第六屆中南大學土木工程學院結構設計競賽暨
帶屋頂水箱的竹質多層房屋結構
一、競賽模型
競賽模型為多層房屋結構模型，採用竹質材料製作，具體結構形式不限。模型包括小振動台系統、上部多層結構模型和屋頂水箱三個部分，模型的各層樓面系統承受的荷載由附加鐵塊通過實現，小振動台系統和屋頂水箱由承辦方提供，水箱通過熱熔膠固定於屋頂，多層結構模型由參賽選手製作，並通過螺栓和竹質底板固定於振動台上，圖1給出了一示意性結構圖。
圖1 模型示意圖
二、模型要求
2.1幾何尺寸要求
(1) 底板：多層結構模型用膠水固定於模型底板上，底板為33cm×33cm×8mm的竹板，底板用螺栓固定於振動台上。
(2) 模型大小：模型總高度應為100cm，允許誤差為±5mm。總高度為模型底板頂面至屋頂(模型頂面)上表面的垂直距離，但不包括屋頂水箱的高度。
模型底面尺寸不得超過22cm×22cm的正方形平面，即整個模型需放置於該正方形平面範圍內，模型底面外輪廓與底板邊緣應有足夠的距離以保證螺栓能順利緊固。
(3) 樓層數：模型必須至少具有4個樓層，底板視為模型第一層樓板。除第一層以外，每層樓面範圍須通過設定於邊緣的梁予以明確定義。
(4) 樓層淨高：每個樓層淨高應不小於22cm。樓層淨高是指該樓層主要橫向構件頂部與其相鄰的上一樓層主要橫向構件底部之間的最小距離。
若底板上設定有地梁，則第一層淨高需自地梁頂部開始計算；若無地樑則從底板頂面開始計算。柱腳加勁肋、隅撐及其他外立面構件不影響計算樓層淨高。
(5) 使用功能要求：樓層應具有足夠的承載剛度，各層空間應滿足使用功能要求。在模型內部，樓層之間不能設定任何橫向及空間斜向構件。
模型底層所有方向的外立面底部正中允許各設定乙個12cm×12cm(高×寬)的門洞。
(6) 樓層有效承載面積：樓層範圍為各承重分割槽最外圍樓層梁構件所包絡的平面，不包括模型內部核心筒區域。在樓層範圍內與樓面構件直接接觸的鐵塊的覆蓋面積定義為樓層有效承載面積，模型的總有效承載面積應在600cm2至720cm2的範圍之內，且每個樓層的有效承載面積不得小於25 cm2。
模型頂面為平面，應滿足安全放置水箱的要求。
圖2 模型立面示意圖(單位：mm圖3 模型底板示意圖(單位：mm)
2.2模型及附加鐵塊安裝要求
(1)利用熱熔膠將附加鐵塊固定在模型除底層以外的各個樓層的樓面結構上，可在樓層上設定固定鐵塊輔助裝置，但輔助裝置和鐵塊不能超出樓層範圍且不能直接跟柱接觸，若輔助裝置或鐵塊與柱子接觸，則該層淨高以接觸點的高度位置開始計算。
(2) 提供大、小兩種規格鐵塊。大鐵塊長、寬、高約分別為12cm、6cm與3.2cm，重量為1800g。
小鐵塊的長、寬、高約分別為6.0cm、4.5cm與3.
