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下一条:第二届全国大学生岩土工程竞赛竞赛手册

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结构设计竞赛赛题——超高层结构

2017年05月03日 00:00  点击:[]

附件1

结构设计竞赛赛题

超高层结构

1. 赛题背景

现代超高层建筑起源于美国,至今已有80余年历史。超高层建筑是反映国家、城市经济水平和社会现代化程度的一个重要标志。随着社会的不断发展和经济水平的不断提高,我国的超高层建筑建设已经进入了蓬勃发展期,形成了以深圳平安国际金融中心(660 m),武汉绿地中心大厦(636 m)、上海中心大厦(632 m)和天津117大厦(507m)为代表的一系列超高层建筑。截至2015年底,统计结果表明世界范围内在建和已建成超过300m的超高层共210栋,其中中国有105栋(达50%),远超出排名第2的阿拉伯联合酋长王国(37栋),这表明我国已成为世界上超高层数目最多的国家,在这样一个发展环境下,对我国超高层结构的设计和施工技术提出了更高的要求。

2. 总体模型

总体模型由承台板、核心筒、外框柱和连接构件四部分组成,各部分均采用竹材,形成如图1所示的超高层结构模型,沿高度方向将结构均匀划分为高度为125mm8个区段。除承台板由组委会提供外,其余部分由参赛选手按照要求设计制作并固定在承台板上。

大赛将提供以下材料和工具,用于制作模型。

1)材料类:

竹材

 

1 竹材规格及名称

竹材规格

竹材名称

数量

备注

规格一:1250×430×0.50mm

本色侧压双层复压竹皮

4

按照整张竹皮自行裁切

规格二:1250×430×0.35mm

本色侧压双层复压竹皮

4

规格三:1250×430×0.20mm

本色侧压单层复压竹皮

4

 

 

 

 

2 竹材参考力学指标

参数指标

参数值

密度

0.789g/cm3

顺纹抗拉强度

150 MPa

抗压强度

65 MPa

弹性模量

1.0×104MPa

 

粘着剂(日月星火速胶502胶水

 

2)工具类:

砂纸、切割刀、直尺、三角尺、量角器、铅笔、橡皮擦

(a) 平面图

(b) 立面图

1  模型示意图 (单位:mm)

2.1 承台板

承台板标准尺寸300mm×300mm,厚度20mm

承台板板面标高定义为±0.00

2.2 核心筒

核心筒高度为1000mm(允许误差+5mm),共8个区段(或层),每个区段(层)高度为125mm,位于承台板正中央。承台板中央设有高度25mm,厚度为8mm的卡槽用以提高核心筒的整体工作性能。沿高度方向核心筒截面尺寸不发生变化。核心筒外边缘线尺寸为75mm×75mm,厚度不允许超过15mm,允许开洞。核心筒和卡槽均采用竹材制作,核心筒底部与承台板连接采用胶水粘结。

2.3 外框柱

采用图1所示方式布置8根框架柱,各柱总高均为1000mm(允许误差+5mm),在承台板处四根角部框架柱形心连线尺寸为130mm×130mm范围,所有柱的形心不应超出此范围,柱顶外框柱形心连线不允许小于110mm×110mm范围。柱截面尺寸不限,采用竹材制作。柱与承台板连接采用胶水粘结。

2.4 连接构件

连接构件可选用板材和棒材:(1)板材(各区段楼层的楼板承重构件)可用于连接外框柱和内核心筒,每区段层的核心筒和外框柱之间必须设置完整且未开洞的楼板,外框柱和核心筒之间的楼板宽度不小于20mm,每个区段都要布置,且仅能在125mm250mm375mm500mm625mm750mm875mm1000mm处布置,厚度不限;(2)棒材(横截面尺寸远小于杆件长度的构件)可在任意位置布置且尺寸不限,为了保证超高层建筑的使用空间,核心筒和外框柱之间只能在图1a所示实线位置连接。连接构件与承台板、核心筒、外框柱和连接构件的连接采用胶水粘结。

