四届全国大学生结构设计竞赛一等奖作品
第四届全国大学生结构设计竞赛计算书目录一、计算部分1、结构选型与方案设计2、材料属性的确定（木材顺纹抗压强度试验）3、结构建模及荷载分析4、结构内力分析5、结构承载力及位移分析二、图纸部分模型图纸（含节点构造、材料表）1.结构选型与方案设计世界上众多铁塔、电视塔的结构形状都是从下往上截面逐渐变小，为什么会这样呢？图1－1是世界著名的埃菲尔铁塔，在高耸入云的上部塔尖、塔身都受到大风的水平作用力，我们做简单的弯矩分析，如图1-1：将埃菲尔铁塔简化成如图1-2所示，使其受简化风载的作用，弯矩图如图，从上往下弯矩逐渐增大，和结构选型类似。
所以埃菲尔铁塔的选型和弯矩图大致相似。
此次竞赛制作的体育场悬挑屋盖，主要受风荷载力、竖向荷载力的作用，那么，在这两个荷载作用下，弯矩会是什么样的呢？我们做了大致计算，结果如图1-3：所以，我们结构的大致选型也就和弯矩图大致相似，而我们的作图1－1埃菲尔铁塔图1－2埃菲尔铁塔弯矩草图图1－3赛题结构弯矩草图品名称取为：“驭竖凌风”，意为结构驾驭竖向荷载，凌驾风荷载之意。
接下来的工作就是确定模型的最终造型：刚开始，我们初步定夺，做了如图1-4模型：七榀模型，杆件大多数是4mm*6mm 截面的。
优点：刚度大；缺点：质量较重，结构不简明，受荷不明确。
针对缺点，我们做了很多次实验，从七榀桁架到五榀桁架，再到三榀桁架，到最终的两榀桁架。
在质量“减肥”的情况下，还要保证刚度，要使模型在受载情况下，不破坏并且变形较小。
在这种要求下：（1）对模型上下弦的截面做了改动：单纯的用本次大赛提供的矩形杆件，或者粘接的矩形杆件，质量较大，我们力求一种轻质高强的杆件，于是决定出两榀上下弦杆件都用矩形杆件拼接成“T ”型杆件。
（2）对节点进行处理：处理的原则是把粘接面积增大，把木条刻槽，使木条跟木条嵌在一起，具体节点处理见后附图册。
（3）根据每根杆件受力分析，决定出每根杆件的截面大小，尽量满足“轻质高强”的要求。
第二届全国木结构设计大赛获奖作品
附件2
获奖作品公示一等奖作品
作品名称：Knot Garden （花园漫步式社区医院）
作者姓名：李哲瑞、张安顺、宋沐易、杨凡、林芮、王路参赛单位：南京林业大学木结构建筑系
指导老师：阙泽利
指导企业：北京筑雅印象科技有限公司
二等奖作品
作品名称：看台木屋
作者姓名：寿焘
参赛单位：东南大学建筑学院建筑系指导老师：张彤
作品名称：梦回廊桥
作者姓名：贾尚鹏、单宏伟、张玉梅
参赛单位：南京步云轩装饰工程有限公司指导老师：陆步云
三等奖作品
作品名称：编织的公共客厅
作者姓名：赵崇贤、吕媛、陈俊杰、刘海龙、李鸣洲、赵崇强
参赛单位：金陵科技学院、华中科技大学、南京林业大学、江西师范大学指导老师：阙泽利、葛少峰、杨⼩小军
作品名称：织木嵌水
作者姓名：王珊珊、吴超楠
参赛单位：南京大学建筑与城市规划学院
参赛作品：WOODHIVE（木筑蜂房购物中心）作者姓名：陈秋韵、赵阳臣
参赛单位：南京林业大学木结构建筑系
指导老师：张颖璐、王菲彬
参赛作品：TRANSMALL（厂房商业空间改造）作者姓名：李哲瑞、罗冬、陈浩、荣芹
参赛单位：南京林业大学木结构建筑系
指导老师：张颖璐
作品名称：浮屋
作者姓名：王舒啸
参赛单位：东南大学建筑学院。
第五届全国大学生结构设计竞赛优秀奖作品
250
250
1000
250
