环/矩形框架体系 梁柱-支撑体系 直/锥筒体系 ……
结构体系示例
2.2 支架结构(续)
桁架/格构梁柱体系 肋-筒体系 组合体系
……
结构体系示例
2.3 试验加载与计分
试验激励：往复位移
s2 计分参数： M
与位移平方成正比，与质量成反比
3. 结构选型与计算
3.1 结构选型
环/矩形框架体系
梁柱-支撑体系
柱子、梁和斜撑
技巧：

下部主杆要比上部主杆强度大 优选质量小细而密的斜撑，不选质量大粗而疏的 斜撑

斜撑的竖向间距，目前还没定论，要视体系而定 三者的节点尽量相交在同一位置，方便力的传递
柱子、梁和斜撑
例：本体系斜撑优化方案 采用3排斜撑，其中斜撑采用质量更
节点1 节点2 节点3
节点4
轻的杆件，效果要大大好于2排质量重 节点5 的斜撑

常见柱子形式： 十字柱：两片薄片垂直粘结而成(竖向力很小，水 平力也不是很大时，效果很好)
十字柱
柱子、梁和斜撑

常见柱子形式： 三角形空心柱：三个薄片粘结而成，由于粘结时 难以把控，容易折断，通常效果较差
三角形空心柱
节点制作技巧
梁、柱和斜撑节点尽量做成刚节点★ ★ ★ ★ ★ 即三者节点粘结非常牢固
4.3 几点建议
构思 制作
成功
重复
失败
加载
70-80%取决作品实力；20-30%不确定性。
——多探索、多实践 ； 成功几率与失败次数成正比。
5、结构模型制作篇
常见的结构体系
柱子、梁和斜撑(格构式体系) 节点制作技巧
制作提高篇
常见的结构体系

下大上小体系 直上直下体系


一柱擎天体系
下大上小体系
振动激励下高架水塔 结构设计与模型制作
陈冬瑞
浙江长征职业技术学院 建筑工程系
1. 竞赛题目背景
2. 结构体系与计分规则
3. 结构选型与计算 4. 应注意的问题
5. 结构模型制作
1. 竞赛题目背景
1.1 工程背景
钢筋砼水塔 钢结构水塔 自立式水塔 砖石直筒-砼水箱 ……
1.1 工程背景(续)
水塔抗震：1) 可按单质点算地震力; 2) 砖支水塔不宜建8度区; 3) 支筒变截面、孔洞削弱、连接处宜加强; 4) 注意基础埋深、地基失效等。
1.2 荷载类型
恒载——自重、水箱重量 荷载 竖向活载——顶面积灰、检修活载等 水平活载——风荷载 地震作用
检修梯
1.3 破坏形式
破坏 形式 整体倾覆 支筒破坏 整体垮塌 ……
整体倾覆
中筒破坏
整体垮塌
破坏 形式
支架失稳 支筒垮塌 支筒开裂 ……
2. 结构体系与计分规则
2.1 结构组成
2.2 支架结构
支架结构
桁架/格构体系 肋-筒体系 组合体系 ……
3.2 模型分析
1. 计算模型
1) 静力计算：精细杆件模型 2) 动力计算：多自由度模型
2. 计算与校验
1) 整体抗倾覆分析； 2) 构件稳定分析； 3) 构件强度分析； 4) 节点分析（制作时构造完善）。 ……
4. 应注意的问题
4.1 模型的可能破坏形式

也可以做成三根柱子，但是工艺要求较高，成功 的较少
一柱擎天体系
适用范围：

竖向荷载作用较小时

主要承受水平荷载作用(效果极佳)
防止扭转措施： 上下做支撑 四周拉斜撑
柱子、梁和斜撑

强柱弱梁
★★★★★

竖向斜撑增加体系的侧向刚度 水平向斜撑增加体系Biblioteka 抗扭刚度柱子、梁和斜撑

斜撑分类
(1) 单排斜撑 (2) 十字交叉斜撑

方法太多，仅仅列出3种示意一下
外部贴片增加粘结强度
此处下部也可以加垫片
节点制作技巧
保证梁柱紧密粘结 的水平围箍支撑
梁、柱平面投影图示意图
制作提高篇

你是否发现，水平荷载作用下，结构体系中某个 位置加载后坏了，加固这个位置后，上部杆件又 坏了，该怎么办？

这是典型的力的转移现象，由于材料的不均匀， 力又在上部的薄弱点发生破坏，说明这个体系不 太合理。

对于木质结构，将材料打磨
成木粉和502以及构件粘结在
一起，能够形成新的木质结构，
效果很好。
制作提高篇

怎样才能取得好的成绩？
最好能够多看看其他学校比赛的模型，找到适合自
己的体系，了解到底模型能够做到多轻

最好一个指导老师带几组学生，在固定的地点研究
体系
通往成功之路

勤奋地研究模型
持之以恒地研究模型
借鉴他人模型的成功之处
提高制作手艺，同样的模型体系，手艺差的，做
出来的完全不行

如果这些你都做到了， 院赛一等奖搞定了。
斜撑竖向间距
节点6
柱子、梁和斜撑

常见柱子形式： 空心柱：四个薄片粘结而成(效果最好，但重量很 重，另外空心柱中要隔一定距离，加垫片，增加 柱子刚度)
空心柱
柱子、梁和斜撑

常见柱子形式： 角钢柱：两个厚片粘结成的角钢(对于竹制材料整 理效果优于空心柱；木质材料差于空心柱)
角钢柱
柱子、梁和斜撑
1. 整体倾覆 2. 杆件失稳整体破坏
3. 节点损坏局部或整体破坏
4. 承载力不足；
5. 共振破坏。
4. 应注意的问题(续1)
4.2 应注意的问题
1. 结构体系选择；
2. 柱间有效宽度的利用；
3. 动位移、动内力验算；
4. 整体倾覆验算； 5. 杆件失稳校核； 6. 节点构造的处理。
4. 应注意的问题(续2)
砂纸一起进行打磨，可以使整个结构减轻很多重量，
尤其斜撑更应该打磨。
制作提高篇

502胶水到底打多少合适？

502胶水属于速凝和腐蚀表面型胶水，因此适量即
可，切不可打太多，否则强度反而降低。
制作提高篇

杆件粘结，打502胶水前需要打磨吗？
需要打磨，来增加接触面的粗糙度。

制作提高篇

结构和底板怎么连接？
制作提高篇

你是否发现，水平荷载作用下，结构体系中柱子底
部坏了，该怎么办？

这说明上部结构刚度大，下部结构刚度不够，增加
下部结构刚度，也会造成应力向上部转移现象，因
此到底增加下部柱子多大的刚度，还需要试验来验 证。
制作提高篇

制作模型所用的材料需要打磨吗？

在受力体系确定的前提下，制作模型的材料最好用
适用范围：

水平荷载作用

竖向荷载作用(竖向力不能过大)
下大上小体系

适用范围： 水平荷载作用


竖向荷载作用(竖向力不能过大)
下大上小体系

也可以做成三根柱子，但是工艺要求较高，成功 的较少
直上直下体系
适用范围：

竖向荷载作用(能够承受很大竖向力) 水平荷载作用(有相当强承受能力)

直上直下体系