第十屆全國大學(xué)生結(jié)構(gòu)設(shè)計競賽賽題

1、第十屆全國大學(xué)生結(jié)構(gòu)設(shè)計競賽賽題大跨度屋蓋結(jié)構(gòu)1賽題背景隨著國民經(jīng)濟的高速發(fā)展和綜合國力的提高， 我國大跨度結(jié)構(gòu)的技術(shù)水平也 得到了長足的進步，正在趕超國際先進水平。改革開放以來，大跨度結(jié)構(gòu)的社會需求和工程應(yīng)用逐年增加，在各種大型體育場館、劇院、會議展覽中心、機場候 機樓、鐵路旅客站及各類工業(yè)廠房等建筑中得到了廣泛的應(yīng)用。借北京成功舉辦2008奧運會、中辦2022冬奧會等國家重大活動的契機，我國已經(jīng)或即將建成一大 批高標(biāo)準(zhǔn)、高規(guī)格的體育場館、會議展覽館、機場航站樓等社會公共建筑，這給 我國大跨度結(jié)構(gòu)的進一步發(fā)展帶來了良好的契機，同時也對我國大跨度結(jié)構(gòu)技術(shù)水平提出了更高的要求。2總體模型總體模型

2、由承臺板、支承結(jié)構(gòu)、屋蓋三部分組成（圖 -1）加載區(qū)域圖-1模型三維透視示意簡圖2.1 承臺板承臺板采用優(yōu)質(zhì)竹集成板材，標(biāo)準(zhǔn)尺寸1200mm>800mm,厚度16mm,柱底平面軸網(wǎng)尺寸為900mm>600mm,板面刻設(shè)各限定尺寸的界限：文檔（1）內(nèi)框線：平面凈尺寸界限，850mrK 550mm；（2）中框線：柱底平面軸網(wǎng)（屋蓋最小邊界投影）尺寸，900mm>600mm；（3）外框線：屋蓋最大邊界投影尺寸，1050mm>750mmo承臺板板面標(biāo)高定義為土 0.00。平南汴久寸情懵（850x550）t杵界不符進入灌茶用）1200.圖-2承臺板平面尺寸圖2.2 支承結(jié)構(gòu)僅允許

3、在4個柱位處設(shè)柱（圖-2中陰影區(qū)域），其余位置不得設(shè)柱。柱的任 何部分（包括柱腳、肋等）必須在平面凈尺寸（850mmx 550mm）之外，且滿足 空間檢測要求。（即要求柱設(shè)置于四角175m佛125mm范圍內(nèi)。）柱頂標(biāo)高不超過+0.425 （允許誤差+5mm）,柱軸線間范圍內(nèi)+0.300標(biāo)高以 下不能設(shè)置支撐，柱腳與承臺板的連接采用膠水粘結(jié)。2.3 屋蓋結(jié)構(gòu)屋蓋結(jié)構(gòu)的具體形式不限，屋蓋結(jié)構(gòu)的總高度不大于125mm （允許誤差+5mm）,即其最低處標(biāo)高不得低于0.300m,最高處標(biāo)高不超過0.425m （允許誤 差+5mm）。平面凈尺寸范圍（850mmx 550mm）內(nèi)屋蓋凈空不低于300mm,屋

4、蓋結(jié)構(gòu) 覆蓋面積（水平投影面積）不小于900X600mm,也不大于1050X750mm,見圖-3。 不需制作屋面。屋蓋結(jié) 構(gòu)覆蓋面積（水平投 影面積）不小于900>600mm,也不大于 1050X750mm。但不限定屋蓋平面尺寸是矩形，也不限定邊界是直線。屋蓋結(jié)構(gòu)中心點（軸網(wǎng)900>600mm的中心）為撓度測量點。文檔2.4 剖面尺寸要求模型高度方向的尺寸以承臺板面標(biāo)高為基準(zhǔn)，尺寸詳見圖增哲投第M小心界屋我姑的的最大尺寸L_-4、5。=中 心甘 z "TZ 14<1050t750圖-3屋蓋結(jié)構(gòu)尺寸圖VIjo .3L50(t圖-4結(jié)構(gòu)剖面圖A文檔CM<75,30

5、1) l 300撓度量戊厘表第構(gòu)的最大尺寸田縣n國朝a三3 馮1 T 02,|嘰mJ 口:一F 1I F I 盧A）B圖-5結(jié)構(gòu)剖面圖B3模型材料及制作工具3.1竹材竹材規(guī)格及數(shù)量如表-1所示，竹材參考力學(xué)指標(biāo)如表-2所示表-1竹材規(guī)格及用量竹材規(guī)格竹材名稱數(shù)量竹皮1250mmx 430mmx 0.50mm本色側(cè)壓雙層復(fù)壓竹皮4張1250mmx 430mmx 0.35mm本色側(cè)壓雙層復(fù)壓竹皮4張1250mmx 430mmx 0.20mm本色側(cè)壓單層復(fù)壓竹皮4張竹條900mmx 6mnK 1mm40根900mmx 2mnK 2mm40根900mmx 3mnm< 3mm40根900mmx 6