2cm，重量為675g。由於載入裝置限制，模型中附加鐵塊總重量不得超過30kg。
(3) 模型頂面上應放置水箱，且水箱內應至少注入10cm高的水。水箱尺寸的長、寬、高為15.5cm×15.5cm×25.7cm，容量為4l。模型頂面不能放置鐵塊。
（4）模型試驗僅在單一水平向施加**作用，模型的抗側體系應在計算書中闡述清楚。試驗時模型放置方向按照安裝底板標識(a或b，如圖3中所示)通過抽籤挑邊確定。
三載入裝置介紹
結構模型採用ws-z30小型精密振動台系統進行模擬水平**作用的載入，考察模型承載力。振動台系統的主要組成部分及相關引數資訊如下（詳情可參見競賽材料及裝置介紹附件2）：
水平振動台：型號：ws-z30-50
指標：水平臺尺寸：506×380×22mm，荷載：30kg，重量：11.5kg，材料：鋁合金ly12。
功能：承載實驗模型。
激振器：型號：jz-50
指標：工作頻率：0.5～3000hz，最大位移：±8mm，激振力：500n，重量：28kg
功能：使水平臺振動。
功率放大器：型號：gf-500w
指標：失真度：<1%，雜訊：< 10mv，輸出阻抗：0.5ω，工作頻率：dc～10000hz，
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
關於該振動台系統的其它組成部分(控制感測器、振動台控制儀、電荷放大器等)的介紹詳見附件2。
四、載入與測量
4.1 輸入**波
本次競賽採用振動台單方向載入，通過輸入實測**動資料模擬實際**作用。振動台輸入的**波取自2008汶川**中什邡八角站記錄的ns方向加速度時程資料，原始記錄資料點時間間隔t為0.005s，即資料取樣頻率f為200hz，全部波形時長為205s，峰值加速度581gal。
擷取原始記錄中第10s~42s區間內的資料，並通過等比例調整使峰值加速度放大為1000gal，作為本次競賽載入所用的基準輸入波，如圖6所示，其資料檔案如附件3所示。
圖6 競賽載入所用的基準輸入波（32s）
4.2 荷載施加方式
競賽載入共分**進行。在**載入中，通過控制載入裝置輸入電壓和**波資料取樣頻率獲得具有不同輸出峰值加速度和不同卓越頻率的**波，以全面檢驗模型對於不同強度和頻譜成分**波作用下的承載能力。載入時功率放大器的增益(gala)旋鈕統一調至90度標識，此時**載入的裝置輸入電壓和資料取樣頻率控制值如下表所示：
注：上表中的檯面最大加速度參考值通過連線於載入裝置檯面的加速度感測器測量得到，此時，振動台面上的竹模型附加了24塊小鐵塊，檯面位移未超限。實際輸出的檯面加速度峰值會因模型結構型式、附加鐵塊重量及布置方式的不同而存在一定差異。
4.3 檯面振動加速度峰值的測量
在對每個模型的每一級載入過程中，都通過感測器對檯面振動加速度進行實測。本次競賽採用的載入裝置所允許的檯面最大位移為±8mm，若一些模型在載入過程中，振動台檯面位移超限，致使檯面與限位裝置撞擊，產生高頻加速度分量，將會對結果產生影響。因此實測的檯面振動加速度將經過濾波處理後輸出，設定載入裝置的濾波限值為低通20hz。
載入過程中，將實時顯示該級載入**面振動加速度的峰值i，用於最終模型效率比的計算（參見第七項：評分標準）。
注：如因檯面位移超限而引起的結構不良反應符合4.4所列情況，均判載入失敗。
4.4 模型失效評判準則
在進行載入時，出現下列任一情形則判定為模型失效，不能繼續載入。同時，將上乙個載入級別視為該模型實際所能通過的最高載入級別，並作為模型效率比計算的依據（參見第七項：評分標準）。
(1) 第一級載入時：模型中的任一構件出現破壞；
(2) 第二級載入時：模型的主要構件——樑和柱中任一構件出現破壞；
(3) 第**載入時：模型整體或任一樓層發生坍塌或任一柱腳脫離底板；
(4) 每一級載入過程中有鐵塊脫落或水箱飛出。
