第四届全国大学生结构设计竞赛 赛题 第四届全国大学生结构设计竞赛委员会 2010.6.30
第四届全国大学生结构设计竞赛 赛题 第四届全国大学生结构设计竞赛委员会 2010. 6. 30
赛题名称：体育场悬挑屋盖结构 1、竞赛模型 竞赛模型为体育场看台上部悬挑屋盖结构，采用木质材料制作，具体结构形式不限。 模型包括下部看台、过渡钢板和上部挑篷结构三部分。其中前两部分通过螺栓连接，由 承办方提供；挑篷结构由参赛选手设计制作，并通过螺栓与过渡钢板连接。图1给出一 示意性结构形式。 挑篷结构 过渡钢板 下部看台 图1示意性悬挑屋盖结构 2、 模型要求 2.1下部看台及过渡钢板 看台底面尺寸600mm×800mm(800mm为悬挑方向)，高340mm,剖面呈梯形，顶 部宽150mm(如图2所示).看台顶部设有过渡钢板，厚10mm,平面尺寸150mm×600mm. 板上设有如图2所示的M4螺栓孔，用于固定挑篷结构。 2.2挑篷结构 挑篷结构包括支承骨架和围护材料两部分。支承骨架由木条制成，形式不限。围护 材料采用120g布纹纸，由承办方统一提供，各队自行裁剪粘贴。要求围护材料在外观 上必须全部覆盖挑篷上部及背部区域：即从挑篷上方和后方看，围护材料不得出现空隙 (见图3)。围护材料可探出支承骨架边缘，但其最大探出长度不得大于20mm
赛题名称：体育场悬挑屋盖结构 1、 竞赛模型 竞赛模型为体育场看台上部悬挑屋盖结构，采用木质材料制作，具体结构形式不限。 模型包括下部看台、过渡钢板和上部挑篷结构三部分。其中前两部分通过螺栓连接，由 承办方提供；挑篷结构由参赛选手设计制作，并通过螺栓与过渡钢板连接。图 1 给出一 示意性结构形式。 图 1 示意性悬挑屋盖结构 2、 模型要求 2.1 下部看台及过渡钢板 看台底面尺寸 600mm×800mm（800mm 为悬挑方向），高 340mm，剖面呈梯形，顶 部宽 150mm（如图 2 所示）。看台顶部设有过渡钢板，厚 10mm，平面尺寸 150mm×600mm。 板上设有如图 2 所示的 M4 螺栓孔，用于固定挑篷结构。 2.2 挑篷结构 挑篷结构包括支承骨架和围护材料两部分。支承骨架由木条制成，形式不限。围护 材料采用 120g 布纹纸，由承办方统一提供，各队自行裁剪粘贴。要求围护材料在外观 上必须全部覆盖挑篷上部及背部区域；即从挑篷上方和后方看，围护材料不得出现空隙 （见图 3）。围护材料可探出支承骨架边缘，但其最大探出长度不得大于 20mm
15 6x20=1201L15 150 13x50=650 150 过渡钢板 50 800 图2看台平面图及剖面图 覆面材料 前 支承结构 覆面材料 螺栓 图3悬挑结构示意
600 13x50=650 20 20 15 15 28x20=560 6x20=120 150 340 800 150 10 25 50 过渡钢板 图 2 看台平面图及剖面图 后 前 螺栓 支承结构 覆面材料 覆面材料 图 3 悬挑结构示意
为保证竞赛的公平性、合理性和可操作性，对挑篷几何尺寸做如下限定： 1)在距挑篷前缘60m区域内（图4中的A点附近），必须保证屋面平坦，不得有 明显的倾斜和弯曲，以便竞赛过程中的加载与测量： 2)挑篷结构上弦前缘（即图4中的A点）高度不得低于650mm,在挑篷结构的下 方（即图4中B点以下以右区域）不得出现任何构件： 3)屋面前缘最低点不得低于后缘的最高点，相当于图4中的A点高度不低于C点。 屋面平坦区 60 A(800,650) B200,550 此区域内不得设任何构件 图4尺寸限值（图中括号内数字为相对于0点的坐标） 3、加荷方式 采用在悬挑屋盖上加竖向静载和风荷载的方式考核各队模型的刚度和承载力。 3.1荷载施加 1)在距悬挑屋盖前缘50m处缓慢施加一重物加载条，测量屋盖前端在重物荷载 作用下的竖向位移（见图5），记为di。重物加载条为钢质，截面20mm×20mm,长600mm, 重约1.88kg,在屋面上沿垂直悬挑方向放置，测量完毕后取下。 2)在悬挑屋盖前1m处设置一鼓风机，进行两档风速加载，第一档为9m/s,第二 档为12m/s。测量并记录9m/s风速下屋盖前端的位移时程（见图6），根据3.2节的数据 处理方法得到得到结构的风振极值响应，记为
