西北地區(qū)大學(xué)生結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)邀請(qǐng)賽賽題

1、附件：2014全國大學(xué)生結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競(jìng)賽賽題三重檐攢尖頂仿古樓閣模型制作與測(cè)試1、選題背景中國木結(jié)構(gòu)古建筑在世界建筑之林中獨(dú)樹一幟、風(fēng)格鮮明，具有極高的歷史、文化及藝術(shù)價(jià)值。其中樓閣式古建筑以其優(yōu)美的造型和精巧的設(shè)計(jì)聞名于世，已成為中國古建筑的典型象征。據(jù)歷代營造史料記載，樓與閣原有明顯區(qū)別，但后來因其均為復(fù)層建筑，故通稱樓閣，其中比較著名的有武漢黃鶴樓、岳陽岳陽樓、南昌滕王閣、煙臺(tái)蓬萊閣以及西安鐘樓等。我國古代樓閣構(gòu)架形式多樣，屋蓋造型豐富。在廣泛調(diào)研及征求意見的基礎(chǔ)上，本次競(jìng)賽的模型形式確定為三重檐攢尖頂仿古樓閣。該類古建的一個(gè)現(xiàn)存實(shí)例為明代所建的西安鐘樓，如圖1所示。基于當(dāng)前全球已進(jìn)入巨震期

2、這一工程背景，本次競(jìng)賽引入模擬地震作用作為模型的測(cè)試條件，這對(duì)于眾多現(xiàn)存同類古建的抗震修繕與補(bǔ)強(qiáng)具有現(xiàn)實(shí)的科學(xué)價(jià)值和工程意義。圖1西安鐘樓2、競(jìng)賽模型競(jìng)賽模型采用竹質(zhì)材料制作，包括一、二、三層構(gòu)架及一、二層屋檐，其構(gòu)造示例如圖2(a)所示。模型柱腳用熱熔膠固定于底板之上，底板用螺栓固定于振動(dòng)臺(tái)上。模型制作材料、小振動(dòng)臺(tái)系統(tǒng)和模型配重由承辦方提供，底板用螺栓固定于振動(dòng)臺(tái)上，具加載安裝形式見圖2(b)03、模型要求3.1 模型構(gòu)造3.1.1 總體規(guī)定3.1.2 中所涉及各種尺寸，如無特殊說明，允許誤差均為mm。3.1.3 一至三層樓面標(biāo)高(由底板上表面量至各樓層梁的上表面最高處)分別為0.24m、

3、0.42m、0.60m。3.1.4 構(gòu)的外輪廓不能設(shè)置任何蒙皮。3.1.5 豎向構(gòu)件布置要求：(1)結(jié)構(gòu)豎向構(gòu)件必須是鉛直柱，不允許使用斜向支撐與拉條。(2)各層的轉(zhuǎn)角處必須設(shè)置柱，柱位如圖3(a)所示。且各層柱在底板上的投影必須分別位于圖3(b)、(c)、(d)所示的陰影范圍內(nèi)。(3)門窗洞口范圍如圖4所示。門窗洞口沿其所在平面法線方向在結(jié)構(gòu)內(nèi)部的任意投影范圍內(nèi)不能設(shè)置構(gòu)件，如圖5所示重型安裝底板底板爐檢安裝孔(a)各層角柱位置(b)第一層柱投影范圍(c)第二層柱投影范圍(d)第三層柱投影范圍5圖3柱布置范圍立面圖1-12-23-3圖4門窗洞口示意圖(圖中陰影部分為門窗洞口)圖5模型內(nèi)部凈空

4、要求(圖中陰影部分不得設(shè)置構(gòu)件)3.1.6 水平構(gòu)件布置要求(1)第三層柱頂沿外輪廓線應(yīng)有橫梁連接，且應(yīng)符合本賽題3.2部分對(duì)屋蓋配重安裝的要求。(2)屋檐布置要求一、二層屋檐分別如圖6所示;屋檐屋脊曲線段詳圖如圖7所示;一、二層屋檐屋脊曲線段的上邊緣均為半徑135mm,弧長160mm的圓弧。一、二層屋檐屋脊曲線段分別安裝在二、三層轉(zhuǎn)角柱處。一層屋檐屋脊曲線段上邊緣起點(diǎn)和終點(diǎn)的標(biāo)高均為270mm。二層屋檐屋脊曲線段上邊緣起點(diǎn)和終點(diǎn)的標(biāo)高均為450mm。屋檐的立面標(biāo)高如圖8所示。(a) 一層屋檐俯視瑋口與房普制德席 二民喏口不或噂梧口一事費(fèi)連接惶(b)二層屋檐俯視(c) 一層屋檐正立面(d)二層