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
第九届全国大学生结构设计竞赛参赛奖作品
第九届全国大学生结构设计大赛计算书目录1.设计背景 (3)2.材料力学性能测试 (4)2.1竹皮力学性能实验 (4)2.2杆件压缩强度试验 (5)2.3竹皮材料参数 (7)2.4 3D打印材料力学参考特性 (7)3.结构选型 (7)3.1主要限制条件 (7)3.2设计过程 (8)3.3桥面 (8)3.4桥面梁 (8)3.5柱 (8)3.6节点 (9)4.构件计算及优化 (9)4.1梁的计算及优化 (10)4.2柱的计算及优化 (12)4.2.1阁构柱 (13)4.3柱位的确定 (17)4.4单个跨段整体计算 (18)5.节点设计 (20)5.1 A段柱梁连接件 (20)5.2 A段柱底连接件 (21)5.3 B段柱梁连接件 (21)5.4 B段柱底连接件 (22)6. 施工制造 (23)6.1 组杆法 (23)6.1.1 技法介绍 (23)6.1.2 注意事项 (23)6.2 组装工艺要求 (24)6.3 粘贴工艺要求 (24)1.设计背景第九届全国大学生结构设计竞赛（以下简称国赛）以滇缅公路为题要求学生利用不同厚度的竹皮，使用502胶水进行粘合，制作能够快速通行小车公路桥模型。
这对参赛队员的力学分析能力、结构设计和计算能力、现场制作能力等提出了更高的挑战。
通过竹高跷结构模型的设计和制作，使学生在结构知识运用能力、创新能力、动手能力、团队协作精神等方面得到全面提升。
图1 模型三维示意图图2 总模型布置图2.材料力学性能测试2.1竹皮力学性能实验对模型进行精确分析的前提是对材料和构件进行力学性能测试，为了确定材料和构件的力学性能，我们首先用WDW3100型电子万能试验机测试了竹皮纸的抗拉强度，采用控制变量法，做了七组形状相同、材料厚度不同的试件，其中1、2、3号由单层0.2mm 竹皮纸制成，5、6、7号由双层0.5mm 厚的竹皮纸粘连制成，4、5号试件与1、2、3号的厚度相同，我们向其表面均匀的涂了一层502胶水，用以研究502胶水对竹皮纸的影响。
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。
2009年江苏省结构创新大赛作品集
凌 越 报送单位：徐州工程学院
二十一号作品：
生命的旋律 报送单位：徐州工程学院
二十二号作品：
风神 报送单位：扬州大学
二十三号作品：
垂直宅院 报送单位：扬州大学
二十四号作品：
二十五号作品：
报 送 单 位：
大结构抗震加固
扬州大学
卧龙桥 报送单位：淮阴工学院
二十六号作品：
淮海大厦 报送单位：淮阴工学院
六号作品：
七号作品：水流动力式旋转斜拉桥 报送单位：河海大学
眸遇穹楼 报送单位：南通大学
九号作品：
飞行的立方 报送单位：南通大学
十号作品：
十一号作品：
报送单位：
欲穷千里
江南大学
海上华尔兹 报送单位：江南大学
十二号作品：
十三号作品：
海ห้องสมุดไป่ตู้ 报送单位：江南大学
汇博展览厅 报送单位：南京工程学院
三十三号作品：
sound of nature 报送单位：南京工业大学
三十四号作品：
天 翼 报送单位：南京工业大学
三十五号作品：
三十六号作品： 报 送
石 漪 单 位： 东南大学
三十七号作品：After2050---矿区更新
报 送 单 位：
中国矿业大学
