第四届全国大学生结构设计竞赛
计
算
书
目录
一、计算部分
1、结构选型与方案设计
2、材料属性的确定（木材顺纹抗压强度试验）
3、结构建模及荷载分析
4、结构内力分析
5、结构承载力及位移分析
二、图纸部分
模型图纸（含节点构造、材料表）
1.结构选型与方案设计
世界上众多铁塔、电视塔的结构形状都是从下往上截面逐渐变小，为什么会这样呢？
图1－1是世界著名的埃菲尔铁塔，在高耸入云的上部塔尖、塔身都受到大风的水平作用力，我们做简单的弯矩分析，如图1-1：
将埃菲尔铁塔简化成如图1-2所
示，使其受简化风载的作用，弯矩图
如图，从上往下弯矩逐渐增大，和结构选型类似。

所以埃菲尔铁塔的
选型和弯矩图大致相似。

此次竞赛制作的体育场悬挑屋盖，主要受风荷载力、竖向荷载力的作用，那么，在这两个荷载作用下，弯矩会是什么样的呢？我们做了大致计算，结果如图1-3：
所以，我们结构的大致选型也就和弯矩图大致相似，而我们的作
图1－1埃菲尔铁塔
图1－2埃菲尔铁塔弯矩草图图1－3赛题结构弯矩草图
品名称取为：“驭竖凌风”，意为结构驾驭竖向荷载，凌驾风荷载之意。

接下来的工作就是确定模型的最终造型：
刚开始，我们初步定夺，做了如图1-4模型：七榀模型，杆件大多数是4mm*6mm 截面的。

优点：刚度大；
缺点：质量较重，结构不简明，受荷不明确。

针对缺点，我们做了很多次实验，从七榀桁架到五榀桁架，再到三榀桁架，到最终的两榀桁架。

在质量“减肥”的情况下，还要保证刚度，要使模型在受载情况下，不破坏并且变形较小。

在这种要求下：
（1）对模型上下弦的截面做了改动：单纯的用本次大赛提供的矩形杆件，或者粘接的矩形杆件，质量较大，我们力求一种轻质高强的杆件，于是决定出两榀上下弦杆件都用矩形杆件拼接成“T ”型杆件。

（2）对节点进行处理：处理的原则是把粘接面积增大，把木条刻槽，使木条跟木条嵌在一起，具体节点处理见后附图册。

（3）根据每根杆件受力分析，决定出每根杆件的截面大小，尽量满足“轻质高强”的要求。

最终，经过多次实验，最终模型效果图如1-5,1-6
：
图1－4初始模型图
图1－5效果图二
图1－5效果图一
2.材料属性的确定（木材顺纹抗压强度试验）
由于赛题仅给出木材顺纹抗压强度，故利用我校实验室万能实验机测量木材顺纹抗压强度。

由《木材顺纹抗压强度试验方法》（GB/T1935-2009），采用标准试件30mm*20mm*20mm，得到压力位移曲线。

试验照片见图2-1，由于材料有限，仅测量了十个试块数据，见表2-1，根据试验结果拟合得到压力—位移曲线见图2-2。

图2-1木材顺纹抗压试验图
表2-1
木材顺纹抗压试验数据表图2-2木材顺纹抗压试验拟合压力-位移曲线
综合以上数据，采用木材顺纹抗压强度为35MPa。

试块编号尺寸（mm)受压面积（2
mm ）破坏荷载（kN）
顺纹抗压强度
(MPa)
130×20×204001435230×20×2040014.235.5330×20×2040013.834.5430×20×2040014.436530×20×2040014.636.5630×20×2040014.235.5730×20×2040014.135.25830×20×2040013.934.75930×20×20400143510
30×20×20
400
14.1
35.25。