6、mnm< 3mm40根注：竹條實際長度為 930mm。表-2竹材參考力學(xué)指標(biāo)密度順紋抗拉強度抗壓強度彈性模量0.789g/cm3150MPa65MPa10GPa3.2粘結(jié)膠水502膠水12瓶（規(guī)格30克/瓶）圖-6測試附件3.3 制作工具（1）每隊配置工具美工刀（3把），3.0m卷尺（1把），1m鋼尺（1文檔 把），1.2m丁字尺（1把），45cm三角板（1套），16cm彎頭帶齒銀子（1把）， 砂紙（6張，粗砂、細(xì)砂各3張），5件套錘刀（1套）、剪刀（2把）、棉手套（3 副）、簽字筆（3支）、HB鉛筆（2支）、透明膠帶（1卷）、6時模型剪鉗（2 把）、切割墊塊（1塊）、工具收納筐（1個）

7、。（2）公用工具裁紙刀A3 （10臺）、空間木星模型檢測塊（4個）。3.4 測試附件測試附件為100M00M.8mm的鋁片，重17.5g,用于撓度測試。如圖-6。重 量不計入模型重量。鋁片中心刻有直徑10mm及直徑50mm的圓痕。3.5 屋面材料屋面材料采用柔軟的塑膠網(wǎng)格墊，厚度約 3mm。尺寸為1.5:1的矩形，四周 切為弧形，具體尺寸：長約108cm,寬約72cm,切弧半徑為175mm,以滿足重 量1kg為準(zhǔn)（誤差0.5g）,中間位置開直徑80mm的圓孔（撓度測試之需），詳 見圖-7。圖-7屋面材料3.6 加載材料加載材料采用軟質(zhì)塑膠運動地板（圖-8, 9）,尺寸950mrK 650mm,

8、四周 切為弧形，中央開直徑80mm的圓孔（撓度測試之需）。加載材料厚度約2.4mm。單塊重量2kg,誤差控制在1g以內(nèi)，大于2kg的 部分通過均勻開小孔（孔徑10mm）的方式減去，小于2kg的粘貼小塊材料補足。文檔圖-8加載材料尺寸圖圖-9加載材料尺寸圖4模型制作要求4.1 模型的承臺板由競賽主辦方統(tǒng)一提供，板長邊中點處標(biāo)注承臺板自重（精確 至Mg）。各參賽隊不得對其進行任何致重量改變的操作，如打磨、挖空，削 皮，灑水等，否則視為違規(guī)，取消比賽資格。4.2 模型的其余部分由參賽隊制作。模型結(jié)構(gòu)的所有桿件、節(jié)點及連接部件均采 用給定材料與粘結(jié)膠水手工制作完成。4.3 測試附件粘貼要求（1）測試附

9、件（鋁片）粘貼于屋蓋結(jié)構(gòu)中心處（見圖 -35）,且鋁片中心區(qū) 域（直徑50mm）表面應(yīng)平行于承臺板面。屋面材料鋪設(shè)后，必須能與鋁片 接觸。文檔（2）鋁片必須直接牢固粘貼在與屋面網(wǎng)墊接觸的桿件上，第一階段加載過程 中出現(xiàn)脫落、傾斜而導(dǎo)致的位移計讀數(shù)異常，各參賽隊自行負(fù)責(zé)。（3）若中心區(qū)域無桿件，則需由參賽隊自行增加桿件連接，增加的桿件計入 模型重量。4.4 模型提交時應(yīng)組裝為整體，即將承臺板、支承結(jié)構(gòu)和屋蓋結(jié)構(gòu)用膠水裝配成 整體。4.5 模型制作時間為14小時。模型應(yīng)在規(guī)定的制作時間內(nèi)組裝為整體，此后不能 再有任何實質(zhì)性的操作。4.6 比賽中提供的制作臺尺寸1220>2440mm,臺面高度

10、720750mm。5模型凈空檢測及稱重5.1 模型凈空間檢測用標(biāo)準(zhǔn)凈空模塊（850mm長>550mm寬刈00mm高）沿縱向及橫向穿越模型 內(nèi)部，如不能通過，則視為模型不合格。5.2 屋蓋平面尺寸及高度檢測用激光水平儀和卷尺檢測屋蓋平面尺寸及高度，滿足下列要求之一者視為不 合格。（1）屋蓋平面尺寸最大處超過允許值（1050、750） +10mm （每側(cè)+5mm）;（2）屋蓋平面尺寸最小處超過允許值（900、600） -10mm （每側(cè)-5mm）;（3）屋蓋厚度超過允許值（125mm） +5mm。5.3 模型稱重模型整體稱重后，減去承臺板及測試附件（鋁片）的重量，即為參賽模型的 重量Mi。6

