第五届全国大学生结构设计大赛赛题
年三峡大学第二届结构设计竞赛赛题
一、竞赛赛题
竞赛赛题：带屋顶水箱的竹质多层房屋结构
二、竞赛模型
竞赛模型为多层房屋结构模型，采用竹质材料制作，具体结构形式不限。
模型包括小振动台系统、上部多层结构模型和屋顶水箱三个部分，模型的各层楼面系统承受的荷载由附加铁块通过实现，小振动台系统和屋顶水箱由承办方提供，水箱通过热熔胶固定于屋顶，多层结构模型由参赛选手制作，并通过螺栓和竹质底板固定于振动台上，图为示意性结构图。
图模型示意图
三、模型要求
几何尺寸要求
()底板：多层结构模型用胶水固定于模型底板上，底板为××的竹板，底板用螺栓固定于振动台上。
()模型大小：模型总高度应为75cm，允许误差为±。
总高度为模型底板顶面至屋顶(模型顶面)上表面的垂直距离，但不包括屋顶水箱的高度。
模型底面尺寸不得超过×22cm的正方形平面（见图），即整个模型需放置于该指定平面范围内，模型底面外轮廓与底板边缘应有足够的距离以保证螺栓能顺利紧固。
()楼层数：模型必须个楼层，底板视为模型第一层楼板。
()楼层高度：每个楼层层高，允许误差为±。
楼层层高是指该楼层主要横向构件顶部与其相邻的上一楼层主要横向构件顶部之间的最小距离。
第一层层高从底板顶面开始计算。
柱脚加劲肋、隅
撑及其他外立面构件不影响计算楼层净高。
图模型底板示意图(单位：)
()使用功能要求：楼层各层空间应满足使用功能要求。
在模型内部，楼层之间不能设置任何横向及空间斜向构件(示例如图)，使铁块能顺利放进模型。
图构件布置示例
() 楼层有效承载面积：楼层范围为各承重分区最外围楼层梁构件所包络的平面。
在楼层范围内与楼面构件直接接触的铁块的覆盖面积定义为楼层有效承载面积，每个楼层有效承载面积均不应小于* 。
()模型顶面应为平面，并满足安全放置水箱的要求。
若由于顶层尺寸不合适而导致水箱无法安装，则模型判为失效，取消振动台加载资格。
模型及附加铁块安装要求
()利用热熔胶将附加铁块固定在模型除底层以外的各个楼层的楼面结构上，可在楼层上设置固定铁块辅助装置，但辅助装置和铁块不能超出楼层范围且不能直接跟柱接触。
()提供大、小两种规格铁块。
大铁块长、宽、高约分别为、与，重量为。
小铁块的长、宽、高约分别为、与，重量为。
由于加载设备限制，模型中附加铁块总重量不得低于，不得超过。
铁块可
以叠放。
模型顶面不能放置铁块。
()模型顶面上应放置水箱，且水箱内注入不低于高的水(含水箱约)。
水箱只允许竖直、正向(水箱盖朝上)放置(水箱容量为，尺寸××中×为上表面盒盖的外轮廓尺寸，而与模型顶层直接接触的水箱下底面外轮廓尺寸为×)。
（）模型试验仅在单一水平向施加地震作用。
试验时模型放置方向由参赛者自行确定。
四、加载与测量
加载设备
结构模型采用小型精密振动台系统进行模拟水平地震作用的加载，考察模型承载力。
图水平振动台和激振器图功率放大器
输入地震波
本次竞赛采用振动台单方向加载，通过输入实测地震动数据模拟实际地震作用。
振动台输入的地震波取自汶川地震中什邡八角站记录的方向加速度时程数据，原始记录数据点时间间隔为，即数据采样频率为，全部波形时长为，峰值加速度。
截取原始记录中第区间内的数据，并通过等比例调整使峰值加速度放大为，作为本次竞赛加载所用的基准输入波，如图所示。
竞赛加载所用的基准输入波（什邡八角记录NS方向第10s-42s区间）-1000
-800
-600
-400
-200
200
400
600
800
1000
048121620242832
时间/s
加
速
度
/
g
a
l