模型必须遵循赛题要求的尺寸,否则取消比赛资格,模型顶部能放置并承受铁质量块荷载,在500mm1000mm处模型应能承受套索传来的水平荷载。

3. 加载量测工具

3.1 加载和测试材料

130×130×45mm的铁质量块,重5.98kg,用于竖向荷载工况测试。

铁块侧面粘贴130×45×0.8mm的铝片,如图2所示。

2  铝片示意图

5g砝码1个,20g砝码1个,50g砝码1个,用于水平荷载工况测试。

木制加载架,高1400mm,宽300mm,厚50mm,在板高500mm1000mm处板宽中央位置预留直径约为5mm的圆孔。

3.2 测试仪器

数显(激光)位移计。

4. 模型净空检测及称重

模型整体称重后,减去承台板及测试附件的重量,即为参赛模型的重量Mi 卡槽质量计入模型总质量。

5. 模型加载及评判

按照模型外框柱的角柱所组成正方形四个边的方向,在比赛前通过抽签来决定水平荷载的加载方向。模型加载分为三个阶段,一阶段为竖向荷载工况测试,二阶段为标准水平荷载工况测试,三阶段为挑战水平荷载工况测试(该阶段为可选阶段)。竖向荷载工况用于检验参赛模型是否能够承受结构自重以及附加重力荷载,水平荷载工况则用于测试水平力作用下结构的抗侧向变形能力。加载点为结构500mm1000mm实际加载位置为994~996mm)高度处,采用套索牵引加载。

(a) 竖向荷载工况

(b) 水平荷载工况

3 加载示意图

 

5.1 加载方式

模型加载采用静加载的形式完成,竖向荷载工况采用质量为5.98kg的铁质量块施加,水平荷载则采用砝码施加,如图3所示。

5.2 加载准备

模型置于加载台上,调试位置。使数显(激光)位移计水平投射于铝片中间位置,保证加载时发生的位移在量程范围之内,位移计安放的高度为1020mm

5.3 加载过程

第一阶段加载:于模型顶部搁置铁质量块。

第二阶段加载:不去除顶部铁质量块,(1)将两根加载水平拉线一端绑扎于墙体500mm高度和1000mm高度处的套索上;(2)水平拉线穿过对应高度加载架的预留孔道;(3)在水平拉线的另一端绑扎上砝码,其中1000mm标高处绑扎50g砝码,500mm标高处绑扎20g5g砝码:(4)量测顶点水平位移ui

第三阶段加载:不去除顶部铁质量块,维持1000mm500mm套索处悬挂的砝码质量比仍为21,参赛选手仅有一次机会(可以不选择挑战)自由选择砝码总质量mi(不得低于150g),砝码总质量mi在加载前可以申报两个数。

5.4 评判标准

第一阶段加载过程中,模型结构发生整体垮塌或局部构件明显破坏,则终止加载。

第二阶段加载过程中,荷载持续时间10s,若模型结构发生整体倾覆、垮塌,则终止加载。

第三阶段加载过程中,荷载持续时间10s,若模型结构发生整体倾覆、垮塌,则终止加载。

 

6. 评分项及评分标准

6.1 模型评分项及分值

模型评分项共五项,总分100分,其中包括:

1)计算书以及设计说明——10

2)结构选型与制作质量——10

3)现场表现——5

4ui&Mi——45

5Mi/mi——30

6.2 评分标准

6.2.1 计算书以及设计说明——10

1)计算内容的完整性、准确性                                       6

2)图文表达的清晰性、规范性                                       4

6.2.2 结构选型与制作质量——10

1)结构合理性与创新性                                                   5

2)模型制作质量与美观性                                               5

6.2.3 现场表现——5

1)赛前陈述                                                                       3

2)现场答辩                                                                       2

6.2.4 ui&Mi——45

计算顺利完成两个工况的各参赛队模型(i)的自重承载力ui×Mi,并对各参赛队的ui×Mi,按从小到大的顺序进行排序,假定有n个参赛队完成比赛,则第j名的队伍得分为30×Mmin/Mj+15/(n-1)×(n-j)Mmin为完成前两个工况参赛队中模型质量最轻者,Mj为第j名队伍模型质量。

6.2.5 Mi/mi——30

若参赛队伍不选择第三阶段加载,则该项得分为0分;若参赛队伍选择参加第三阶段加载而其模型发生整体倾覆、垮塌,则该项得分为-10分;计算顺利完成第三工况的各参赛队模型(i)的Mi/mi,并对各参赛队的Mi/mi,按从小到大的顺序进行排序,假定有m个参赛队完成比赛,则第j名的队伍得分为15+15/(m-1)×(m-j)

7. 计算书要求

计算书应包括以下内容:

1)赛题解读

2)结构选型分析及结构方案

3)构件尺寸

4)计算分析

5)必要的图纸

 

注:本赛题来源于2017年北京市大学生结构设计竞赛,特此致谢!

 

模型竹材供应商有关信息

1、供货商名称:杭州邦博(BAMBOO)科技有限公司
2
、供货商地址:杭州市文一路310号中竹大厦国家林业局竹子研究开发中心
3
、供货商联系方式:王军龙 13082806354
    TEL
0571-88867137   FAX0571-88867137-808


甘肃省第一届大学生结构设计竞赛

 

 

 

超高层结构设计与模型制作

计算书

 

作品名称

 

参赛学校

 

学生姓名

 

 

 

指导教师

 

联系电话

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

甘肃省第一届大学生结构设计竞赛组委会

20175

 


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