为保证竞赛的公平性、合理性和可操作性，对挑篷几何尺寸做如下限定： 1）在距挑篷前缘 60mm 区域内（图 4 中的 A 点附近），必须保证屋面平坦，不得有 明显的倾斜和弯曲，以便竞赛过程中的加载与测量； 2）挑篷结构上弦前缘（即图 4 中的 A 点）高度不得低于 650mm，在挑篷结构的下 方（即图 4 中 B 点以下以右区域）不得出现任何构件； 3）屋面前缘最低点不得低于后缘的最高点，相当于图 4 中的 A 点高度不低于 C 点。 此区域内不得设任何构件 A(800,650) B(200,550) 60 屋面平坦区 O C 图 4 尺寸限值（图中括号内数字为相对于 O 点的坐标） 3、 加荷方式 采用在悬挑屋盖上加竖向静载和风荷载的方式考核各队模型的刚度和承载力。 3.1 荷载施加 1）在距悬挑屋盖前缘 50mm 处缓慢施加一重物加载条，测量屋盖前端在重物荷载 作用下的竖向位移（见图 5），记为 d1。重物加载条为钢质，截面 20mm×20mm，长 600mm， 重约 1.88kg，在屋面上沿垂直悬挑方向放置，测量完毕后取下。 2）在悬挑屋盖前 1m 处设置一鼓风机，进行两档风速加载，第一档为 9m/s，第二 档为 12m/s。测量并记录 9m/s 风速下屋盖前端的位移时程（见图 6），根据 3.2 节的数据 处理方法得到得到结构的风振极值响应，记为 d2
3)进行12ms风速加载，考察模型的极限承载能力，模型出现损坏即视为比赛失 败。 注：模型损坏的标志为模型任何构件（包括覆面材料)或连接发生明显破损。 重物加载条 效 200 200 位移测量点 图5屋盖前缘加载位置和测量位置俯视图 防护罩 1000 激光位移计 鼓风机 图6模型及鼓风机位置示意图 3.2位移测量 采用非接触式测量方式，共两个位移测量点，同时记录，位置如图5所示。在进行 动态数据处理时，首先剔除加载初期（前5s)的非平稳段，然后对每个测点时程记录中 的前3个最大动位移（绝对值最大）取平均，作为该测点的风振极值响应，再取两个测 点风振极值中的最大值作为结构风振响应的考核指标，记为。综合静载和风荷载两种 情况，确定模型的综合位移D=0.5(d1+d)。该值将作为考量结构刚度的依据。 注：以上计算中的位移均取绝对值；12/s风速下仅考察结构极限承载力，不记录 结构位移
3）进行 12m/s 风速加载，考察模型的极限承载能力，模型出现损坏即视为比赛失 败。 注：模型损坏的标志为模型任何构件（包括覆面材料）或连接发生明显破损。 50 重物加载条 200 200 15 位移测量点 图 5 屋盖前缘加载位置和测量位置俯视图 1000 鼓风机 防护罩 激光位移计 500 图 6 模型及鼓风机位置示意图 3.2 位移测量 采用非接触式测量方式，共两个位移测量点，同时记录，位置如图 5 所示。在进行 动态数据处理时，首先剔除加载初期（前 5s）的非平稳段，然后对每个测点时程记录中 的前 3 个最大动位移（绝对值最大）取平均，作为该测点的风振极值响应，再取两个测 点风振极值中的最大值作为结构风振响应的考核指标，记为 d2。综合静载和风荷载两种 情况，确定模型的综合位移 D=0.5(d1+d2)。该值将作为考量结构刚度的依据。 注：以上计算中的位移均取绝对值；12m/s 风速下仅考察结构极限承载力，不记录 结构位移
