结构模型大赛方案书模版Word文档下载推荐.docx

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（一）摘要1

（二）队员简介1

（三）组员优势及部分分工2

二、方案构思2

三、结构选型3

四、模型方案图3

1、所卷纸张样图3

2、柱、梁、斜杠所需尺寸4

3、模型简化，线性上的视图5

4、实体模型视图6

5、节点详图7

6、试验模型样图7

五、模型计算简图8

六、改进措施9

1.新材料：

半圆柱型短柱9

2.横梁与立柱连接点加固10

3.斜杆加大截面10

七、加载制度10

八、预算10

一、摘要、队员简介

（一）摘要

在建筑工程学院土木系教研组老师的带领下，建筑工程学院分团委举办了第二届大学生结构模型大赛，在这样一个具有专业性的模型比赛中，对于我们土木学生来说，这是一种锻炼，更是一种理论向实践发展的桥梁，让我们把所学的知识运用到实际当中。

我们的团队，是跨学院组成的精英队伍，团队一共有五人，根据各自的专业特点和能力优势，各有分工，运用各自的所学知识与综合能力探讨出与众不同的卷纸方法，使得我们的团队更加强大。

我们团队采取的卷纸方法为半机械法。

利用工具，通过手工结合，让纸卷的更密更实。

前半部分，通过手工卷纸，后半部分，通过木板挤压，重量压缩，使纸张压缩的更理想。

通过初步测试，卷出的梁柱，使用剪刀、刀子较难剪短，需用锯子才能进行锯断处理，这也是我们团队的优势之一，同时还是一种机电专业知识与土木施工技巧的一点小融合。

前期，我们按照组委会下发的比赛要求做出了规定的模型，并进行加压试验，最终竟然超过100kg的加压荷载。

压坏后，我们对模型进行了综合分析，也请了很多个专业老师对我们进行指导，经讨论后，对模型做出了进一步的改造，为的是寻求一种更好的承载方案，期望能在最终的比赛中制作出承压超过150kg的新模型。

也希望能凭借我们已拥有的团队优势跟前期付出的努力，能在这届模型比赛中拿到理想的成绩。

（二）队员简介

队长：

姚灿辉建工学院土木10-1爱好（特长）：

羽毛球，篮球，交际

队员：

肖嘉华建工学院土木09-1爱好（特长）：

唱歌、篮球，领导能力

郑浩茵化学学院食品10-1爱好（特长）：

手工制作、美食、宠物

郑镇宜建工学院土木10-2爱好（特长）：

羽毛球、电影、网络

刘戊烽机电学院机电10-2爱好（特长）：

游泳、篮球、电影

（三）组员优势及部分分工

姚灿辉，现参加“挑战杯”进入省级比赛，文字组织能力强，负责整个方案的撰写、编排。

刘戊烽，曾参加纸桥设计大赛，所设计纸桥是当时比赛中承重最大的，拥有与众不同的卷纸方法，总负责卷纸方案。

郑镇宜，对数字敏感，测量精确，动手能力强，负责裁纸，柱孔测量。

肖嘉华，大三土木学生，有着丰富的理论知识，负责纸楼数据整改，通过软件计算得出模型的各杆件内力。

郑浩茵，食品专业学生，心思细腻，负责纸张黏合，柱孔的钻取，纸楼美观。

二、方案构思

常见的建筑结构有框架结构、剪力墙结构、框-剪结构、桁架结构等等，而这些结构的产生与建立，只有一个目的，那就是让建筑能有更好的安全性能。

若脱离了这个性能，一切的结构都是虚谈，因为优越的结构就是为了更加的安全。

所以我们的方案的产生，第一步就是考虑到安全。

在安全中发展、改造，而不是追求奇异的造型，美丽的外表，软趴趴的安全性能。

三角形是最稳定的；

四边形是可以绕点转动，使变形；

五边形受力杆与力有个夹角，使受力不均……对于纸杆来说，只有在杆的方向与荷载同一个方向，这样的纸杆才是最不容易局部受力弯曲。

所以我们选择以柱作为主力杆，用三角形进行固定。

这样，在有承受最大荷载的情况下，让模型稳定，从而达到更好的安全性能。

考虑到重量问题以及更大的承重，可把一部分杆件做成空心，在减小重量与材料的同时，让杆件的作用不受影响；

考虑到杆件的高细比问题，为预防杆件失稳破坏，我们把楼层一分为二，做成二层的纸楼，避免由于纸楼重心不稳而倾斜倒塌；

考虑到一点多结的问题，我们需采用两种（或两种以上）不同的结点方式，避免一点破坏，以至于所有结点都破坏，最终倒塌。

三、结构选型

从稳定性上考虑，三角形是最稳定，也是方案最先考虑的一种结构。

柱与梁构成三角形的两直角边，那么三角形斜边也就成了连接两柱的斜杆，在固定了梁柱的同时，也固定了柱柱间的移动问题，所以斜杆是这次模型结构的重点与亮点，虽说作用不是最主要的，但却是必不可少的。

