大学生结构设计大赛指导大连民族学院土木建筑工程学院二OO八年十月目录一结构设计大赛的意义及背景 (1)二结构设计大赛的题目 (2)三采用的材料及其性能 (5)四评分办法 (6)五方案的确定及理论分析 (8)六制作技巧 (9)七往届大赛的题目及作品介绍 (13)一、结构设计大赛的意义及背景：结构设计大赛是一项极富创造性，挑战性的科技竞赛。
它旨在通过对所学知识的综合运用和团队精神，提高同学的动手能力与思维能力，突出创新精神，加强同学之间的合作与交流，培养团队精神，丰富同学的课余生活。
通过结构设计大赛可以很好地将课堂理论与实际工程紧密结合起来，培养大学生的设计与计算能力，全国性大学生结构设计竞赛已被教育部列为大学生9项科技竞赛之一。
2005年，由国家教育部高等教育司和中国土木工程学会教育工作委员会联合主办，在浙江大学举行了全国第一届大学生结构设计竞赛，比赛的题目是：“高层建筑结构模型的制作和加载试验”。
全国第二届大学生结构设计竞赛将于2008年10月由大连理工大学承办，竞赛题目是：“两跨两车道桥梁模型的制作和移动荷载作用的加载试验”。
2007年5月，由辽宁省教育厅高教处主办，由大连理工大学承办了第一届辽宁省大学生结构设计竞赛，竞赛题目是：“承受运动荷载的桥梁结构模型设计”，我校获得了二等奖1项，三等奖2项，并获得最佳结构奖和最佳组织奖。
同时，我校在历届大连市大学生结构设计竞赛中都获得了非常好的成绩。
刚刚结束的第四届大连市大学生结构设计竞赛的题目是：“两跨双车道桥梁结构模型设计、制作和移动荷载作用的加载试验”,与全国第二届大学生结构设计竞赛的题目相同，我校获得了一等奖1项，二等奖1项，并获得3项优秀奖及最佳组织奖。
我校为丰富校园学术氛围，提高学生的创新设计能力，也已举办过3届结构设计大赛，同学们踊跃参加，收到了很好的效果。
二、结构设计大赛的题目历届大赛的主要题目为：大跨屋盖结构模型；桥梁模型；高层建筑模型等。
一般为给定题目，要求采用规定的材料，在一定时间内设计并制作出一个结构，通过承载能力试验，以荷重比为主要决胜因素，再综合考虑各项因素评出获奖等级。
1. 大跨屋盖结构体系概述：1.1门式刚架结构刚架结构通常是指由直线形杆件通过刚性节点连接起来的结构。
杆件较少，制作方便，结构内部空间较大，梁柱刚接，横梁弯矩较铰接减少，适用于中小跨结构，刚度较差，受荷后产生挠度。
1.2桁架结构桁架结构是指由若干直杆在其两端用铰连接而成的结构。
受力性能合理，计算简单、施工方便、适应性强，对支座没有横向推力，因而在结构工程中得到了广泛的应用。
在房屋建筑中，常用来作为屋盖的承重结构，通常称为屋架。
屋架的选型原则：受力合理，屋架外形应尽量与弯矩图相近，以使弦杆受力均匀，材料充分利用，腹杆的布置应使内力分布合理，短杆受压，长杆受拉，而且杆件和节点数量要少，总长度要短，尽量使荷载作用在节点上。
1.3拱结构杆轴为曲线且在竖向荷载作用下能产生水平推力的结构。
拱是以受压为主的结构，拱截面有一定的刚度，不能自由变形。
拱结构是使构件摆脱弯曲变形的一种突破性发展，它为抗压性能好的材料提供了一种理想的结构形式。
1.4.网架结构是由很多杆件通过节点，按照一定规律组成的网状空间杆系结构。
可分为平板网架和曲面网架。
为多向受力的空间结构，跨度大，刚度大，稳定性好。
杆件主要承受轴向力，能充分发挥材料的强度。
高次超静定，安全度高，结构高度小，不仅可以有效地利用建筑空间，而且能够利用较小的杆件建造大跨度结构。