4.模型制作材料及鼓风机 4.1模型制作材料及工具 竞赛期间，承办方为各队提供如下材料及工具用于模型制作。 ·木材：桐木，长度1250mm,截面规格有2mm×2mm、2mm×4mm、2mm×6mm, 4mm×6mm;1mm×55mm; 木材力学性能参考值：顺纹弹性模量1.0×104MPa,顺纹抗拉强度30MPa。 ·120gm2布纹纸、M4螺栓（无垫片） ·胶水：502胶水 ·制作工具：美工刀、钢尺、砂纸、锉刀、改锥、小型锯子等。 另，承办方还提供公用的砂轮机、打孔机等。 4.2鼓风机 本届大赛所用鼓风机与第三届全国结构大赛相同，相关参数如下表，具体联系方式 见附件。 名称 新型节能低噪声轴流风机 型号 SF7-4 厂家 上海金蓝机电设备成套有限公司 功率 3kW 转速 1400n/min 风量 2500m3/h 风速 23m/s 全压力 340Pa 5.模型安装、加载及测试步骤 5.1赛前准备 A.模型称重：将制作好的模型（不含支座螺栓）在未连接过渡钢板前称重（精度0.1g), 螺栓按每个2g另计，最后将称重结果与螺栓重量累加，作为考核模型重量的依据
4. 模型制作材料及鼓风机 4.1 模型制作材料及工具 竞赛期间，承办方为各队提供如下材料及工具用于模型制作。 木材：桐木，长度 1250mm，截面规格有 2mm×2mm、2mm×4mm、2mm×6mm， 4mm×6mm；1mm×55mm； 木材力学性能参考值：顺纹弹性模量 1.0×104MPa，顺纹抗拉强度 30MPa。 120g/m2 布纹纸、M4 螺栓（无垫片） 胶水：502 胶水 制作工具：美工刀、钢尺、砂纸、锉刀、改锥、小型锯子等。 另，承办方还提供公用的砂轮机、打孔机等。 4.2 鼓风机 本届大赛所用鼓风机与第三届全国结构大赛相同，相关参数如下表，具体联系方式 见附件。 名称 新型节能低噪声轴流风机 型号 SF7-4 厂家 上海金蓝机电设备成套有限公司 功率 3kW 转速 1400n/min 风量 2500m3/h 风速 23m/s 全压力 340Pa 5. 模型安装、加载及测试步骤 5.1 赛前准备 A. 模型称重：将制作好的模型（不含支座螺栓）在未连接过渡钢板前称重（精度 0.1g）， 螺栓按每个 2g 另计，最后将称重结果与螺栓重量累加，作为考核模型重量的依据
B.将模型安装在过渡钢板上，等待入场。 C.得到入场指令后，迅速将模型及过渡钢板抬进场内，固定在看台上，准备进行加载。 D.以上过程由各队自行完成，赛会人员负责监督、标定测量仪器和记录。如在此过程 中出现模型损坏，则视为丧失比赛资格。 5.2加载及测试步骤 A.参赛队代表进行1分钟陈述，之后评委提问1分钟。 B.将重物加载条缓慢放在屋盖上指定位置处，等待15秒结构变形稳定后，根据位移计 上的示数记录位移值（精度0.1mm). C.取下重物加载条，重新标定位移计，然后启动风机连续施加两档风载，并通过位移 计进行实时记录。 D.如在以上过程中出现模型损坏，则视为比赛失败。 6.评分标准 (一)结构评分按总分100分计算，其中包括： A.计算书及设计图 10% (共10分) B.结构选型与制作质量 10% (共10分) C.现场表现 5% (共5分) D.结构重量 50% (共50分) E.结构刚度 25% (共25分) （二)评分细则： A.计算书及设计图（共10分) a.计算内容的完整性 共6分 b.图文表达的清晰性、规范性 共4分 注：计算书要求包含：结构选型、结构建模及主要计算参数、受荷分析、节点构造
