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1、附件:2014全國(guó)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(guó)木結(jié)構(gòu)古建筑在世界建筑之林中獨(dú)樹(shù)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(guó)古建筑的典型象征。據(jù)歷代營(yíng)造史料記載,樓與閣原有明顯區(qū)別,但后來(lái)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(yáng)岳陽(yáng)樓、南昌滕王閣、煙臺(tái)蓬萊閣以及西安鐘樓等。我國(guó)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(jiàn)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?;诋?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(jiàn)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(wú)特殊說(shuō)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(mén)窗洞口范圍如圖4所示。門(mén)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(mén)窗洞口示意圖(圖中陰影部分為門(mén)窗洞口)圖5模型內(nèi)部?jī)艨?/p>

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(zhǎng)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(zhǎng)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(zhǎng)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(zhǎng)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(zhǎng)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(guò)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?。激振器:型?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(guò)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(jiàn)

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(kāi)(2)配重脫落(包括配重條一端沿長(zhǎng)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^(guò)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(jiàn)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?jiǎn)螌訌?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(zhǎng)、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(jiàn)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(guò)10分鐘,該步驟按抽簽比賽順序提前2隊(duì)開(kāi)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(guò)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?jī)x器和記錄。如在此過(guò)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(guò)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(wèn),參賽隊(duì)員回答問(wèn)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(shū)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(shū)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(shū)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

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