上述失效準則中的「構件破壞」定義為構件出現明顯開裂、斷開或者節點脫開。
五、模型材料
競賽期間，承辦方為各隊提供如下材料及工具用於模型製作。
(1) 竹材：用於製作結構構件。有如下兩種規格：
竹材規格款式
1250×430×0.50mm 本色側壓雙層復壓竹皮
1250×430×0.35mm 本色側壓雙層復壓竹皮
1250×430×0.20mm 本色側壓單層復壓竹皮
竹材力學效能參考值：彈性模量1.0×104mpa，抗拉強度60mpa。
(2) 502膠水：用於模型結構構件之間的連線及水箱與模型的固定。
(3) 熱熔膠：用於鐵塊與模型的固定。
(4) 模型底板：底板厚度約8mm，長與寬分別為33cm和33cm。底板上除預設孔洞外，不得另行鑽孔。
(5) 製作工具：美工刀、鋼尺、砂紙、銼刀、改錐、小型鋸子。
另外，承辦方還提供公用的砂輪機等。
六、模型現場安裝、載入及測試步驟
6.1賽前準備
(1) 模型稱重：將製作好的模型（不含底板、鐵塊和水箱）稱重（精度0.1g）；
(2) 將模型安裝在底板上，並將鐵塊固定在模型上，然後：
① 核查每層鐵塊的數目及覆蓋面積是否與所提交方案吻合，計算每層承受的附加鐵塊質量wi；統計水箱中的注水質量(ww)；
② 進行高度測量，測出每一層所放置鐵塊的最底面至模型底板的垂直高度hi；測出模型實際總高度h；以上高度計量單位均為cm；
③ 根據式(1)計算模型等效負載重量we：
1)(3) 得到入場指令後，迅速將模型及底板運進場內，安裝在振動台上，緊固螺栓，固定水箱，準備進行載入。賽場內安裝時間不得超過10分鐘。
(4) 以上過程由各隊自行完成，賽會人員負責監督、標定測量儀器和記錄。如在此過程中出現模型損壞，則視為喪失比賽資格。
6.2載入及測試步驟
(1) 參賽隊代表進行2分鐘陳述，之後評委提問2分鐘。
(2) 依次進行**載入，每級載入完成後依據4.4的失效評判準則評價模型是否失效。
七、評分標準
7.1總分構成
結構評分按總分100分計算，其中包括：
(1) 計算書及設計圖 10共10分）
(2) 結構選型與製作質量 10共10分）
(3) 現場表現 5共 5 分）
(4) 載入表現評分75共75分）
7.2評分細則
a. 計算書及設計圖
(1) 計算內容的完整性共6分)
(2) **表達的清晰性、規範性共4分)
注：計算書要求包含：結構選型、結構建模及主要計算引數、受荷分析、節點構造、模型加工圖（含材料表）、鐵塊分布詳圖、水箱注水重量。
b. 結構選型與製作質量
(1) 結構合理性與創新性共6分)
(2) 模型製作美觀性共4分)
c. 現場表現
(1) 現場陳述共3分)
第五屆全國大學生結構設計大賽賽題
2.2模型及附加鐵塊安裝要求 1 利用熱熔膠將附加鐵塊固定在模型除底層以外的各個樓層的樓面結構上，可在樓層上設定固定鐵塊輔助裝置，但輔助裝置和鐵塊不能超出樓層範圍且不能直接跟柱接觸。2 提供大 小兩種規格鐵塊。大鐵塊長 寬 高約分別為12cm 6cm與3.2cm，重量為1800g。小鐵塊的長 寬 高...
第五屆全國大學生結構設計大賽賽題
2.2模型及附加鐵塊安裝要求 1 利用熱熔膠將附加鐵塊固定在模型除底層以外的各個樓層的樓面結構上，可在樓層上設定固定鐵塊輔助裝置，但輔助裝置和鐵塊不能超出樓層範圍且不能直接跟柱接觸。2 提供大 小兩種規格鐵塊。大鐵塊長 寬 高約分別為12cm 6cm與3.2cm，重量為1800g。小鐵塊的長 寬 高...
大學生結構設計競賽計算書
海洋平台結構設計與模型製作 理論方案 浙江大學結構設計競賽組委會 二 一二年 一 方案設計摘要 1 設計思路 本次結構大賽結構體系分為樁基式和半潛式兩大方向。考慮到半潛式結構的螺栓在沙土中的錨固能力既無經驗可循又難以計算，而樁基式結構空間布置靈活，水平荷載作用下不易移動穩定性強，我們的設計思路沿著樁...