5、屋檐正立面圖6模型屋檐3.2 配重及安裝要求模型所加配重為銅條與銅球，銅條截面寬*高的尺寸均為13mm*10mm,并以寬度為13mm的面與結(jié)構(gòu)相粘結(jié)；銅球直徑為25mm。第一、二層屋檐配重質(zhì)量分別為2.4kg和1.8kg,第三層屋蓋配重總質(zhì)量為4.0kg。3.2.1 配重尺寸(1) 一、二層屋檐一、二層屋檐質(zhì)量塊包括屋檐屋脊曲線段和屋檐檐口直線段兩部分。安裝在屋檐屋脊曲線段上的配重為下邊緣半徑135mm,弧長180mm的銅條，下邊緣外挑端部在鉛直方向固結(jié)三個(gè)串聯(lián)在一起的銅球，安裝在一、二層屋檐檐口直線段的配重銅條分別長180mm和120mm。(2)屋蓋屋蓋配重由屋頂和屋檐兩部分組成，屋蓋配重如

6、圖9所示。(a)屋頂為高90mm,底面邊長120mm*120mm的正四棱錐。9(b)屋檐屋脊曲線段為下邊緣半徑135mm,弧長130mm的銅條，屋檐檐口直線段為134mm的銅條。3.2.2 安裝要求一、二層屋檐和屋蓋的安裝位置如圖10所示。配重及模型用熱熔膠連接，要求相應(yīng)部位尺寸應(yīng)貼合，最大脫空間隙不得超過3mm。攢尖頂屋蓋設(shè)有與第三層頂部連系橫梁相粘結(jié)的銅條支座(如圖11所示)，用以將攢尖頂屋蓋固定于第三層的柱頂橫梁之上。L4 Nr2ma。手(a)屋蓋平囿 5號(hào)(c)屋蓋45°側(cè)立面圖9屋蓋配重圖- / _: 呂? 1L 120 1L i(b)屋蓋立面:r 7也一他Hue(d)屋蓋

7、屋脊曲線段詳圖(a) 一層屋檐配重平面位置oHi(b)二層屋檐配重平面位置(c)配重安裝的立面位置圖10配重安裝圖17圖11攢尖頂屋蓋安裝支平面圖4、加載設(shè)備介紹結(jié)構(gòu)模型采用第二代改進(jìn)型WS-Z30小型精密振動(dòng)臺(tái)系統(tǒng)進(jìn)行模擬水平地震作用的加載，考察模型承載力。振動(dòng)臺(tái)系統(tǒng)的主要組成部分及相關(guān)參數(shù)信息如下：水平振動(dòng)臺(tái)：型號(hào)WS-Z30-50（如圖12）指標(biāo)：水平臺(tái)尺寸：506X380X22mm,荷載：30kg,重量：11.5kg,材料：鋁合金LY12。功能：承載實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ汀＜ふ衿鳎盒吞?hào)：JZ-50（如圖13）指標(biāo)：工作頻率：0.53000Hz,最大位移：±8mm,激振力：500N,重量：2

8、8kg功能：使水平臺(tái)振動(dòng)。功率放大器：型號(hào)：GF-500W指標(biāo)：失真度：1%,噪聲：10mV,輸出阻抗：0.5Q,工作頻率：DC10000Hz,輸出電流：25A,輸出電壓：25V,功率：500VA，供電電壓：220VAC，尺寸：44x48x18cm,重量：18g功能：為激振器提供輸出功率。圖12水平振動(dòng)臺(tái)和激振器圖13功率放大器5、加載方法與失效評(píng)判5.1 輸入地震波加載所用的波形文件，由組委會(huì)后續(xù)以附件形式補(bǔ)充提供。5.2 模型失效評(píng)判準(zhǔn)則模型在進(jìn)行加載時(shí)，出現(xiàn)下列任一情形則判定為模型失效，不能繼續(xù)加載。同時(shí)將上一次加載級(jí)別視為該模型實(shí)際所通過的最高加載級(jí)別，并作為模型效率比計(jì)算的依據(jù)(參見

9、本賽題第8部分：評(píng)分標(biāo)準(zhǔn))。模型中的任一構(gòu)件出現(xiàn)明顯斷裂或節(jié)點(diǎn)脫開(2)配重脫落(包括配重條一端沿長度1/3部分脫離其支撐構(gòu)件而另一端懸掛于結(jié)構(gòu)上情況)。(3)第三級(jí)加載完畢：較加配重前，第一層屋檐的屋脊曲線段末端和檐口直線段中點(diǎn)沿鉛直方向下?lián)隙瘸^10mmo第一層屋檐變形測(cè)量點(diǎn)的具體位置如圖14所示90W7圖14第一層屋檐變形測(cè)量點(diǎn)位置圖6、模型材料競(jìng)賽期間，承辦方為各隊(duì)提供如下材料及工具用于模型制作，不得擅自使用其它材料（1）竹材：用于制作結(jié)構(gòu)構(gòu)件。竹材規(guī)格及數(shù)量見表1。表1竹材規(guī)格及數(shù)量竹材規(guī)格竹材名稱數(shù)量1250*430*0.50mm本色側(cè)壓雙層復(fù)壓竹皮2張1250*430*0.35m