图竞赛加载所用的基准输入波（）
荷载施加方式。
黄祖慰-第五届全国大学生结构设计竞赛总结(技术版)
第五届全国大学生结构设计竞赛总结（技术版）黄祖慰200805375th国赛的作品，是总结了4th国赛的失败教训，以降低模型量为重点的模型设计和制作成果。
我们通过不懈努力，终于到达了目标。
在这次比赛中，我们研究出了一些先进的模型设计和制作技巧和积累了更多的设计和制作的经验。
在此，我将通过模型从无到有的整个过程进行具体的介绍。
一、研读赛题读懂题目在结构设计竞赛中是一个最基本的要求，要做到对赛题的点点滴滴熟记于心，并且从规则中发掘模型设计的切入点。
要想获得大奖，就要对题目认真分析；努力寻找漏洞显得相当重要，是一条迈向成功的捷径。
在本次结构设计竞赛模型中，整体铁块，虚悬挑梁等都是针对题目漏洞而设计的，为模型重量的减轻做出了重要贡献。
二、准备制作工具所谓公欲善其事必先利其器，要想做好一个模型，一套好的工具是必须的。
在制作模型初期，选手可以采用非比赛指定工具来制作模型。
虽然赛题中已经明确规定了制作工具，但是由于提供工具的局限性，有些很好的想法不能够在模型上做出来。
我的建议是，先使用的工具，把想法尽可能表现出来，等到模型初步定型后，再使用比赛指定工具，寻求达到同样效果的模型的制作方法。
为了提高制作精度，画线笔可采用0.38mm的水笔。
三、研究材料特性所谓知自知彼方能百战不殆，在制作模型之前，必须先对材料进行分析，了解材料的特性，由此得知材料的实际力学性质和可加工性质。
下面我就罗列我对本次比赛的复压竹皮、竹制底板和502胶水的性质研究的一些心得：1、复压竹皮在顺纹路方向存在连续纤维，利于受拉。
但是顺纹容易被撕裂。
2、规格为0.2mm的竹皮为单层竹皮，应注意竹皮上存在的竹节的薄弱点，应尽量避开；此种竹皮，一面为光面，一面为毛面，粘贴时，光面的粘接速度要快于毛面，但是最终粘接紧密性毛面为优。
使用单层竹皮作为拉杆，存在风险，北京交通大学的模型是个典型例子。
3、规格0.35mm竹皮由一张0.2mm和一张0.15mm竹皮复压而成，其两层粘结的紧密性大于0.5mm的竹皮。
第五届全国大学生
与新的认识。”当队员们谈到对此次 大赛有什么
目标时，他们说到，来参赛就是来学习的，竞赛
的结果是次要的，更重要的是与专家们的交流，
对问题的积极思索，这将有助于他们今后的一切
生活。
在整个采访中，无论是领队老师还是参赛队
员，都对本次东南大学的志愿者的服务热情与专
业程度给予井井有条，他们感谢所有志愿者的努力与
思维的碰撞 想象的比拼
——记第五届全国结构设计竞赛现场模型加载
第五届全国结构设计竞赛现场模型加载于 10 月
22 日晚 6 点在东南大学九龙湖校区焦廷标馆正式拉
开帷幕。出席本次现场模型加载的有第五届全国结构
设计竞赛专家委员会主任邱洪兴教授、副主任叶继红
教授、委员哈尔滨工业大学的范峰教授等。
六点钟，现场模型加载正式开始。首先由邱洪
型名字上，有河北工业大学的乐画诗书、西安科技大
学的望京阁、广州大学的十八罗汉；在结构创意上，
有南昌大学、澳门大学的筒体结构，中国矿业大学的
以柔克刚等等。
本次结构设计竞赛不仅是对大家动手能力、创新
能力的考验，更是大家心理素质的比拼。在加载现
为 Mejo in Japan。当有专家问及他们模型为什么那 么重时，他们的参赛队员解释道，日本是一个地震 多发的国家，他们想要将安全、稳定的概念加入到 他们的模型中去，为此他们的模型全部使用的是较 为粗的实心柱。最后他们的模型经受住了地震的考
