枣庄学院第一届结构设计大赛第九组作品设计计算书
学校名称：枣庄学院
专业名称：土木工程专业
学生姓名：蒋文忠吴少波杨广晓黎斌邵淑营
指导教师：高志飞张秀丽
二〇一四年五月
理论分析计算书目录
一、设计说明 (3)
1、方案构思 (3)
2、结构选型 (4)
3、结构特色 (4)
二、方案设计 (5)
1、设计基本假定 (5)
2、模型结构图 (5)
3、节点详图 (5)
4、主要构件材料表及结构预计重量 (5)
三、结构设计计算 (6)
1、静力分析 (6)
2、内力分析 (6)
3、承载力及位移计算 (7)
四、结构分析总结 (8)
一、设计说明
根据竞赛规则要求，我们从模型制作的材料抗压特性，冲击荷载形式和静力加载大小要求等方面出发，结合节省材料，经济美观，承载力强等特点，采用比赛提供的木材细杆和木板，502胶水味粘结剂精心设计制作了结构模型。
1、方案构思
模型主要承受竖直静荷载，竖直静荷载较容易满足。
（1）本结构主要构思是想利用腹杆的轴力来抵抗荷载的作用
（2）设计的总原则是：尽可能的利用竖向支撑的腹杆来提高柱子的承载力而在柱子之间辅以细杆来稳定结构，并利用木材的抗拉性能，及抗压性能来抵抗荷载的作
2、结构选型
由于梯形具有较强的稳定性，而且在平面上容易找平，我们选择梯形为主体结构框架，桁架受力均匀简单，仅受轴力，便于木材性能的发挥。
2.1结构外形
结构上平面为跨度为900mm的等边三角形，内部采用空间桁架结构加强稳定性。
2.2材料截面选择
主体下弦杆截面为四根8*6的杆件粘接而成,两边的两个侧杆截面为5*3的杆件，保证抗压的同时减轻材料的质量。
上弦杆为截面为四个5*3的杆件，两侧腹杆为两个截面8*6的杆件，中间三个腹杆为截面5*3的杆件。
2.3节点设计
主体框架结构相交的节点由于杆的倾斜在加静载时会引起较大的剪力，在连接时用小木片填充密实，再用水平短木条相连使木条在下面顶住节点上部斜梁，在加载处节点贴上薄木片来增大接触面积，从而来增大节点强度，从而在结构受力计算时一些节点模拟成刚节点。
3、结构特色
这个结构是在我们制作结构对结构进行试验的多次循环反复而后的出来的结构，它凝聚了所有的试验所得的经验。
它的优点：
（1）从结构的外形上看，我们选择梯形作为主体形状，受力均匀，加载方便，上宽下窄，形状渐随着高度逐渐变化，有活力。
（2）根据结构力学求解器软件建立的模型分析，可得出结构位移最大点，针对这一情况，我们改造出变截面柱，成为我们结构一大特色。
（3）斜梁相交时，用胶水加固，这大大提高了斜梁的稳定性和强度。
（4）结构有效的节约了材料，采用合适的杆加固，经济适用。
（5）结构模仿实际工程，采用腰梁，增强抗震性和稳定性。
（6）根据结构力学求解器软件建立的模型分析结果，我们加强顶部和支座强度。
二、方案设计
1、设计基本假定
（1）木条材质连续均匀。
（2）节点按绞节点计算，支座为固定支座。
加载时竖直静荷载以集中力的形式均分到顶部三个节点上。
（3）杆件计算时采用钢结构计算模式。
根据以上假定通过结构力学求解器软件建立计算模型，所得的内力和位移作为构件设计的依据。
三、结构设计计算
根据本次比赛的加载规则，荷载为竖向静载荷，考虑到结构尺寸所能承受荷载的能力，需对本结构进行受力分析，在进行荷载分析时将静载简化为三个均分集中荷载，通过计算来对相对薄弱部分作相应的加固，使得材料得到充分合理的利用。
1、静力分析
结构顶部加载15kg质量的砝码，根据受力特点及结构形式，将荷载简化为三个相等的集中力50N，分别同时施加在结构的三根承重柱上。
根据SAP2000软件建立的模型分析结果，找出结构最大处位移和最大处应力，分析最大处节点强度，刚度和稳定性。
我们制作的结构根据结构力学求解器软件建立的模型分析结果，最大应力为1.25Mpa，远小于木材抗拉强度30Mpa。
结论：结构承受150N的重力，轴力增加明显，而弯矩和剪力变化不明显。
加载动载时，应加强静力轴力最大点处连接。
2、内力分析
通过对几组模型用力学求解器进行内力分析，经过对比，从中选出了一组较为好的结构模型，具体如下
001
002
003
004
005
下边为我组最终选出的优化模型：
标题：无标题
内力计算
杆端内力值(乘子=1)
-----------------------------------------------------------------------------------------------
杆端1杆端2
----------------------------------------------------------------------------------单元码轴力剪力弯矩轴力剪力弯矩
-----------------------------------------------------------------------------------------------
1 2.500000000.000000000.00000000 2.500000000.000000000.00000000
2 2.500000000.000000000.00000000 2.500000000.000000000.00000000
3 2.500000000.000000000.00000000 2.500000000.000000000.00000000
4 2.500000000.000000000.00000000 2.500000000.000000000.00000000
50.000000000.000000000.000000000.000000000.000000000.00000000
60.000000000.000000000.000000000.000000000.000000000.00000000
7-3.006659280.000000000.00000000-3.006659280.000000000.00000000
8-3.006659280.000000000.00000000-3.006659280.000000000.00000000
90.000000000.000000000.000000000.000000000.000000000.00000000
100.000000000.000000000.000000000.000000000.000000000.00000000
110.000000000.000000000.000000000.000000000.000000000.00000000
12-0.600000000.000000000.00000000-0.600000000.000000000.00000000
130.000000000.000000000.000000000.000000000.000000000.00000000
14-2.915475950.000000000.00000000-2.915475950.000000000.00000000
150.583095190.000000000.000000000.583095190.000000000.00000000
160.583095190.000000000.000000000.583095190.000000000.00000000
17-2.915475950.000000000.00000000-2.915475950.000000000.00000000
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四、结构分析总结
一、通过结构选型、结构设计与优化、理论分析、试验研究以及精心制作等一系列过程，我们的感触颇多：土木工程是一门实践性很强的学科，一名好的结构工程师，不仅需要坚实的理论知识作指导，在遭遇有各种各样未知的问题。
还需要充分考虑实际情况，权衡，优化，综合考虑各方面的因素。
所以，结构的进步离不开反复试验。
在试验中检验和发现问题，那些体系简洁，受力明确的结构更有可能在复杂外力下胜出。
一个好的结构师，更需要耐心和毅力和体力；在这次制作过程中，要在规定时间内，保质保量的完成，将设计变成现实的过程，需要我们集中精力，全力以赴。
一个优秀的方案，要有一个配合默契，相互信任的团队来实现。
当最终的挑战即将到来，我们有理由相信，我们将以无畏的姿态走到最后，像一颗劲竹那样顽强的挺立在地动山摇中。
二、通过学校内部结构设计与制作大赛，我们收获了很多，这将使我们终身受益，在制作过程中遇到了很多问题包括专业知识和团队成员间的意见不合，在此困难中我们夯实了自己的专业知识又学到了更多的知识，还明白了我们是一个团队，团队的力量是无穷的工作中要有团队合作的精神；看到自己设计的作品成功的制作出来并且经受住了三个级别的地震荷载内心感到无尽的喜悦。
最后，衷心祝愿本次大赛圆满成功，各参赛队载誉而归。