10、m本色側(cè)壓雙層復(fù)壓竹皮2張1250*430*0.20mm本色側(cè)壓單層復(fù)壓竹皮2張注：竹材力學(xué)性能參考值：彈性模量1.0X104MPa,抗拉強(qiáng)度60MPa。（2）502膠水，8瓶（規(guī)格25克），用于模型結(jié)構(gòu)構(gòu)件之間的連接。（3）熱熔膠：用于配重與模型的固定及模型與底板的連接。（4）模型安裝底板：底板材料為竹制，厚度20mm,長、寬分別為400mm和400mm。底板上除預(yù)設(shè)孔洞外不得另行鉆孔。底板孔洞標(biāo)注圖參見圖3（a）。（5）制作工具：美工刀（3把），1米鋼尺（1把），三角板（2塊），圓規(guī)（1把），砂紙（10張），錘刀（1把）、剪刀（1把）、手套（3付）、簽字筆（1支）、鉛筆（1支）、橡皮（1塊

11、）。另外，公用砂輪機(jī)等由承辦方提供。7、模型現(xiàn)場(chǎng)安裝、加載及測(cè)試步驟7.1 賽前準(zhǔn)備（ 1）對(duì)底板及配重進(jìn)行稱重，得到質(zhì)量M1（單位：克）；（ 2）核查模型尺寸是否滿足制作要求；（ 3）提交模型前，用熱熔膠將模型與底板粘結(jié)牢固；（ 4）加載測(cè)試前，用熱熔膠將配重與模型粘結(jié)牢固，時(shí)間不超過10分鐘，該步驟按抽簽比賽順序提前2隊(duì)開始；5）稱量包含配重與底板的模型質(zhì)量M2（單位：克）；（6）以上過程由各隊(duì)自行完成，賽會(huì)人員負(fù)責(zé)監(jiān)督、標(biāo)定測(cè)量儀器和記錄。如在此過程中出現(xiàn)模型損壞，則視為喪失比賽資格。7.2加載及測(cè)試步驟（1）得到入場(chǎng)指令后，迅速將模型及底板運(yùn)進(jìn)場(chǎng)內(nèi)，安裝在振動(dòng)臺(tái)上，緊固螺栓，準(zhǔn)備進(jìn)行加

12、載。賽場(chǎng)內(nèi)安裝時(shí)間不得超過3分鐘。（2）參賽隊(duì)代表進(jìn)行2分鐘陳述，之后評(píng)委提問，參賽隊(duì)員回答問題。3）依次進(jìn)行三級(jí)加載，每次加載完成后依據(jù)5.2的失效評(píng)判準(zhǔn)則評(píng)價(jià)模型是否失效。八、評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)8.1 總分構(gòu)成結(jié)構(gòu)評(píng)分按總分100分計(jì)算，其中包括：（1） 計(jì)算書及設(shè)計(jì)圖10%（共10分）（2） 結(jié)構(gòu)選型與制作質(zhì)量10%（共10分）（共5分）（3）現(xiàn)場(chǎng)表現(xiàn)5%（4）加載表現(xiàn)評(píng)分75%（共75分）8.2 評(píng)分細(xì)則A.計(jì)算書及設(shè)計(jì)圖（1）計(jì)算內(nèi)容的完整性（共6分）（2）圖文表達(dá)的清晰性、規(guī)范性（共4分）注：計(jì)算書要求包含：結(jié)構(gòu)選型、結(jié)構(gòu)建模及主要計(jì)算參數(shù)、受荷分析、節(jié)點(diǎn)構(gòu)造、模型加工圖（含材料表）。B.結(jié)構(gòu)選型與制作質(zhì)量（1）結(jié)構(gòu)合理性與創(chuàng)新性（2）模型制作美觀性C.現(xiàn)場(chǎng)表現(xiàn)（1）現(xiàn)場(chǎng)陳述（2）現(xiàn)場(chǎng)答辯D.加載表現(xiàn)評(píng)分第i參賽組模型在加載環(huán)節(jié)的表現(xiàn)將根據(jù)其效率參數(shù)比E的計(jì)算如式（1）所示：L100Ei-LT-（共6分）（共4分）（共3分