B. 将模型安装在过渡钢板上，等待入场。 C. 得到入场指令后，迅速将模型及过渡钢板抬进场内，固定在看台上，准备进行加载。 D. 以上过程由各队自行完成，赛会人员负责监督、标定测量仪器和记录。如在此过程 中出现模型损坏，则视为丧失比赛资格。 5.2 加载及测试步骤 A. 参赛队代表进行 1 分钟陈述，之后评委提问 1 分钟。 B．将重物加载条缓慢放在屋盖上指定位置处，等待 15 秒结构变形稳定后，根据位移计 上的示数记录位移值（精度 0.1mm）。 C. 取下重物加载条，重新标定位移计，然后启动风机连续施加两档风载，并通过位移 计进行实时记录。 D. 如在以上过程中出现模型损坏，则视为比赛失败。 6. 评分标准 （一）结构评分按总分 100 分计算，其中包括： A. 计算书及设计图 10% （共 10 分） B. 结构选型与制作质量 10% （共 10 分） C. 现场表现 5% （共 5 分） D. 结构重量 50% （共 50 分） E. 结构刚度 25% （共 25 分） （二）评分细则： A. 计算书及设计图（共 10 分） a．计算内容的完整性 共 6 分 b．图文表达的清晰性、规范性 共 4 分 注：计算书要求包含：结构选型、结构建模及主要计算参数、受荷分析、节点构造
模型加工图（含材料表。 B.结构选型与制作质量（共10分） a.结构合理性与创新性 共6分 b.模型制作美观性 共4分 C.现场表现（共5分） a.赛前陈述 共3分 b.赛中答辩 共2分 D.结构重量（共50分) 在所有成功完成竞赛的模型中，质量最轻者得50分，最重者得10分，其余队模型 的重量分数S1按下式计算： S=M-4x40+10 Mmx -Mmin 式中：Mmm为重量最轻者的质量，单位g:Mmax为重量最重者的质量；M为所考察模 型的质量。本项所得分数保留小数点后两位。 E.结构刚度（共25分) 在所有成功完成竞赛的模型中，综合位移最小者得25分，最大者得5分，其余各 队模型的刚度分数S2按下式计算： S2= Ds-D1×20+5 D-Din 式中：D1为所考察模型的综合位移绝对值，Dmax为所有模型中的最大综合位移，Dmm 为所有模型中的最小综合位移，单位；本项所得分数保留小数点后两位。 以上A-E各项得分相加，分数最高者优胜。 各参赛队如对赛题有疑问，可通过以下联系方式咨询： 武岳教授：13613607662，wuyue2000@163.c0m 邵永松教授：13703627179，shaoyongsong@hit.edu.cn
模型加工图（含材料表）。 B．结构选型与制作质量 （共 10 分） a．结构合理性与创新性 共 6 分 b．模型制作美观性 共 4 分 C．现场表现 （共 5 分） a．赛前陈述 共 3 分 b．赛中答辩 共 2 分 D．结构重量 （共 50 分） 在所有成功完成竞赛的模型中，质量最轻者得 50 分，最重者得 10 分，其余队模型 的重量分数 S1 按下式计算： max 1 1 max min S 40 10 M M M M − = + − 式中：Mmin 为重量最轻者的质量，单位 g；Mmax 为重量最重者的质量；M1 为所考察模 型的质量。本项所得分数保留小数点后两位。 E．结构刚度 （共 25 分） 在所有成功完成竞赛的模型中，综合位移最小者得 25 分，最大者得 5 分，其余各 队模型的刚度分数 S2 按下式计算： max 1 2 max min S 20 5 D D D D − = + − 式中：D1 为所考察模型的综合位移绝对值，Dmax 为所有模型中的最大综合位移，Dmin 为所有模型中的最小综合位移，单位 mm；本项所得分数保留小数点后两位。 以上 A-E 各项得分相加，分数最高者优胜。 各参赛队如对赛题有疑问，可通过以下联系方式咨询： 武 岳 教授：13613607662，wuyue_2000@163.com 邵永松 教授：13703627179，shaoyongsong@hit.edu.cn