当记者问到朱凯健队长对竞赛组委会志 愿者的评价时，他十分满意地赞扬起了我们 的志愿者们。朱队长回忆说，他们一行人刚 到学校，就有志愿者热情地带领他们参观了 焦廷标馆等比赛场地和其他建筑。当看到他 们背着东西很不方便时，更是抢着要帮他们 拎东西。刚下车时的陌生感转瞬即逝，他深 深地被志愿者贴心的服务和灿烂的微笑所感 动。
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。
福州大学第五届全国结构设计大赛计算书概要
第五届全国大学生结构设计竞赛计算书参赛学校:福州大学参赛作品名:梁筑参赛队员:刘培雷、余煜华、谢添荣指导老师:祁皑2011年10月目录1 设计说明 (32 结构选型 (33 结构建模及主要计算参数 (63.1分析假定 (63.2工况 (63.3 材料特性、几何模型 (73.4静、动力荷载参数 (83.5 有限元模型的建立 (94 结构受荷分析 (94.1静力荷载 (94.2 结构抗震分析 (114.3破坏分析 (145 节点构造 (156 模型加工图及材料表 (196.1 模型加工图 (196.2材料表 (20附录: (221 设计说明本次结构设计竞赛模型为多层房屋结构模型,采用竹质材料制作,具体结构形式不限。
模型包括小振动台系统、上部多层结构模型和屋顶水箱三个部分。
模型的各层楼面系统承受的荷载通过附加铁块实现,小振动台系统和屋顶水箱由承办方提供,水箱通过热熔胶固定于屋顶,多层结构模型由我们制作,用502胶水固定于竹制底板上,并通过螺栓将竹质底板固定于振动台上。
本次模型的制作涉及到材料力学、结构力学和建筑结构抗震等知识。
2 结构选型由于此次的具体结构形式不限,这给了我们比较大的设计想空间。
我们的设计理念是用尽可能少的材料以最简单的结构形式做出抗震性好、结构稳定性强的模型来。
本着这个理念,我们结构选型主要从以下几方面来考虑。
在结构的平面外形选择方面,为了防止结构在地震力作用下发生扭转,结构在平面图的两个方向应对称,且尽可能规则、简单。
考虑到上述因素,我们决定模型平面采用由底层到屋顶逐渐减小的正方形形式。
在结构体系的选取方面,考虑到要减轻结构的质量,同时使结构的体系尽可能简单。
我们决定模型从第一层到第四层用四根柱,每个楼层用四根梁与柱连接定出,第四层到屋顶则采用单根柱,并在顶端设置悬挑梁来满足水箱的放置的要求。
为了保证底层柱在平面外的稳定性,减小柱的计算长度,同时也是防止柱由于受压侧屈曲失稳,在底层梁和柱之间设置隅撑。
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。
第五届全国大学生结构设计竞赛优秀奖作品 (3)
带屋顶水箱竹质多层房屋设计方案【摘要】本作品严格按照“第五届全国大学生结构设计竞赛”要求，采用组委会提供的各种规格竹材及胶水的力学特性，以获得最理想的效率比为结构设计目标，根据结构设计动力学和静力学理论，通过一系列的试验摸索和反复计算，逐步对方案分析和优化，在结构自重、楼层荷载分布的高度和重量、所能承受的最大地震波加速度峰值等四个方面进行最优组合，经过数月的努力，精心设计并制作了符合竞赛要求的结构模型——挺然。
【关键词】木竹结构多层房屋结构地震波效率比目录目录 (III)1.设计思路 (1)2.模型方案 (2)2.1结构方案 (2)2.2铁块布置 (5)2.3水箱设置 (5)3.理论计算 (6)3.1模态分析 (6)3.2静力分析 (8)3.3动力分析 (14)4.试验研究 (15)4.1材料试验 (15)4.2振动台加载 (16)5.施工要素 (16)5.1下料及构件制作 (16)5.2组装 (17)5.3其他 (17)6.结论 (17)1.设计思路本次赛题为制作多层竹质房屋结构，结构顶部及各层楼面分别放置水箱和附加铁块，利用小型精密振动台系统模拟水平地震作用对结构进行加载，考察其承载力。
