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第六届北京市大学生建筑结构设计竞赛-A组赛题


第六届北京市大学生建筑结构设计竞赛

结构设计竞赛赛题
超高层结构 1 赛题背景
现代超高层建筑起源于美国,至今已有 80 余年历史。超高层建筑是反映国 家、城市经济水平和社会现代化程度的一个重要标志。随着社会的不断发展和经 济水平的不断提高,我国的超高层建筑建设已经进入了一个蓬勃期,形成了以深 圳平安国际金融中心 (660 m) , 武汉绿地中心大厦 (636 m) 和上海中心大厦 (632 m)为代表的一系列 600 m 级的超高层建筑。截至 2015 年底,统计结果表明世 界范围内在建和已建成超过 300m 的超高层共 210 栋,其中中国有 105 栋(达 50%),远超出排名第 2 的阿拉伯联合酋长王国(37 栋),这表明我国已成为世 界上超高层数目最多的国家。 这对我国超高层结构的设计和施工技术提出了更高 的要求。

2 总体模型
总体模型由承台板、核心筒、外框柱和连接构件四部分组成,各部分均采用 竹材,形成如图1所示的超高层结构模型,沿高度方向将结构均匀划分为高度为 125mm的8个区段。模型固定在组委会提供的300mm×300mm的承台板上,采用 热熔胶固定。大赛将提供以下材料,用于制作模型。 竹材 表2.1 竹材规格及数量 竹材规格 规格一:1250×75×0.50mm 规格二:1250×75×0.35mm 规格三:1250×75×0.20mm 粘着剂 明星火速胶502胶水 砂纸 切割刀 直尺、三角尺、量角器 铅笔 -1竹材名称 本色侧压双层复压竹皮 本色侧压双层复压竹皮 本色侧压单层复压竹皮

注:竹材力学性能参考值:弹性模量1.0×104MPa,抗拉强度60MPa。

橡皮擦
承台板

外框柱

核心筒
8

连接件
8

8 75 130

8

300

(a) 平面图

第八区段

第七区段

外框柱
125

第六区段

第五区段

125

125

125

第四区段

125

1000

核心筒

第三区段

125

下部预设卡槽 增加核心筒整体性

第二区段

125

第一区段

承台板

75

130

(b) 立面图 图 1 模型示意图 (单位:mm)

125

-2-

75 130

高度25mm

内边长75mm 外边长91mm 厚度8mm

300

2.1 承台板 承台板标准尺寸 300mm× 300mm,厚度 20mm。 承台板板面标高定义为±0.00。 2.2 核心筒 核心筒高度为1000mm(允许误差+5mm),共8个区段(或层),每个区段 (层)高度为125mm,位于承台板正中央,承台板中央设有高度25mm,厚度为 8mm的卡槽用以提高核心筒的整体工作性能。 沿高度方向核心筒截面尺寸不发生 变化。核心筒外边缘线尺寸为75mm× 75mm,厚度不允许超过15mm,允许开洞。 核心筒和卡槽均采用竹材制作。核心筒底部以及卡槽与承台板连接采用胶水粘 结。 2.3 外框柱 沿高度方向柱截面尺寸不发生变化,采用图1所示方式布置8根框架柱,各柱 总 高 均 为 1000mm ( 允 许 误 差 +5mm ) , 四 跟 角 部 框 架 柱 形 心 连 线 尺 寸 为 130mm× 130mm,柱截面尺寸不限,采用竹材制作。柱与承台板连接采用胶水粘 结。 2.4 连接构件 连接构件可选用板材和棒材:(1)板材(采用竹材制作)可用于连接外框 柱和内核心筒,且仅能在125mm,250mm,375mm,500mm,625mm,750mm, 875mm和1000mm处布置,厚度不限;(2)棒材(采用竹材制作)可在任意位置 布置且尺寸不限。连接构件与承台板、核心筒、外框柱和连接构件的连接采用胶 水粘结。 模型必须遵循所提供的尺寸,否则取消比赛资格。

