第四屆全國大學生結構設計競賽計算
書學校西南林業大學
參賽隊員王彤尹鵬飛朱燕
領隊蔣豔萍
指導教師劉德穩
作品名稱馭豎凌風
目錄一、計算部分
1、結構選型與方案設計
2、材料屬性的確定（木材順紋抗壓強度試驗）
3、結構建模及荷載分析
4、結構內力分析
5、結構承載力及位移分析
6、參考文獻
二、圖紙部分
模型圖紙（含節點構造、材料表）
1. 結構選型與方案設計
世界上眾多鐵塔、電視塔的結構形狀都是從下往上截面逐漸變小，為什麼會這樣呢？
圖1－1是世界著名的艾菲爾鐵塔，在高聳入雲的上部塔尖、塔身都受到大風的水平作用力，我們做簡單的彎矩分析，如圖1-1：
將艾菲爾鐵塔簡化成如圖1-2所示，使其受簡化風載的作用，彎矩圖如圖，從上往下彎矩逐漸增大，和結構選型類似。所以艾菲爾鐵塔的
選型和彎矩圖大致相似。
此次競賽製作的體育場懸挑屋蓋，主要受風荷載力、豎向荷載力
的作用，那麼，在這兩個荷載作用下，彎矩會是什麼樣的呢？我們做了大致計算，結果如圖1-3：
所以，我們結構的大致選型也就和彎矩圖大致相似，而我們的作品名稱取為：「馭豎凌風」，意為結構駕馭豎向荷載，凌駕風荷載之意。
接下來的工作就是確定模型的最終造型：
剛開始，我們初步定奪，做了如圖1-4模型：七榀模型，桿件大多數是4mm*6mm截面的。
優點：剛度大；
缺點：質量較重，結構不簡明，受荷不明確。
針對缺點，我們做了很多次實驗，從七榀桁架到五榀桁架，再到三榀桁架，到最終的兩榀桁架。
在質量「**」的情況下，還要保證剛度，要使模型在受載情況下，不破壞並且變形較小。在這種要求下：
（1）對模型上下弦的截面做了改動：單純的用本次大賽提供的矩形桿件，或者粘接的矩形桿件，質量較大，我們力求一種輕質高強的桿件，於是決定出兩榀上下弦桿件都用矩形桿件拼接成「t」型桿件。
（2）對節點進行處理：處理的原則是把粘接面積增大，把木條刻槽，使木條跟木條嵌在一起，具體節點處理見後附圖冊。
（3）根據每根桿件受力分析，決定出每根桿件的截面大小，盡量滿足「輕質高強」的要求。
最終，經過多次實驗，最終模型效果圖如1-5,1-6：
2. 材料屬性的確定（木材順紋抗壓強度試驗）
由於賽題僅給出木材順紋抗壓強度，故利用我校實驗室萬能實驗機測量木材順紋抗壓強度。由《木材順紋抗壓強度試驗方法》（gb/t1935-2009），採用標準試件30mm*20mm*20mm，得到壓力位移曲線。試驗**見圖2-1，由於材料有限，僅測量了十個試塊資料，見表2-1，根據試驗結果擬合得到壓力—位移曲線見圖2-2。
圖2-1 木材順紋抗壓試驗圖
表2-1 木材順紋抗壓試驗資料表
圖2-2 木材順紋抗壓試驗擬合壓力-位移曲線
綜合以上資料，採用木材順紋抗壓強度為35mpa。
3. 結構建模及荷載分析
本結構採用sap2000建模，空間建模圖見圖3-1，結構尺寸具體見後附圖紙。結構兩榀桁架+桁架側向支撐，木材彈性模量1.0xmpa，順紋抗拉強度30mpa，順紋抗壓強度35mpa，設定三種工況：
豎向荷載工況和風荷載工況1以及風荷載工況2。
圖3-1 sap2000空間建模圖
3.1豎向荷載工況
根據賽題，豎向荷載1.88kg置於挑篷端部，故受荷情況簡化為每榀桁架端部施加設計值為18.8n*1.35/2=12.69n的豎向力，受荷圖見圖3-2。
圖3-2 豎向荷載作用圖
3.2風荷載工況1
賽題對結構施加9m/s和12m/s兩檔風速，查《建築結構荷載規範》（gb50009-2006）附錄d.2.2條，基本風壓=，p=0.
00125e-0.0001（t/），為基本風速，為當地空氣密度，z為當地海拔高度，查得哈爾濱海拔高度為145m。代入資料得=1.
24985*， =0.49*n/（9m/s），0.8999*n/（12m/s）。
查《建築結構荷載規範》（gb50000-2006）7.1.1條=。
為高度z處的風振係數，為風荷載體型係數,，為風壓高度變化係數，為基本風壓。對於本結構，查《荷載規範》7.3.
3條，取2.0，取1.0，近似取2.
0。故當風速為9m/s時， ==2.01.
01.20.49=1.
2n/,而結構有兩榀，每榀迎風面寬度為300mm，故風速為9m/s時，線荷載為1.2300=3.6n/，同理12m/s風速下結構受荷載為6.
2n/mm。 風荷載作用下結構受荷圖見圖3-3。
圖3-3 風荷載作用下受力圖
4.結構內力分析
4.1豎向荷載下結構內力分析
由於結構節點簡化為鉸接，故桿件主要受軸力作用。豎向荷載下軸力圖見圖4-1。由於結構對稱，荷載對稱，故兩榀桁架內力相同，故取一榀桁架進行內力分析。
一榀桁架桿件編號見圖4-2，桿件軸力見表4-1，桿件尺寸表見表4-2，截面尺寸表見表4-3。
圖4-1 豎向荷載作用下軸力圖
圖4-2 一榀桁架編號圖
表4-1 豎向荷載下桿件軸力（單位：n 受拉為正受壓為負）
表4-2 桿件尺寸表
表4-3 截面尺寸表
結果分析：
由圖4-1及表4-1看出豎向荷載下桁架上弦受拉，下弦受壓，數值可觀，宜選用較大截面；腹杆受力較小，可採用較小截面。而桁架間側向支撐受力均較小，可按最大長細比來設計。
4.2風荷載作用下結構內力分析
4.2.1 9m/s風速下結構內力分析
9m/s風速下結構軸力圖見圖4-3，彎矩圖見圖4-4，一榀桁架內力見表4-4。
圖4-3 9m/s風荷載作用下結構軸力圖
圖4-4 9m/s風荷載作用下結構彎矩圖
表4-4 9m/s風速下桿件內力表
4.2.2 12m/s風速下結構內力分析
12m/s風速下結構軸力圖見圖4-5，彎矩圖見圖4-6，一榀桁架內力見表4-5。
圖4-5 12m/s風荷載作用下結構軸力圖
圖4-6 12m/s風荷載作用下結構彎矩圖
表4-5 12m/s風速下結構內力表
西南林業大學2019全國結構競賽計算書 抗風設計
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