通过对赛题的深入理解，我们从以下几个主要原则着手设计：✧结构材料特点：充分利用赛题所给出的竹制材料所具有的良好的拉、压性能，同时，运用竹皮可以方便的裁制出各类所需要的杆件截面，制作出得杆件具有良好的柔韧性。
达到结构“柔而不坏”的特点✧结构动力特性：针对加载的三条地震波，经反应谱分析可知，峰值反应谱频率主要分布在2～6Hz范围内。
为此，从减小结构的地震作用的角度出发，应尽可能使结构主要自振频率避开此区间。
考虑到结构做的刚度较大将无形中会增加材料的用量，所以我们争取将结构的第一阶自振频率控制在2Hz以下。
✧结构节点要求：自振频率的降低必然会使结构趋柔，从赛题规则来看，对结构变形未提出要求。
变形的大小不会影响成绩。
中南地区大学生结构设计竞赛赛题
附件：第五届中南地区大学生结构设计竞赛赛题高压输电塔结构设计一、选题背景高压输电塔线体系是高压电能的输送载体（如图1所示），是极其重要的生命线工程，具有塔体高、跨距大、柔度大等高耸结构和大跨结构的共同特点，对地震、强风等水平动力作用响应灵敏，容易发生振动疲劳损伤，甚至会引起结构倒塌破坏，造成严重的灾害。
图1 高压输电塔二、竞赛模型及制作要求2.1 竞赛模型采用高压输电塔作为竞赛模型，图2为输电塔实例照片（输电塔并不局限于该形式）。
(a) 轴测图(b)立面图(单位：cm) (c)俯视图(单位：cm)图2 模型示意图a ( cb ( d )2 ( 4 )1 ( 3 5 ( 76 ( 8 )图2为输电塔轴测图、立面图和俯视图。
数字1到6表示与输电塔连接的六根输电线（输电线方向沿Y 向水平布置），a 、b 、c 、d 分别为输电线与输电塔的连接点，其中a 点和b 点同高，c 点或d 点同高。
模型高度（Z 轴方向）为1000mm ，允许误差为±5mm ；a 点和d 点距底板高度为300mm ；c 点和d 点距底板高度为700mm ；1和2、3和4、5和6、7和8号输电线之间的间距均为300mm 。
模型底面X 和Y 方向尺寸限制在300mm ×300mm 以内，模型底脚用热熔胶固定于底板之上， 底板尺寸及预留空洞见图3所示。
2.2模型制作要求（1）输电塔采用格构式结构；（2）下部净空尺寸要求：底层中部空间能容纳一个底面直径250mm 、高700mm 的圆锥；（3）1和5号输电线与输电塔的连接点为同一点（即a 点），2和6号输电线与输电塔的连接点为同一点（即b 点），3和7号输电线与输电塔的连接点为同一点（即c 点），4和8号输电线与输电塔的连接点为同一点（即d 点）；（4）输电线与输电塔的连接点的悬挑长度l 不得小于90mm ；（5）除竖向高度外，模型其他尺寸精度要求为±3mm ；（6）加载点a 、b 、c 、d 处竖向配重各2 kg 。
2013年大连交通大学第五届结构设计大赛命题
2013年辽宁省普通高等学校本科大学生结构设计竞赛命题及竞赛方式一、竞赛题目移动偏载作用下两等跨双车道连续桥梁结构模型。
二、模型制作1.模型制作材料模型制作材料为组委会统一提供的230克巴西白卡纸、铅发丝线和白胶。
任一参赛队不得使用组委会指定以外的其它任何材料，否则将直接取消参赛资格，并通报。
