結(jié)構(gòu)模型大賽計算書

1、“昊鼎杯”河南省第二屆結(jié)構(gòu)模型設計大賽計 算 書 代表隊名稱： 學 校： 南陽師范學院 隊 員：指 導 老 師： 編 號：目錄1. 設計說明書21.1方案的構(gòu)思21.2造型和結(jié)構(gòu)體系說明21.3其他特色說明32. 方案圖32.1結(jié)構(gòu)整體布置圖32.2方案效果圖43. 計算書53.1結(jié)構(gòu)選型53.2計算簡圖53.3荷載分析圖63.4內(nèi)力分析73.5承載能力估算104. 參考文獻101. 設計說明書1.1方案的構(gòu)思此次設計競賽的題目為頂部中間承受集中荷載作用的單層房屋結(jié)構(gòu)模型，結(jié)構(gòu)模型內(nèi)部空間必須能保證包容下尺寸為600mm（長）×400mm（寬）×250mm（高）的長方體，設

2、計作品所用材料為保定生產(chǎn)的160的標準繪圖紙和河南頂立牌白乳膠，分析設計競賽的目的，設計作品應使結(jié)構(gòu)效率最大化，即使用最少的材料實現(xiàn)結(jié)構(gòu)強度和剛度的最大化。由材料力學知，單元的基本應力狀態(tài)有拉、壓、剪三種；構(gòu)件基本受力狀態(tài)分為拉、壓、彎、剪、扭五種，其中以受拉和受壓桿件效率最高，因此考慮將繪圖紙做成圓柱狀桿件，可以使得繪圖紙桿件在模型設計制作中以承受軸向拉力和軸向壓力為主，再結(jié)合結(jié)構(gòu)力學知，桿件結(jié)構(gòu)通常分為梁、拱、桁架、剛架、組合結(jié)構(gòu)五種，并以桁架結(jié)構(gòu)最為符合白卡紙桿件軸向受拉及受壓特點及設計競賽模型制作要求，綜合上述分析，決定采用桁架結(jié)構(gòu)形式。1.2造型和結(jié)構(gòu)體系說明桁架是由桿件組成的格構(gòu)體

3、系，當荷載只作用在結(jié)點上時，各桿內(nèi)力主要為軸力，截面上的應力基本均勻分布，可以充分發(fā)揮材料的作用。桁架屋蓋結(jié)構(gòu)模型上下弦桿件軸力構(gòu)成結(jié)構(gòu)截面的抵抗力偶，用來抵抗外荷載作用引起的彎矩。理想的結(jié)構(gòu)宏觀外形應該與結(jié)構(gòu)的彎矩包絡圖相吻合，在彎矩大的位置截面高度大，這樣就可以用最少的材料抵抗結(jié)構(gòu)的彎矩，另外，腹桿軸力承擔相應梁截面由于外荷載作用引起的剪力，腹桿的承載能力應與剪力包絡圖相適應。1.3其他特色說明為了使材料具有足夠的承載能力，需將若干根繪圖紙桿件通過繪圖紙條捆綁在一起，作為整體承受荷載，在此基礎上，使用繪圖紙條包裹桿件進行連接，可以起到加強結(jié)構(gòu)的整體性能的作用。在制作上弦桿和腹桿時，為了使結(jié)

4、點處牢固，應將上弦桿和兩側(cè)的腹桿一同卷制，然后彎折成型，這也簡化了彎折處與中間兩根腹桿的連接。為保證下方長方體框架的穩(wěn)定性，應在正面和側(cè)面加以斜支撐。下弦桿下方的兩根支撐桿在制作時應稍長，將下弦桿頂起一定高度，使得結(jié)構(gòu)模型在加載前，下弦桿已具有一定的負彎矩，在加載時，當加載到一定荷載時，才恢復原狀，可以避免過早破壞。2. 方案圖2.1結(jié)構(gòu)整體布置圖2.2方案效果圖3. 計算書3.1結(jié)構(gòu)選型根據(jù)單層桁架屋蓋結(jié)構(gòu)模型在集中荷載作用下的彎矩包絡圖知，可以選擇與彎矩包絡圖相適應的桁架布置形式，如效果圖所示。桁架為梯形布置形式，且向內(nèi)傾斜一定角度使結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定。當屋蓋頂部受到荷載作用時，力沿每側(cè)四根腹桿

5、分別傳至下弦桿的中點和兩端，作用在中點的力在水平方向上由兩根下弦桿之間的約束紙帶平衡，在豎直方向上由每根下弦桿下方的兩根斜支撐傳遞到支座上，作用在兩端的力水平方向上由長方體框架的四根水平桿平衡，豎直方向上經(jīng)四根豎直桿傳遞至支座處。結(jié)構(gòu)整體傳力明確。從正面上看，桁架下弦桿中點連接的腹桿、斜支撐桿、約束紙帶就像太陽光芒四射，故名“朝陽”，寓意著模型與大自然相融合，代表著年輕人朝氣蓬勃，奮發(fā)向上。3.2計算簡圖3.3荷載分析圖3.4內(nèi)力分析取CEOG為隔離體，分析如圖所示同理，對FOGD分析，取C點為隔離體取D點為隔離體取G點為隔離體取A點為隔離體最后可繪制出各桿的彎矩圖和剪力圖，如圖所示。由于結(jié)構(gòu)和荷載均對稱，故M圖為正對稱，Q圖為反