利用三角斜杆的稳定性，模型上部进行荷载加压，下部可通过斜杆进行力的传递，让力均匀传递到四大柱上，再传递到地下，达到受力均匀，结构稳定。

考虑到本次大赛使用的加压方式为：

顶层竖向加压，所以模型结构采用框架结构为主，斜杆支撑为辅。

框架结构中的立柱主要承受竖向荷载，横杆则起到拉结竖杆的稳定模型的作用，而斜杆支撑结构则有两个目的：

1、对上方的加压荷载进行力的传递，让四柱下部受力均匀，防止一柱受力过大，发生倾斜倒塌。

2、拉结柱—梁、柱—柱之间的连接，起稳定作用。

使其拥有足够的侧向刚度，控制柱子侧向位移的发展，防止柱子与梁脱离，使模型塌落。

结构分为两层，柱梁之间结点连接采用钻孔模式连接。

有些同学在不破坏柱子性能的情况下，使柱梁结成一体。

斜杆连结于梁，在起到稳定作用的同时，起到支撑梁的作用，帮柱子承受部分力，从而起到更好的承重作用。

另外，通过前期试验，我们采纳了一些老师的建议，将在两根对角线的立柱上增加拉结杆，为了减少对立柱的破坏，此拉结杆我们选取了以纸带的形式，这部分由于是后来加以补充的，因此，下面的模型方案与图样中没有对其进行展示。

四、模型方案图

1、所卷纸张样图

2、柱、梁、斜杠所需尺寸

注：

横梁设计尺寸为250mm,但为方便施工，预留多至少40mm，用以进行削尖插孔等；

斜杆：

从整体的受力分析对其进行了特别设计，为使斜杆起到分担受力的作用，并减少对立柱的破坏，将斜杆连接处设计在横杆上，连接口采用缺口紧缩的方式，先浸胶后夹紧，使连接更为牢固，传力效果更好；

柱子所需钻孔为前3左3，考虑两孔的相互影响，前面3个孔采取平等，左侧的孔则采取较前孔下沉20mm的方法，这里主要考验的是我们钻孔施工过程的手工技巧，经过试验，只要施工符合我们的设计标准，孔洞的连结精确，孔洞的存在不仅没有破坏立杆的各方面性能，还能很好的将上部的压力通过横杆向斜杆、下方竖杆传递。

3、模型简化，线性上的视图：

正视图、侧视图、俯视图，1-1剖视图

4、实体模型视图：

主视图，左视图，俯视图

主视图左视图

俯视图

5、节点详图

上下结点详图

中间结点详图

6、试验模型样图

五、模型计算简图（根据试验模型制作的）

一切实验，都是在理想状态下，才可以进行各种分析，假设，做出的柱、梁、斜杆三种杆件做工、大小完全相同，性质也相同，有：

1、每根柱所承受的作用力为承重的1/4。

2、四棱柱四面做法相同，受力大小完全也相同，我们取其一面进行内力分析。

获得结构简图、剪力图、以及正反两面的弯矩图。

图中数值正负号均按结构力学中所取意义一致。

（图中施加竖向力为100kN）

结构的计算简图

剪力图

正面的弯矩图

背面的弯矩图

六、改进措施

在经过受力分析以及模拟试验和对已破坏的模型进行分析之后，需进行加固改进的地方有：

横梁与竖杆的连接结点是最易破坏的地方，只要竖杆受力稍微不均，横梁则极易被拉出；

斜杆正中间最易出现压曲、折断破坏。

具体改进方案有：

半圆柱型短柱：

这是根据加固要求设计的新材料。

采用与立柱相同的制作工序，制成每段长80mm的空心圆柱，截面尺寸与立柱相同。

卷纸完成后置于胶水中浸泡几分钟，待胶水晾干后，为减少自重，用锯子将其对半切开，分成两部分使用。

主要用在斜杆中间最易折断处和立柱与横梁的结点外侧，可起到加大横截面积、减小弯矩、预防斜杆压曲和锚固横梁等等的作用。

2.横梁与立柱连接点加固：

将横梁端头用胶水浸泡后再进行削尖插孔，然后在每端伸出竖杆孔洞5mm处锯断，并在外部增加一个半圆柱型短柱作为螺帽，该处半圆柱型短柱的中部也采用挖孔方式与横梁镶嵌，使横杆相当于与贯穿竖杆的铆钉，这种做法也直接起到了预防结构整体变形的作用，而且可以有效的改善接口，防止横杆被拉出；

3.斜杆加大截面：

在斜杆正中的底部加一段半圆柱型短柱，通过胶水的粘结，可使得此处的截面大大增加，有效的预防了斜杆破坏。

七、加载制度

加载制度

加载次数

加载重量（kg）

备注

第一次

50kg

大于或等于5.0kg

第二次

40kg

第三次

30kg

第四次

第五次

八、预算

由模型方案图可知：

4条柱子，每条用A0纸4张，约共4张，

12条横梁，每条用纸1/12张，约共1张

8条斜杆，每条用纸1/8张，约共1张

预算总共用纸6张，按每张价格为2.5元

则A0纸总共费用为：

6*2.5=15元