第十屆中國石油大學(xué)（華東）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)大賽

-----竹質(zhì)單層網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

一 競賽題目

三十多年來，空間結(jié)構(gòu)在中國取得了巨大的發(fā)展，從早期的平板網(wǎng)架至網(wǎng)殼，到索穹頂、膜結(jié)構(gòu)、張弦梁結(jié)構(gòu)、弦支穹頂?shù)?。這些結(jié)構(gòu)體系中，網(wǎng)架及網(wǎng)殼最早廣泛應(yīng)用，也是目前量大面廣的結(jié)構(gòu)形式。本次結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)大賽賽題在第10屆全國大學(xué)生結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)大賽賽題（天津大學(xué)）基礎(chǔ)上適當(dāng)修改，要求設(shè)計(jì)能夠承受一定豎向荷載的竹質(zhì)單層網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)模型。

二 模型要求

總體模型由支承結(jié)構(gòu)模型、制作的屋蓋模型和作為底座連接用的承臺板三部分組成。圖1、圖2為總體模型三維透視圖和總體模型布置圖。 （1）給定的承臺板 承臺板為實(shí)木板，總厚度20～30mm，尺寸1800×2400mm，柱底軸網(wǎng)尺寸1200×1800mm，軸線交點(diǎn)處必須設(shè)四個角柱，1軸及2軸上兩柱間不得設(shè)柱。A軸及B軸上兩柱間可由各隊(duì)另行設(shè)柱，數(shù)量不限，但其偏軸尺寸不得超過限定邊界。承臺板標(biāo)高為±0.00m，尺寸詳見圖1。

（2）上部結(jié)構(gòu)

上部結(jié)構(gòu)包括多立柱支承結(jié)構(gòu)、屋蓋結(jié)構(gòu)、屋面維護(hù)結(jié)構(gòu)，柱頂標(biāo)高不超過1150mm，軸網(wǎng)尺寸范圍內(nèi)屋蓋凈空不低于850mm。屋面維護(hù)結(jié)構(gòu)覆蓋面積（水平投影面積）不小于1300×1900mm。

結(jié)構(gòu)的所有構(gòu)件、節(jié)點(diǎn)及連接部分通過給定竹材與502膠水手工制作完成。結(jié)構(gòu)模型底部采用502膠水固定于木質(zhì)承臺板上。

三 材料及工具

1．竹材，竹材規(guī)格及數(shù)量如表1所示。竹材參考力學(xué)性能指標(biāo)如表2所示。 2．用于模型制作的502膠水和制作工具（美工刀、卷尺等）需各隊(duì)自備。

表1 竹材規(guī)格及用量

竹材規(guī)格 1250×430×0.50mm 1250×430×0.35mm 1250×430×0.20mm 密度 0.798g/cm3 竹材名稱 本色測壓雙層復(fù)壓竹皮 本色測壓雙層復(fù)壓竹皮 本色測壓雙層復(fù)壓竹皮

表2 竹材參考力學(xué)指標(biāo) 順紋抗拉強(qiáng)度 抗壓強(qiáng)度 150MPa 65MPa 數(shù)量（張） 2 2 2 彈性模量 10GPa

圖1

圖2

四 模型加載及評判

模型加載采用靜加載的形式完成，加載裝置及荷重懸掛于屋蓋下方，并通過四個連接點(diǎn)與

屋面結(jié)構(gòu)相連接。在制作過程中，屋蓋結(jié)構(gòu)中應(yīng)留出四個位置以固定豎向加載裝置，建議設(shè)置在縱向和橫向兩個方向的三分點(diǎn)處。

荷重為標(biāo)準(zhǔn)加載塊，比賽時由參賽隊(duì)指定一名參賽隊(duì)員施加荷重。模型須進(jìn)行兩次加載實(shí)驗(yàn)，第一級加載為2kg荷載（包括小車荷重和配重）、第二級加載為4kg荷載（包括小車荷重和配重）。每隊(duì)加載成績由各級加載成功時，計(jì)算所得荷重比分?jǐn)?shù)和豎向位移分?jǐn)?shù)組成。施加豎向荷載時量測屋面中心位置處的豎向位移。

加載時，根據(jù)以下情況進(jìn)行評判：

1．模型安裝后，模型出現(xiàn)投影線內(nèi)偏或外偏超過20mm，不予加載，參賽模型加載項(xiàng)成績?yōu)榱悖?p>2．加載時，立柱及屋面結(jié)構(gòu)發(fā)生整體傾覆、垮塌等，導(dǎo)致荷重塊掉落，此次加載級及以后加載級成績?yōu)榱悖吹诙壖虞d出現(xiàn)此情況，加載項(xiàng)成績算第一級加載成功的成績）； 3．每級加載時，當(dāng)模型結(jié)構(gòu)完整，但出現(xiàn)以下操作失誤時，即認(rèn)為本級加載失?。ㄈ舸饲闆r發(fā)生在第一級加載，則第一級加載失敗，模型進(jìn)入第二級加載）：

1）指定測點(diǎn)處的豎向變性過大，超過允許位移，屋面板起皺；

2）由于局部加載處破壞，導(dǎo)致整個加載機(jī)構(gòu)脫落；

五 評分項(xiàng)及評分標(biāo)準(zhǔn)

5.1 模型評分項(xiàng)及分值

模型評分項(xiàng)共六項(xiàng)，總分100分，其中包括： （1）計(jì)算書以及設(shè)計(jì)說明——10分 （2）結(jié)構(gòu)選型與制作質(zhì)量——10分 （3）現(xiàn)場表現(xiàn)——5分 （4）模型質(zhì)量——25分 （5）模型承載力——25分 （6）模型剛度——25分 5.2 評分標(biāo)準(zhǔn)

（1）計(jì)算書以及設(shè)計(jì)說明——10分

計(jì)算內(nèi)容的完整性、準(zhǔn)確性 6分 圖文表達(dá)的清晰性、規(guī)范性 4分

注：計(jì)算書要求包含：結(jié)構(gòu)選型、主要構(gòu)件詳圖、計(jì)算簡圖、荷載分析、內(nèi)力分析、位移分析、

承載力估算等。

（2）結(jié)構(gòu)選型和制作質(zhì)量——10分

結(jié)構(gòu)合理性和創(chuàng)新性 6分 模型制作質(zhì)量與美觀性 4分

（3）現(xiàn)場表現(xiàn)——5分

賽前陳述 3分 現(xiàn)場答辯 2分

（4）模型質(zhì)量——25分

根據(jù)式（a）計(jì)算模型得分K1

K1=25×Mmin /M （a）

式中，Mmin為所有參賽隊(duì)中最輕模型的質(zhì)量，M為本隊(duì)模型的質(zhì)量。

（5）模型承載力——25分 根據(jù)式（b）計(jì)算模型得分K2

K2=25×N/Nmax （b）

式中，Nmax為所有參賽隊(duì)模型中最大的加載荷重，N為本隊(duì)模型的加載荷重。

（6）模型剛度——25分

根據(jù)式（c）計(jì)算模型得分K3

K3=25×fmin / f （c）

式中，fmin為所有參賽隊(duì)模型中最小的豎向變形，f為本隊(duì)模型的豎向變形。

儲運(yùn)與建筑工程學(xué)院

土木工程系

2016.5