2013年西安建筑科技大学第九届结构设计大赛赛题.doc

2013年西安建筑科技大学第九届结构设计大赛赛题20131127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,采用白卡纸材料制作,具体结构形式不限。模型包括下部看台、过渡木板和上部挑篷结构三部分。其中前两部分通过白乳胶连接,由组委会提供;悬挑结构由参赛选手设计制作,并通过白乳胶与过渡木板连接。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
下部看台及过渡木板
看台底面尺寸650mm×800mm(800mm为悬挑方向),高340mm,剖面呈梯形,顶部宽200mm(如图2所示)。看台顶部设有过渡木板,厚20mm,平面尺寸200mm×650mm。
悬挑结构
悬挑结构包括支承骨架和围护材料两部分。支承骨架由白卡纸(由组委会统一提供)制成,形式不限。围护材料采用彩色卡纸(选手自己购买,颜色不限,但必须是卡纸,不得使用类似塑料的材料,否则取消比赛资格),各队自行裁剪粘贴。悬挑结构的底面积不得超过120mm×550mm,要求围护材料在外观上必须全部覆盖悬挑上部及背部区域;即从悬挑结构上方和后方看,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。


图2 看台平面图及剖面图

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,对悬挑结构几何尺寸做如下限定:
1)在距悬挑前缘60mm区域内(图4中的A点附近),必须保证屋面平坦,且采用双层卡纸粘合在一起制作,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)悬挑结构上弦前缘(即图4中的A点)高度为650mm,长度为800mm,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。

图4 尺寸限值(图中括号内数字为相对于O点的坐标)
说明:
(1) A点和C点均代表围护材料(即彩色卡纸)上的点,因此如果要将围护结构粘在骨架结构的下弦,就必须保证骨架结构下弦的标高为650mm。此外,当围护结构粘在骨架结构的下弦时,应避免在位移测量点处布置骨架结构,以免影响测量精度。再有,围护材料的水平投影必须覆盖整个看台区域,即800
×550mm的区域;同理,挑篷背部围护材料的竖向投影宽度也应为550mm.
(2) 为了避免将围护材料用于结构构件,要求在围护材料边缘处的探出长度不得大于20mm,否则应通过设置檩条等方式予以加强。关于围护材料边缘处的檩条设置方式,图(a)是允许的,而图(b)则视为违规。此外,在围护材料内部也应利用骨架结构或檩条形成有效支承。为此,要求在围护材料内部的最大支承距离(按任意方向两对边距离计算)不得大于200mm。

图(a) 正确的檩条设置方式图(b) 错误的檩条设置方式
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。
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10mm×20mm,长600mm,,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,每档风速加载3分钟。第一档为