1.5悬索结构：是由一系列高强度（钢）索组成的一种张力结构，由于自重轻，用材省，能跨越很大的跨度，是一种比较理想的大跨度结构型式。
悬网只受轴向拉力，既无弯矩，也无剪力，受力简单。
悬索结构通过索的轴向受拉来抵抗外荷载的作用，可以最充分地利用材料的强度。
便于建筑造型，容易适应各种建筑平面。
但悬索屋盖结构的稳定性较差，所以悬索结构的边缘构件和下部支承必须具有一定的刚度和合理的形式，以承受索端巨大的水平拉力。
2. 桥梁结构体系概述：桥梁一般是由五大部件和五小部件组成，五大部件是指桥梁承受汽车或其他车辆运输荷载的桥跨上部结构与下部结构，是桥梁结构安全的保证。
包括(1)桥跨结构(或称桥孔结构.上部结构)、(2)支座系统、(3)桥墩、(4)桥台、(5)墩台基础。
五小部件是指直接与桥梁服务功能有关的部件，即桥面构造，包括(1)桥面铺装、(2)防排水系统、(3)栏杆、(4)伸缩缝、(5)灯光照明，桥梁按结构形式不同，分为梁式桥，拱桥，刚架桥，缆索承重桥(斜拉桥和悬索桥)，此外还有组合体系桥。
各类桥梁的基本特点：2.1梁式桥：包括简支板梁桥，悬臂梁桥，连续梁桥。
其中简支板梁桥跨越能力最小；2.2拱桥：在竖向荷载作用下，两端支承处产生竖向反力和水平推力，正是水平推力大大减小了跨中弯矩,使跨越能力增大，现代的拱桥通常采用轻巧、开敞式的结构；2.3刚架桥：有T形刚架桥和连续刚构桥，T形刚架桥主要缺点是桥面伸缩缝较多，不利于高速行车。
连续刚构主梁连续无缝，行车平顺。
施工时无体系转换。
2.4缆索承重桥(斜拉桥和悬索桥) ：可以建造跨度非常大的桥梁，桥面靠钢缆吊在半空，缆索悬挂在桥塔之间。
2.5组合体系桥：有梁拱组合体系，如系杆拱，桁架拱，多跨拱梁结构等。
梁刚架组合体系，如T形刚构桥等。
2.6桁梁式桥：有坚固的横梁，横梁的每一端都有支撑。
最早的桥梁就是根据这种构想建成的。
他们不过是横跨在河流两岸之间的树干或石块。
现代的桁梁式桥，通常是以钢铁或混凝土制成的长型中空桁架为横梁。
这使桥梁轻而坚固。
利用这种方法建造的桥梁叫做箱式梁桥。
3. 高层建筑结构体系概述3.1框架结构的特点侧向刚度小，侧移较大；3.2框--剪结构体系的特点对结构设计大赛而言，自重较大；3.3巨型桁架结构体系经典案例为香港中银大厦，由贝聿铭设计，整个建筑可以说是结构美和建筑美的统一。
建筑即结构，结构即建筑。
三角形的受力简洁明快，巨型立柱对角布置，使得抗倾覆力臂达到最大，而从底到顶不断缩进，使得结构受力极为合理；3.4 筒体结构体系西尔斯大厦应该说也是建筑和结构统一的又一著名案例，成束筒向上逐渐截断，简单又完美；3.5框筒结构体系著名的建筑如汉考克大厦，核心筒+斜撑；采用何种结构体系首先应该考虑结构能否实现并且安全，然后再考虑建筑上的美观。
在制作过程中始终应当注意的是：荷重比和侧移。
因此“轻质高强”是我们最求的目标。
三、采用的材料及其性能：一般采用白卡纸，木材，易拉罐（铝质），铅发丝线（鞋底），白胶和硫酸纸。
1.白卡纸白卡纸作为模型材料，其力学性能特点是受拉性能良好，抗撕裂能力差，抗弯压能力近似为零。
但将纸卷成筒状或并用乳胶粘结后，可承受弯矩并可承受一定的压力，但受长细比的限制，多为压杆失稳状态的受力破坏，所以受压杆的长度不宜过长。
2.乳胶乳胶的粘接性能：粘结力强，满足结构受力特点，但湿度大，不易干燥，干燥后硬度大，容易产生脆性破坏。
纸带对接时强度约降低50％，纸带侧接时，强度较高，能够达到与母材强度相同。
3.铅发丝线（鞋底）也称作蜡绳，它的性质是受拉强，不能受压。
