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结构设计竞赛特等奖-明远阁

我要评论(0) 字号:T T 2014年10月20日 来源:中国大学生在线

【导读】长安大学二队的明远阁获得2014年第八届全国大学生结构设计竞赛特等奖。

作品介绍

长安大学代表队1

长安大学代表队1


根据竞赛规则,结构不仅承担竖向静荷载,而且需承受振动台施加的单方向水平动荷载。对于结构形式及造型而言,需要满足赛题的相关要求,虽然此次比赛对模型的梁柱位置、楼层标高及净空等作了一定的限制,但我们还是可以从结构体系着手,挖掘结构的潜力。

在结构体系的选取方面,从对称性、竖向刚度、横向抗侧刚度、承受水平动荷载会产生较大层间水平位移等方面综合考虑进行比较和选择。本次结构力求简明的受力体系,结构构件便于制作及拼接,在传统实用的基础上不断测试逐步优化设计方案。

我们首先利用赛题中“可在模型各层标高±30mm范围内设置构件”的条件,在一层楼盖标高下30mm处做一圈梁,用两根撑杆做成人字形支撑将二层柱与一层2根角柱在标高270mm和标高210mm处连接起来,并用两根撑杆从一层2根角柱在标高210mm处支撑一层挑檐曲梁中部,这样不仅可以使二层柱的荷载直接传给一层柱,减小一层梁的负担,而且可以减小一层柱的计算长度,增加其稳定性,同时一层挑檐撑杆的支撑角度加大,支撑效率提高,也可减小挑檐的竖向挠度。一层柱可做成变截面,由于不直接受力,在标高210mm至240mm之间可仅用较细拉条,同理标高240mm的楼盖圈梁也可仅用一圈较细拉条,这样节省了材料。

二层楼盖采用了传统的圈梁楼盖,在测试中我们发现圈梁受力和变形都不大,因此采用了在工字梁腹板上均匀开圆孔的做法,这样不仅节省了材料而且对结构的受力性能并无较大影响,另外使结构看上去更玲珑美观。

三层梁为一圈截面较小的工字型截面梁,为了更好地与屋盖配重连接和提高三层的抗扭刚度,在四个角做了水平加腋。

考虑到若配重铜条与挑檐连接紧密共同工作,则铜条与挑檐一起承受竖向荷载和水平地震作用,挑檐仅起到连接铜条与主体结构的作用,因此,可将挑檐做成变截面,在挑檐与柱连接部位附近区段截面做强,在挑檐支承以外截面腹板高度渐减为零,同时去掉翼缘。

此外,为了保证二、三层柱更好地共同工作以及减小一层挑檐的挠度,在一、二层楼盖标高上30mm处各设置了一圈拉条。

为了拉住一层屋檐檐口直线段的配重铜条,从两侧挑檐中部各设置一根拉条拉住一层檐口直线段拉条,二层则从工字型截面圈梁中部设置一根拉条拉住二层檐口直线段拉条。

我们一直秉承着“概念清晰、受力明确、传力简洁”的设计理念,并按照“实事求是,区别对待”的设计原则对节点进行了加固设计,由于本次竞赛要求结构能抵抗三级水平地震作用而未限制楼层位移角,因此可以考虑把节点做得较强而结构整体刚度上较柔,让其晃而不坏最好,这对节点的设计思路和施工工艺都提出了考验。

三层柱与三层梁的节点采用梁柱直接粘接,上面用厚度0.5mm的等腰直角三角形贴合粘接加固。三层柱与二层梁的节点采用梁开槽,柱子隼入梁中,用502胶粘接,外侧用厚度0.35mm竹皮贴合粘接加固。二层柱与二层梁的节点加固时,将二层柱上段修剪,使其符合二层工字型截面梁的形状进而将梁锲入柱,外侧用厚度0.5mm竹皮贴合工字型截面梁腹板加固。二层柱与一层梁的节点加固方式同三层柱与二层梁节点。一层柱与一层梁的节点采用502胶粘接,外侧用厚度0.35mm竹皮贴合粘接加固前后下三面。二层挑檐的模型段用502胶和竹末粘于三层柱子标高要求处,挑檐两侧用厚度0.35mm竹皮加固,上表面用厚度0.5mm竹皮将其与三层柱粘接;挑檐与二层梁粘接处用竹片垫高,使其檐段符合标高要求,垫高处用厚度0.35mm竹皮加固。一层挑檐的模型段用502胶和竹末粘于二层柱标高要求处,挑檐两侧用厚度0.35mm制作的边长3mm等腰三角柱斜撑支撑,斜撑两端打磨使其形状与粘接面吻合,所有粘接处用厚度0.35mm竹皮贴合粘接加固。

经过不懈的努力和反复的试验,从一次次失败中吸取教训,从一点点进步中总结经验,模型的结构逐步地优化,模型的重量渐渐减轻,最终凝结成现在这简洁美观、轻便结实、科学合理和可靠耐用的模型形式,有别具特色的结构构件、优化的结构体系、新颖的结构造型、合理的结构特性,处处体现着力与美的完美结合。

[责任编辑:刘宇宏]
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