三十八号作品：
报送单位：
醉仙楼概念设计
中国矿业大学
城市入口 报送单位：中国矿业大学
三十九号作品：
十四号作品：
天穹体育场 报送单位：南京工程学院
十五号作品：
十六号作品：
报送单位：
风华国际旋转会馆
南京工程学院
阙桥相会 报送单位：南京林业大学
十七号作品：
移动的花朵 报送单位：南京林业大学
第二届全国木结构设计大赛获奖作品
附件2
获奖作品公示一等奖作品
作品名称：Knot Garden （花园漫步式社区医院）
作者姓名：李哲瑞、张安顺、宋沐易、杨凡、林芮、王路参赛单位：南京林业大学木结构建筑系
指导老师：阙泽利
指导企业：北京筑雅印象科技有限公司
二等奖作品
作品名称：看台木屋
作者姓名：寿焘
参赛单位：东南大学建筑学院建筑系指导老师：张彤
作品名称：梦回廊桥
作者姓名：贾尚鹏、单宏伟、张玉梅
参赛单位：南京步云轩装饰工程有限公司指导老师：陆步云
三等奖作品
作品名称：编织的公共客厅
作者姓名：赵崇贤、吕媛、陈俊杰、刘海龙、李鸣洲、赵崇强
参赛单位：金陵科技学院、华中科技大学、南京林业大学、江西师范大学指导老师：阙泽利、葛少峰、杨⼩小军
作品名称：织木嵌水
作者姓名：王珊珊、吴超楠
参赛单位：南京大学建筑与城市规划学院
参赛作品：WOODHIVE（木筑蜂房购物中心）作者姓名：陈秋韵、赵阳臣
参赛单位：南京林业大学木结构建筑系
指导老师：张颖璐、王菲彬
参赛作品：TRANSMALL（厂房商业空间改造）作者姓名：李哲瑞、罗冬、陈浩、荣芹
参赛单位：南京林业大学木结构建筑系
指导老师：张颖璐
作品名称：浮屋
作者姓名：王舒啸
参赛单位：东南大学建筑学院。
结构设计大赛作品PPT课件
Please Criticize And Guide The Shortcomings
演讲人：XXXXXX 时 间：XX年XX月XX日
11
5
（三）结构特色
1、折成杆后毛面朝外、 增大接触面，从而增大 摩擦
2、采用空心结构，多柱 支撑，节省材料。
3、在绳子表面涂抹胶水， 一方面可以防止绳子滑 动，另一方面还可以减 少绳子的伸缩性。
4、根据横梁各部分受的
弯矩不同，将横梁设计
成前细后粗的渐变结构
。
6
（四）结构设计计算书
7பைடு நூலகம்
8
（五）横梁受力图
上层悬挑横梁的内力图 Fs
悬挑横梁的弯矩图 M
9
结束语
当你尽了自己的最大努力时，失败也是伟大的， 所以不要放弃，坚持就是正确的。
When You Do Your Best, Failure Is Great, So Don'T Give Up, Stick To The End
10
感谢聆听
结构设计大赛
1
（一）整体悬挑结构示意图
作品名称： 《空中力量》
即使悬挑在空中 依然可以承受很 重的力量！
2
（二）结构构思说明
1、纸作为纤维质薄板结构，不 以承受载荷破坏，应改变其强度 （采用多层增加厚度，加胶的方 式）。
2、为了使绞架能够承受较大的 载荷，我们采用了拉杆结构，但 纸的抗拉能力有限，故设计成双 排杆，其中前排杆起辅助支撑作 用，以减少后排杆所受拉力。单 杆支撑容易弯曲变形，然而多杆 同时支撑就可以增大杆的抗弯能 力，减小其被折断的几率，因此 载物部分也设计成双排杆件。
3
3.考虑到竞赛限制的质量问题，各杆均做成空心，在杆件制作过程 中加胶，以增强其抗折损能力。 4.又由于材料有限，杆与杆间有一定的近距离，为保证其强度，在 竖直支架各杆间和横梁各杆间均加斜置短杆，呈波浪矩阵，多方提 供拉力和压力，防止其扭转垮塌。