11、模型加載及評判6.1 加載方式模型加載采用靜加載的形式完成，所加荷載為屋面全跨均布荷載，荷重用軟 質(zhì)塑膠運動地板模擬。6.2 加載準(zhǔn)備文檔(1)模型置于加載臺上，調(diào)試位置。使位移計激光投射于鋁片中心直徑為 10mm的圓痕區(qū)域內(nèi)，完成定位。(2)調(diào)整激光位移計高度。使激光位移計底面至鋁片中心的垂直距離為100 5mm范圍內(nèi)。(3)布置攝像頭。模型凈空范圍內(nèi)設(shè)置攝像頭，觀測受力過程中結(jié)構(gòu)的變形。6.2 加載過程先鋪屋面材料，作為預(yù)加載，然后位移計讀數(shù)清零。模型加載分為兩個階段：6.2.1 第一階段：標(biāo)準(zhǔn)加載14kg (七張膠墊)(1)先加第一級，6kg (三張膠墊逐張加載)，完成后持荷 20秒，測

12、試并記 錄測試點撓度值。(2)再加第二級，8kg (四張膠墊逐張加載)，完成后持荷 20秒，測試并記 錄測試點撓度值。第一階段加載時的允許撓度為w =4.0mm。6.2.2 第二階段：最大加載第二階段的最大加載量由各參賽隊根據(jù)自身模型情況自行確定，可報兩個級別(定義為第三級和第四級)，并應(yīng)在加載前上報。荷載級別為膠墊的數(shù)量(即 2kg的倍數(shù))。(1)先加第三級，按上報加載量一次完成加載，持荷 20秒，如結(jié)構(gòu)破壞，終 止加載，且本級加載量不計入成績；如結(jié)構(gòu)不破壞，繼續(xù)加載。(2)再加第四級，按上報加載量一次完成加載，持荷 20秒，加載結(jié)束。如結(jié) 構(gòu)破壞，本級加載量不計入成績；如結(jié)構(gòu)不破壞，本級加

13、載量計入成績； 第二階段加載時不進行撓度測試。6.2.3 加載過程由參賽隊隊員完成。6.2.4 自預(yù)加載開始，至加載結(jié)束，時間控制在6分鐘以內(nèi)。(第四級加載后的持 荷時間不計入6分鐘內(nèi))6.3 評判標(biāo)準(zhǔn)6.3.1 第一階段加載過程中，出現(xiàn)以下情況，則終止加載。本級加載及以后級別加載成績?yōu)?零(即第二級加載出現(xiàn)此情況，加載項成績算第一級加載成功的成績)；(1)模型結(jié)構(gòu)發(fā)生整體傾覆、垮塌；(2)屋面桿件脫落；文檔(3)撓度超過允許撓度限值w的1.10倍。6.3.2 第二階段(1)加載過程中，若模型結(jié)構(gòu)發(fā)生整體傾覆、垮塌，則終止加載，本級加載 及以后級別加載成績?yōu)榱?即第三級加載出現(xiàn)此情況，加載項成

14、績算第 二級加載成功的成績)；(2)加載過程中，若模型結(jié)構(gòu)未發(fā)生整體傾覆、垮塌，但有局部桿件的破壞、 脫落或過大變形，則可繼續(xù)加載。6.3.3 每隊加載成績由各級加載成功時，計算所得荷重比分?jǐn)?shù)和剛度分?jǐn)?shù)組成。7評分項及評分標(biāo)準(zhǔn)7.1 模型評分項及分值模型評分項共五項，總分100分，其中包括：(1)計算書以及設(shè)計說明一一10分(2)結(jié)構(gòu)選型與制作質(zhì)量一一10分(3)現(xiàn)場表現(xiàn)5分(4)模型承載力一一60分(5)模型剛度一一15分7.2 評分標(biāo)準(zhǔn)7.2.1 計算書以及設(shè)計說明一一10分(1)計算內(nèi)容的完整性、準(zhǔn)確性6分(2)圖文表達的清晰性、規(guī)范性4分7.2.2 結(jié)構(gòu)選型與制作質(zhì)量一一10分(1)結(jié)

15、構(gòu)合理性與創(chuàng)新性5分(2)模型制作質(zhì)量與美觀性5分7.2.3現(xiàn)場表現(xiàn)一一5分(1)賽前陳述3分(2)現(xiàn)場答辯文檔7.2.4模型承載力60分（第一階段加載，35分；第二階段加載，25分）（1）計算各參賽隊模型（i）的單位自重承載力mii、m2i按式（a）計算:m2iN2i(a)Ni第一階段加載成功時的加載荷重（包括屋面重量）；若兩級加載均成功，承載力為兩級加載塊重量和屋面材料重量之和，即Ni=15kg；若僅第一級加載成功，承載力為第一級加載塊重量和屋面材料重量之 和，即 Ni=7kg。N2i第二階段加載時，本隊模型的加載荷重，單位： kg；Mi本隊模型的自重；單位：g0（2）模型承載力得分Ci按式（b）計算：Ci3525（b）mi,maxm2,maxmi,max第一階段加載時,所有參賽隊模型中單位自重承載力的最大值；m2,max第二階段加載時，所有參賽隊模型中單位自重承載力的最大值。7.2.5模型剛度一一i5分（僅第一階段加載）按以下方式計算模型剛度得分Ki(a)(ci)wiKi i5w(b)當(dāng)w &l