需要注意的是：如果想采用蜡绳做拉杆，并想利用预应力原理的话，施工时比较困难，因绳子节点处难以固定，将会造成类似于砼的应力松弛问题。
4.硫酸纸硫酸纸往往被认为是只能用来做装饰而不能作为主要构件参与结构受力，其实不然。
在第一届全国大学生结构设计大赛中获一等奖的东南大学的“蒙皮结构”可以说是本次比赛的最大亮点，也是最有创意的地方。
简洁的厂房体型，简单的四根柱子，外墙用硫酸纸包一圈，使四周密封，形成蒙皮结构，在承受侧向荷载的时候，整个外墙面传递荷载，传力途径多样，模型本身很轻，制作工艺简单，受力性能良好，可以说是比赛中最优秀的结构。
四、评分办法：从历届的大赛来看，总成绩主要由以下部分组成：总分为100分，包括结构造型与体系、理论分析、模型制作、叙述答辩和加载试验5个方面。
1.结构造型与体系（10分）按模型结构的构思、造型和结构体系的合理性、实用性和创新性评分。
2.理论分析（10分）内容应包括：设计说明书、方案图和计算书。
设计说明书应包括对方案的构思、布局、功能、结构选型及其他有特色方面的说明；方案图应包括结构整体布置图、主要构件详图和方案效果图；计算书应包括计算模型、荷载分析、内力分析、承载能力估算等。
按设计说明书、方案图和计算书内容的完整性、正确性评分。
3.模型制作（10分）按模型制作工艺情况评分。
以上3项均在加载前评毕。
模型尺寸及材料使用不符合设计制作要求的，或参赛过程中有其他违规现象的将直接淘汰，不进入加载试验阶段。
4.叙述答辩（10分）按现场叙述和答辩情况，由评委当场给分。
5.加载试验（60分）（以桥梁设计题目为例）以桥梁设计题目为例，加载过程中，如果出现下列任一情况，将视为加载失败，退出加载试验：（1）模型跨中的最大竖向位移越过规定的限值；（2）因模型主要构件出现失稳、结构变形过大和破坏等本身原因，使小车滑落或使小车除车轮外的其他部分与桥面板或桥梁的其它构件接触。
完成加载试验的模型，按以下方法计分：先按荷重比（F=Q/W）计算出各模型的相对分，其中Q代表模型所承受的最大移动荷载（N），W代表模型自重（N）；再将F值为最大（记Fmax）的模型定为满分（60分），其余模型的分数按（满分×F/Fmax）计算。
五、方案的确定及理论分析1.方案的确定按照大赛给定的题目，可查阅大量资料，结合已学过的专业知识，首先确定多个方案，然后进行可行性分析及比较，使最终方案的造型和结构体系合理，并且具有实用性和创新性。
2. 理论分析包括：设计说明书、计算书和方案图。
设计说明书应包括对方案的构思、布局、功能、结构选型及其他有特色方面说明；计算书应包括计算模型、荷载分析、内力分析、承载能力估算等。
方案图应包括结构整体布置图、主要构件详图和方案效果图。
详见第七部分六、制作技巧1.准备工作1.1 材料性质的初步认识如常用的材料： 230g巴西白卡纸，他的含义是：每张Ao纸重230g。
此类纸不同区域都略有不同，但大体还是一样的。
如重量，强度等。
在制作模型过程中，需要注意的几点有：a.白卡纸的保护问题：刚买好的纸务必好好保管，最好有足够大的地方将其平摊，上面再用东西盖一下，以免受潮。
注意不要伤着白卡纸，一旦上面有折皱，这张纸基本上就废了，因为受伤的纸强度会降低很多。
b.顺纹和逆纹:仔细观察白卡纸会发现顺，逆纹的差别。
一般来说，沿长边方向是顺纹，沿短边方向是逆纹。
讨论顺和逆的差别基于两点：第一主要是施工上的因素，沿顺纹剪裁要方便得多，也更顺手些；第二，强度上的因素，顺纹方向强度稍大于逆纹方向。
因此，在制作构件过程要尽量注意沿顺纹裁剪。