體育場看臺上部懸挑屋蓋結(jié)構(gòu)計算書.docx

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1、此文檔收集于網(wǎng)絡(luò)，如有侵權(quán)，請聯(lián)系網(wǎng)站刪除1設(shè)計說明本次結(jié)構(gòu)設(shè)計競賽模型為體育場看臺上部懸挑屋蓋結(jié)構(gòu)，整個模型包括下部看臺、過渡木板和上部挑篷結(jié)構(gòu)三大部分。我們主要進(jìn)行上部挑篷結(jié)構(gòu)的設(shè)計與制作，并通過若干螺栓將柱腳與過渡木板連接。其中，制作材料由主辦方提供，采用230克白卡紙制作屋蓋主受力支承骨架結(jié)構(gòu)，采用120g/m2的布紋紙（屋面材料）制作圍護(hù)結(jié)構(gòu)。競賽目的是為了在全面滿足競賽要求的前提下，通過合理設(shè)計屋蓋的結(jié)構(gòu)形式以及屋面鋪設(shè)方式，實現(xiàn)較大的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、剛度以及穩(wěn)定性，以承受靜荷載和風(fēng)荷載的作用，并且做到屋蓋結(jié)構(gòu)材料總質(zhì)量盡可能小。整個分析設(shè)計過程需要綜合運(yùn)用空氣動力

2、學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)和材料力學(xué)等相關(guān)的力學(xué)知識。綜合懸挑結(jié)構(gòu)的受力特點，最終采用的方案為變厚度桁架體系。整個屋蓋由3榀平面桁架支承，作為豎向主受力體系，之間通過橫向系桿連接以防止面外失穩(wěn)，增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的整體性。支承骨架結(jié)構(gòu)構(gòu)件采用矩形管封閉截面(內(nèi)套細(xì)管)及正方形封閉截面，，且在模型的制作中均使構(gòu)件長度方向與白卡紙順紋向同向?？傊?，我們的設(shè)計理念是以盡量少的構(gòu)件及材料，組建強(qiáng)度高、剛度好、穩(wěn)定且高效的屋蓋結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)將外荷載以最簡捷的傳力方式傳向支座的目標(biāo)。合理的體系選取及構(gòu)件截面設(shè)計，使該結(jié)構(gòu)具有較好的視覺效果。我們最終的結(jié)構(gòu)設(shè)計方案的模型實體效果圖如圖1所示。圖12結(jié)構(gòu)選型根據(jù)競賽

3、規(guī)則，結(jié)構(gòu)不僅承擔(dān)豎向靜荷載，而且需承受一定量級的風(fēng)荷載，在重物作用和9m/s、12m/s風(fēng)速兩種情況下具有足夠的剛度，且在12m/s2風(fēng)速下不發(fā)生破壞。對于結(jié)構(gòu)形式及造型而言，只要滿足相關(guān)控制點的要求，對屋蓋體系以及外形的選擇不限，這為我們設(shè)計方案的選擇提供了較大的余地。我們在結(jié)構(gòu)選型過程中分別從結(jié)構(gòu)體系及結(jié)構(gòu)外形兩方面進(jìn)行了分析。在結(jié)構(gòu)體系的選取方面，由于桁架體系的豎向剛度較大，能承受較大的彎矩作用，且傳力最為直接、高效，非常適用于大懸挑結(jié)構(gòu)。另外，從模型制作的角度看，考慮到采用單純的紙質(zhì)材料較難實現(xiàn)復(fù)雜的節(jié)點形式制作以及預(yù)應(yīng)力施加，因此本次結(jié)構(gòu)不采用網(wǎng)架結(jié)構(gòu)體系或預(yù)