2.模型尺寸要求桥梁的类型不限，但必须保持主梁和桥面为连续梁（连续梁判定：提交作品时，将中支座撤掉，在中支座位置处加0.5kg静荷载，桥梁结构不发生破损为标准），模型的纵桥向长度要求在区间（2000，2020）mm范围内，横桥向宽度要求在（200，300）mm 范围内。
桥面设置两个车道，每个车道宽不得小于100mm，因两车道之间设有行车导索，所以车道之间不能有立柱、拉索一类的构件。
桥面以下的模型高度不得大于200mm，桥面高差不得大于20mm。
模型具体长度尺寸拟定请参考试验平台示意图，试验加载支架见附图1所示，试验加载支架细部尺寸见附图4所示。
桥面要求满铺且能承受加载小车的荷载。
模型除与支座、两端下压板、前端挡板接触外，不能与加载装置的其他部位接触。
为保证小车能够顺利通过，模型应根据加载小车的尺寸，预留足够的通行空间，并能够满足给定的加载装置，请参赛队注意加载装置给定的条件。
3.挠度测点布置每跨在跨中布置两个挠度测点，测点位于两个行车道中心位置，挠度测试点位于桥面底面，故每个参赛队提交作品时，需用彩色笔在每跨跨中桥面顶面及桥面底面绘制标线，同时绘出两个行车道中心线，挠度测点处需设刚性横梁。
4.支座条件加载装置设置3个支座，位于一条直线上，两端支座的中心距为2010mm，中间支座位于外侧两端支座的中点位置。
支座沿顺桥方向宽度为30mm，支座沿横桥方向长度为300mm。
两个端支座提供竖向支撑和顺桥向约束，中间支座仅提供竖向支撑。
边支座和中支座顶面距桥面距离为150mm，试验整个过程中3个支座固定不动。
5.加载小车尺寸加载小车外轮廓最大尺寸为长200mm，宽90mm，高150mm，具体见附图2、附图3所示。
第五届全国大学生结构设计大赛作品
“PKPM”杯第五届全国大学生结构设计竞赛计算书摘要“PKPM”杯第五届全国大学生结构设计竞赛参赛作品——“竹”，欲学竹之挺拔，PK竹之坚韧，能矗立于大震之后。
该作品采用仿生设计。
柱脚仿竹之根须，分散粘接于底板，锚固可靠；柱身仿竹之躯干，为中空截面，上细下粗，受力合理；梁柱节点仿竹之竹节，连接牢靠，韧性好。
根据竞赛规则和地震波特性，合理设计了结构形式和铁块放置方式，形成了上部水平刚度小，下部水平刚度大，同时兼顾稳定性的结构体系。
在满足竞赛所有要求的前提下，经多次计算、试验和优化，作品“竹”在平面上呈边长141mm的正方形，每层有4个矩形箱型截面主梁，并由4个三角形箱型截面柱支撑；为布置更多铁块，在第三层上采用了悬挑梁，以扩大楼层面积；在立面上，布置了一些控制结构水平刚度和提高稳定性的斜向和水平支撑。
考虑材料的离散性和制作工艺的误差，作品“竹”的自重为78±5g，承载27±3kg铁块和满载的水箱，其有效承载面积为648cm2，能成功抵御竞赛给定的各级地震作用。
总之，作品“竹”造型简洁、工艺精美、受力合理、结构材料效率比高，实现了模型自重轻、抗震性能好的目标。
目录1设计说明 (2)2 结构选型 (3)3 结构建模及主要计算参数 (4)3.1 分析假定 (4)3.2 材料特性、几何模型 (5)3.3 静、动力荷载参数 (6)3.4 有限元模型的建立 (7)4 结构受荷分析 (8)4.1 结构静力分析 (8)4.2 结构动力分析 (9)5 节点构造 (12)5.1 支座节点 (12)5.2 相贯节点 (12)6 模型加工图及材料表 (13)6.1 模型加工图 (13)6.2 材料表 (15)7 铁块分布详图 (16)7.1 铁块分布详图 (16)7.2 水箱注水重量 (18)附录：参赛作品“竹”设计图1 设计说明“PKPM”杯第五届全国大学生结构设计竞赛结构设计竞赛模型为多层房屋结构模型，采用竹质材料制作，具体结构形式不限。