体育场悬挑屋盖结构计算书文档格式.docx

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听雨轩

一、设计说明

根据竞赛规则要求，从模型的抗拉抗压的力学特性出发，结合节省材料，经济美观，承载力强以及不易变形等特点，采用比赛提供的230g白卡纸（注：

基本力学性能：

厚度0.3mm,抗拉强度约为22.2N/mm2,抗压强度约为7.0N/mm2，一层白卡纸弹性模量约为57MPa,二层白卡纸弹性模量约为150MPa,三层白卡纸弹性模量约为250MPa）,用于骨架的搭设，并结合绿色的卡纸进行铺装，精心设计制作了“听雨轩”体育场悬挑屋盖结构模型。

1、方案构思

模型为体育场悬挑屋盖结构，端部承受竖直荷载，在底座会承受很大的弯矩作用，由于要传递弯矩，节点处必须要做成钢节点，以达到良好的稳定作用。

（1）本结构主要构思是想利用白卡纸的抗拉性能在后面承受拉力作用。

用圆柱形立柱和箱型斜梁承受压力和弯矩。

（2）设计的总体原则是：

尽可能的把节点设计成钢节点，并利用白卡纸的抗拉性能来进行节点外围的加固，以此来达到抵消外界荷载的作用。

2、结构选型

（1）

（2）（3）

L型方案，由于在端部加荷载，会导致支座出产生很大的弯矩，考虑作用力很大，不容易与底座连接等因素，我们打算选用T型，T型在后端拉的情况下，容易导致位移过大，整合上述两种方案的缺陷，最终将方案定为F型。

其次，在F型方案的基础上上，运用桁架结构的受力特点，即拉弯和抗扭性能较好，进行桁架体系的构造，以此来分散受力，从而保证结构的稳定和完整。

在遵守原则的前提下，我们综合考虑各个因素设计的“听雨轩”具有以下四个创意点：

创意点一采用三排主体桁架进行支撑，在保证美观的同时，能够均匀受力。

创意点二考虑模型端部承受很大的弯矩和拉压力作用，立柱采用圆形截面，后排的斜梁采用矩形截面。

创意点三铺面材料采用绿色卡纸，结合城市高层建筑百叶窗的形状，进行铺设，在保证正常排水的同时，能够减轻风荷载对结构的冲击作用。

创意点四施加预应力——在结构竖向承受一定压力的基础上，进行拉杆的粘结，卸载之后即产生预应力，可以增加柱子的刚度和强度。

创意点五节点的处理采用分叉包裹的方式，并运用纸条进行外侧的加固，更加符合刚结点的特点。

（节点处理图）

依据以上创意点加上精细的制作环节，我们制作出的结构质量较轻，强度高，节省材料，承载空间大，经济美观，达到了物尽其用之美。

二、设计方案

1、设计基本假定

（1）白卡纸连续均匀。

（2）节点按刚节点计算，支座为固定支座。

加载时竖直静荷载为均布荷载作用在挑梁端部，然后传递到后面的两排立柱。

（3）杆件计算时采用钢结构计算模式，整体传力方式采用桁架的传递模式。

2、模型结构图

结构三视图

（结构前视图）

（结构俯视图）

（结构左视图）

3、模型加工图和整体效果图

三、结构设计计算

根据本次比赛的加载规则，竖向静荷载，重约1.0kg,截面10mm×

20mm,长600mm,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为均布荷载，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

模型端部加载为均布荷载，假设节点为钢节点，模型的弯矩图和轴力图如下。

（弯矩图）（轴力图）

2、风荷载分析

在悬挑屋盖前1m处设置一鼓风机，进行两档风速加载，每档风速加载3分钟，第一档为9m/s,第二档为12m/s;

由于风荷载的分散作用，所以作用在结构上的风力作用可以近似为均匀荷载，故只要对结构进行节点的加强，或者通过良好的铺装层排风作用来抵挡风力作用。

具体的排风设施就是应用百叶窗的形式，结合纸条进行连接和固定。