4、應(yīng)力結(jié)構(gòu)體系（如懸掛結(jié)構(gòu)、張拉結(jié)構(gòu)）的設(shè)計方案。在結(jié)構(gòu)外形的選擇方面，考慮到此懸挑結(jié)構(gòu)需承受較大的豎向荷載，懸臂結(jié)構(gòu)根部的受力最大也最為復(fù)雜。圖2為懸挑結(jié)構(gòu)在端部集中荷載及風(fēng)荷載下的彎矩圖。此文檔僅供學(xué)習(xí)與交流此文檔收集于網(wǎng)絡(luò)，如有侵權(quán)，請聯(lián)系網(wǎng)站刪除為控制撓度充分發(fā)揮構(gòu)件強(qiáng)度，綜合以上懸挑結(jié)構(gòu)受力特點，最終采用的方案為變厚度桁架體系。兼顧風(fēng)荷載效應(yīng)，力爭使結(jié)構(gòu)的風(fēng)致響應(yīng)降到最小。整個屋蓋由3榀變厚度平面桁架支承，作為豎向主受力體系。同時，為保證結(jié)構(gòu)在風(fēng)致振動下不失穩(wěn)，平面桁架之間通過橫向系桿連接以防止面外失穩(wěn)，增強(qiáng)了結(jié)構(gòu)的整體性。在構(gòu)件截面的選取方面，遵循桁架的受力原則

5、，保證主管貫通，支管與之相貫搭接。從盡可能充分發(fā)揮材料性能的角度出發(fā)，支承骨架結(jié)構(gòu)構(gòu)件采用矩形管封閉截面及正方形封閉截面，以增大截面慣性矩。另外，還在模型設(shè)計過程中采用了變截面構(gòu)件，在受力較大較復(fù)雜處使用增大截面，不僅節(jié)省了材料，而且符合受力要求。采用的白卡紙非各向同性材料，順紋向模量大于橫紋向模量，因此，在模型的制作中均使構(gòu)件長度方向與白卡紙順紋向同向。為減小結(jié)構(gòu)迎風(fēng)面，將風(fēng)荷載對結(jié)構(gòu)的作用降到最低，盡量將紙張平緩鋪設(shè)。從屋蓋結(jié)構(gòu)上方與后方看，屋面覆蓋整個區(qū)域且無空隙，且滿足圍護(hù)材料探出支承骨架邊緣最大長度不大于20mm的要求。圖3給出了本設(shè)計方案的結(jié)構(gòu)控制點示意圖，能

6、保證屋面前緣60mm的平坦區(qū)域；B點以下以右區(qū)域不出現(xiàn)任何構(gòu)件；屋面前緣最低點（A點）不低于后緣最高點（C點）。因此符合競賽要求。結(jié)構(gòu)的詳細(xì)尺寸見圖4。3結(jié)構(gòu)建模及主要計算參數(shù)3.1分析假定（1）上部懸挑屋蓋結(jié)構(gòu)固定于體育場看臺。挑篷結(jié)構(gòu)通過螺栓與過渡鋼板連接，根據(jù)其約束情況，在結(jié)構(gòu)分析模型中，與體育場看臺連接節(jié)點約束取為理想鉸接約束。（2）根據(jù)競賽試驗要求，所施加的荷載工況為：工況1——靜力荷載。距懸挑屋蓋前緣50mm處緩慢施加一重物加載條，重物質(zhì)量為1kg。在分析計算時，將重物靜載分配至桁架節(jié)點上。在工況1下計算出的結(jié)構(gòu)豎向位移（見圖5），記為d1。圖5屋蓋前緣加載位

7、置和測量位置俯視圖工況2——風(fēng)荷載（9m/s風(fēng)速）。在懸挑屋蓋前1m處設(shè)置一鼓風(fēng)機(jī)（見圖6），結(jié)構(gòu)在此風(fēng)速作用下屋蓋前端的最大位移，記為d2。工況3——風(fēng)荷載（12m/s風(fēng)速）。考察模型的極限承載能力，觀察模型是否出現(xiàn)損壞。3.2材料特性、幾何模型本次結(jié)構(gòu)模型設(shè)計中采用230克白卡紙厚度為0.3mm，構(gòu)件及圍護(hù)結(jié)構(gòu)之間的連接采用白乳膠粘結(jié)，支座采用螺栓將柱腳與底部木板連接。白卡紙為各向異性材料，順紋強(qiáng)度較高。力學(xué)性能為：抗拉強(qiáng)度約為22.2N/mm2，抗壓強(qiáng)度約為7.0N/mm2，一層白卡紙彈性模量約為57MPa，二層白卡紙彈