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历届结构设计竞赛优秀作品选登（高层结构设计）
缆约
洪磊、谭松林、戚雯
1、设计说明书
1.1方案构思
李白在《宣州谢朓楼饯别校书叔云》中有过“俱怀逸兴壮思飞，欲上青天揽明月”的豪情气概，满怀豪情逸兴，飞跃的神思像要腾空而上高高的青天，去摘取那皎洁的明月。
我们也希望，现在的科技能够让太白先生离摘月更近一点。
揽缆，月约，这给了我们无尽的启示，由此得来“缆约<揽月>”之创作，极力体现缆的作用和极致简约的模型风格。
高层建筑结构要抵抗竖向和水平荷载，在地震区还要抵抗地震作用。
在较低的建筑结构中，往往竖向荷载控制着结构设计；随着建筑高度的增大，水平荷载效应逐渐增大；在高层建筑结构中，水平荷载和地震作用起着决定性作用。
荷载效应最大值（轴力Ν、弯矩Μ和位移△）可由图1-1所示简图得到：
式中Ｗ－建筑每米高度上的竖向荷载；q－水平均布荷载；H－建筑高度；El－建筑总体抗弯刚度（E为弹性模量，l为惯性距）。
图1-1.荷载内力和位移图1-2.结构内力、位移与高度的关系如图2，随着建筑物高度的增大，位移增加增快。
因此，在高层建筑结构设计时，不仅要求结构具有足够的强度，而且还要求有足够的刚度和良好的抗震性能。
1.2结构选型
1.2.1整体选型
综合以上高层建筑特点，并结合国内外大量高层建筑实例参考并改进后最终确定了三菱椎的整体结构样式如图1-5，立面如图1-6，侧面如图1-7，底面如图1-8。
1.2.2平面形式
高层建筑平面形式要求：
外形简单、受力较好、边长较短、规则、对称、材料用量较少、减小偏心； 常见形式有如下图：
兼顾材料性能、用量方面的要求，以及高宽比(H/B <5)的限制选择三角形底面中间加Y 型横撑加固，如图1-9。
1.3材料及杆件试验
1.3.1材料力学特性
表1-1 .230克白卡纸弹性模量
图
1-5
图
1-6 图
1-7
图
1-8 图1-9
表1-2.230克白卡纸极限应力
表1-3.蜡线极限拉力
注：以上资料由大赛组委会提供
杆件试验
纸作为结构材料，从上面的力学性能指标可以看到，抗拉强度高、抗压强度较低，但是如果采取合理的截面形式，仍然可以达到理想的抗压效果。
试验比较圆形截面杆，矩形截面
杆，三角形截面杆，箱形截面杆，最终选定较易制作且受力和材料用量都满足设计要求的矩形截面杆。
轴心受压实验
受压杆件结构成型后直接进行破坏性试验，得极限抗压强度约200N ，符合计算的极限轴心受力值。
考虑长细比对稳定的影响，据欧拉公式2
min
2L EI P cr π=
知杆件临界压力与杆件
长细比密切相关，如下图：
图1-10 图
1-11 图1-12
模型本身并不受弯，但须考虑压杆失稳即长细比对压杆稳定的影响。
杆件长度即L 已经确定，故只能改进截面设计以减小惯性矩。
再增加横梁和改进加载方式以充分满足承载要求。
结论：所做的杆件完全可以满足承载力要求，所以选用这组杆件为我们的标准构件。
1.4
查混规附录（见附件1）知 15个长350、直径25的钢筋质量约20kg
1.4.1计算
R
R ε
圆形截面惯性矩
64
4
d I π=
薄壁圆环截面惯性矩δ
π3r I
=
矩形截面惯性矩
三角形截面惯性矩
制作工艺
