结构设计大赛计算书

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1、岿然竹塔何跃川何涛王俊丁超第五组第五组何涛何跃川四川大学建筑与环境学院第五届全国大学生结构设计大赛岿然竹塔四川大学第五参赛组：何跃川何涛王俊丁超岿然竹塔21.设计说明32.结构选型32.1.32.2.平面布局33.43.计算设计54.相关设计图6（1）单线几何尺寸图6（2）平面布置图7（3）立面构件图及截面图7（4）节点构造大样图7（5）铁块分布详图8（5）效果图105.材料表106.手算计算书126.1.结构基本性质126.2.荷载计算126.3.梁、柱线刚度计算136.4.框架自震周期计算146.5.多遇水平地

2、震作用标准值和位移计算145.6.框架地震内力计算157．电算模拟171.设计说明坚持“结构既是建筑”的理念，严格依据第五届全国大学生结构设计大赛要求而创作，本结构形式独特，极具创新，四层塔形框支结构，各构件采用十字形截面，充分利用竹材复合板的性能，设计合理，别具风格！给人以沉稳刚健，而又不失灵动的整体感受。2.结构选型2.1.主构件截面：在进行概念设计之前，我们对这次比赛所用的竹材进行了一些性能和制作方面的研究。发现：竹材存在竖向纹理，材料各向异性。且厚度最厚只有0.5mm，因此无论圆柱或者方形柱均需耗费较大的胶

3、水，照成构件过脆，并且施工难度大，质量不容易控制。在测试过程中我们还发现，竹材顺纹时比较容易弯折成型，刚度较强；逆文弯折时容易产生裂痕。为了更好的利用材料的性质，同时增加构件截面的惯性矩，所以采用了将四片对折的竹条想粘接形成的十字型结构，很好的利用材料的纹理，提高了柱子的竖向承载力，解决了构件之间的链接问题。同时通过对该结构的改善，设计了地梁边梁可用的T型结构。但是采用十字型结构会导致构件的抗扭能力太弱，于是我们计划采用类似于竹节结构来增加构件的抗扭能力（软件难以模拟，详见模型）。2.2.平面布局：为了使模型结构能

4、够有更强的抗震性能，抵抗水平的冲击荷载，对称平面、均匀侧向刚度、减少建筑扭转是我们必须考虑的因素。加之比赛要求中“模型底面为尺寸不得超过22cm×22cm的正方形平面”的说明，所以我们选择以正方形作为基本的平面布局。根据我们设计的十字型结构容易安装的特点，在柱与梁的连接上有两套方案：方案1优点：边梁方便安装、横竖向刚度大方案2优点：板下梁安装方便，楼板受力均匀缺点：板下梁安装不便，受力不稳缺点：边梁不便安装、横竖受荷容易形变综合考虑板下梁为主要支撑铁块和水箱的构件，对结构美观的要求，以及采用竹节结构后构件强度的增加

5、，最终选择了方案二。3.竖向布局：虽然框剪或框筒结构具有很好的减震效能的效果，并且加强了结构整体性。但由于比赛评分中对铁块高度的要求，为了提高模型结构的空间利用率，同时在前期的估算中，我们发现现有设计的柱已足够承载铁块及水箱的重量，所以我们还是采用了较为传统的框架结构。并且为了充分利用三角形的稳定性，我们最终选用了施工难度稍大，但抗震性能更好的塔式结构。 本次比赛的模型承受竖向和侧向两重荷载，以侧向荷载为主，倚靠支撑体系来承受侧向荷载，形成框支结构。在斜撑的布置方面，通过对10多种方案的midas模拟，我们最终选择

6、了X型和Z型两种方案（一些偏心消能斜撑由于安装的技术问题被否定），其中X型结构的侧向位移更小，Z型有助于减轻模型自重，中和考虑，最终采用了上Z字型，下X型的方案。同时考虑到美观的需要和力的更合理传递，最终定型如下塔式结构：3.计算设计 对评分公式分析可以得出，铁块地面的高度越高，得分越高。考虑到每层必须大于22cm的要求，所以从下至上每层高度为28cm、24cm、24cm、24cm。在对柱截面，斜撑截面，梁截面进行不断软件模拟修正以后，得出了基本参数。梁设计采用T型梁，梁由上部宽度为20mm，厚度为1.5mm，腹板

7、高度为10mm，厚度为1.5.mm施工是采用三片竹片粘合而成，便于施工，更省材料。柱设计采用4-角钢柱，考虑到粘胶厚度，厚度为1.5mm,23mm*23mm。核心柱设计采用与柱协调统一的4-角钢型柱，尺寸有所变化为20mm*20mm，厚度为1.5mm。斜撑设计与柱协调连接性好的4-角钢型。尺寸为15mm*15mm，厚度为1.5mm4.相关设计图（1）单线几何尺寸图 正立面图侧立面图（2）平面布置图（3）立面构件图及截面图正立面图侧立面图（4）节点构造大样图边梁与柱连接节点大样图1-2层斜撑连接节点大样图2-4层斜撑

8、连接节点大样图（5）铁块分布详图 第一层铁块布置图第二层铁块布置图第三层铁块布置图有效面积为12*3.2*4+4.5*3.2*12+6*3.2*15=614.4cm2在模型的总有效承载面积应在600cm2至720cm2的范围之内，且每个楼层的有效承载面积均大于25cm2。模型顶面为平面，应满足安全放置水箱的要求。（5）效果图5.材料表材料性能表竹材厚度弹性模