白卡纸、白乳胶和蜡线的材料特性决定模型设计需要精细的手工制作，计算出每根杆件的截面、长度后，再人工一层一层包裹，白乳胶兑水以加快粘合进度并有效减轻杆件自重，蜡线均布于各受力集中点和关键节点。
图1-13 图1-14
1.5特色处理
1.5.1蜡线使用
由于本次竞赛允许蜡线作为结构，故在结构的很多复杂节点以及受拉力较大的主要结构，都采用蜡线制作。
1.5.2接头轻便处理
主要杆件接头为便于受力并兼顾美观采用粘接和内绑扎处理。
1.5.3预张拉
整体结构尽量做到简单对称并减轻结构重量，考虑到蜡线线伸长率较大对主要蜡线进行了预张拉，使其在受力后的变形与结构整体变形相协调。
1.5.4 Y 型底座
接口强化粘接，内部用蜡线穿越绑扎以抵抗水平面的巨大拉应力。
1.5.5顶部接头
顶部接头处受力集中（三向压力作用），在两主杆件中间穿孔设实心小圆杆支撑，可以较好的抵抗竖向力作用且可以抵消部分水平荷载保护杆头不被压坏。
2、设计计算书
2.1计算模型
12bh 3
=I 36bh 3
=
I
根据材料力学特性分析和相关杆件的实验数据，利用结构分析软件SAP2000建立了计算模型，考虑到靠粘结和绑扎工艺制作的节点无法达到刚性的要求，建模时，节点仍按铰接考虑。
计算模型如图1-15：
图1-15
2.2荷载分析
设计加荷方式
1＃加载点分三次挂载至30N 40N 50N
2＃加载点一次加满5N
2.3 内力计算
底座最大允许荷载为15个长350、直径25的钢筋质量，约3.85 kg/m * 15*350 mm * 0.001=20.21 kg 约合202 Ｎ，一次全固定。
内力分析：
加载变形如图1-16，主杆轴向力如图1-17，主杆扭矩如图1-18，截面剪力如图1-19，截面弯矩如图1-20，绳索拉力如图1-21。
图1-16 图1-17 图1-18
图1-19
图1-20 图1-21
2.4承载能力估算
2.4.1加载上限估算
按照组委会给的压底座钢筋规格和数量（15个长350、直径25的钢筋），估算出的极限压力约200 N，按我们设计的加载方式，如图
图1-22
可以估算出结点如图的极限竖向力约175 N，由此得出1＃加载点极限拉力50 N, 2＃加载点5 N.
结构是按1000 mm处加载点50 Ｎ；500 mm处加载点5 Ｎ设计的。
由于构件一开始就已经进行了折减，承载力应有相应的提高，同时由于构件本身在制作过程中也会有瑕疵，承载力可能会相应减少，故总体承载力应大致符合设计要求。
2.5破坏形式分析
1、蜡线变形过大导致主体结构倾覆破坏
2、主杆制作缺陷出现明显受力弱面导致主杆压坏
3、顶部接头损坏
4、其他结构破坏
【参考文献】
【1】结构力学（Ⅰ、Ⅱ）龙驭球，包世华，匡文起，袁驷编著北京：高等教育出版社，【2】结构概念和体系（美）林同炎斯多台斯伯利·S·D著高立人等译
【3】材料力学（Ⅰ、Ⅱ）孙训芳，方孝淑，关来泰编著北京：高等教育出版社
【4】房屋建筑工程—设计与施工彭伟，黄云德著成都：西南交通大学出版社
【5】混凝土结构设计原理李乔主编北京：中国铁道出版社
【6】钢结构设计原理彭伟主编成都：西南交通大学出版社
【7】《高层钢结构建筑设计资料集》
【8】《混凝土结构设计规范》 Code for design of concrete structures 【9】《高层建筑结构设计》山东大学土建与水利学院薛云冱
【10】《唐诗鉴赏辞典》上海辞书出版社。