3 加载量测工具
3.1 加载和测试材料 130× 130× 45mm 的铁质量块,重 5.98kg,用于竖向荷载工况测试。 5g 砝码 1 个,20g 砝码 1 个,50g 砝码 1 个,用力水平荷载工况测试,水平 位移采用数显位移计量测。 木制加载架,高 1400mm,宽 300mm,厚 50mm,在板高 500mm 和 950mm 处板宽中央位置预留直径约为 5mm 的圆孔。 3.2 测试仪器 数显位移计。

-3-

4 模型净空检测及称重
模型整体称重后,减去承台板及测试附件的重量,即为参赛模型的重量Mi, 卡槽质量计入模型质量

5 模型加载及评判
模型加载分为三个阶段,一阶段为竖向荷载工况测试,二阶段为标准水平荷 载工况测试,三阶段为挑战水平荷载工况测试(该阶段为可选阶段)。竖向荷载 工况用于检验参赛模型是否能够承受结构自重以及附加重力荷载, 水平荷载工况 则用于测试水平力作用下结构的抗侧向变形能力。加载点为结构 500mm 和 1000mm高度处,采用套索牵引加载。
垂直激光仪
铁质量块

铁质量块

数显 位移计

套索

上部砝码 木加载架

套索

下部砝码

(a) 竖向荷载工况

(b) 水平荷载工况

图 2 加载示意图

5.1 加载方式 模型加载采用静加载的形式完成,竖向荷载工况采用质量为5.98kg的铁质量 块施加,水平荷载则采用砝码施加,如图2所示。 6.2 加载准备 -4-

模型置于加载台上,调试位置。 5.2 加载过程 第一阶段加载:于模型顶部搁置铁质量块。 第二阶段加载:不去除顶部铁质量块,(1)将两根加载水平拉线一端绑扎于 墙体500mm高度和1000mm高度处的套索上; (2)水平拉线穿过对应高度加载架 的预留孔道; (3) 在水平拉线的另一端绑扎上砝码, 其中1000mm标高处绑扎50g 砝码,500mm标高处绑扎20g和5g砝码:(4)量测顶点位移为ui。 第三阶段加载: 不去处顶部铁质量块, 维持1000mm和500mm套索处悬挂的砝 码质量比仍未2:1,参赛选手仅有一次机会(可以不选择挑战)自由选择砝码总 质量mi(不得低于150g)。 5.3 评判标准 第一阶段加载过程中,模型结构发生整体垮塌或局部构件明显破坏,则终止 加载。 第二阶段加载过程中,荷载持续时间10s,若模型结构发生整体倾覆、垮塌, 则终止加载。 第三阶段加载过程中,荷载持续时间10s,若模型结构发生整体倾覆、垮塌, 则终止加载。

6 评分项及评分标准
6.1 模型评分项及分值 模型评分项共五项,总分100分,其中包括: (1)计算书以及设计说明——10分 (2)结构选型与制作质量——10分 (3)现场表现——5分 (4)ui× Mi——45分 (5)Mi/mi——30分

6.2 评分标准 6.2.1 计算书以及设计说明——10分 (1)计算内容的完整性、准确性 (2)图文表达的清晰性、规范性 -56分 4分

6.2.2 结构选型与制作质量——10分 (1)结构合理性与创新性 (2)模型制作质量与美观性 6.2.3 现场表现——5分 (1)赛前陈述 (2)现场答辩 6.2.4 ui× Mi——45分 计算顺利完成两个工况的各参赛队模型(i)的单位自重承载力ui× Mi,并对 各参赛队的ui× Mi,按从小到大的顺序进行排序,假定有n个参赛队完成比赛,则 第j名的队伍得分为19+26/(n-1)× (n-j)。 6.2.5 Mi/mi——30分 若参赛队伍不选择第三阶段加载,则该项得分为0分;若参赛队伍选择参加 第三阶段加载而其模型发生整体倾覆、垮塌,则该项得分为-10分;计算顺利完 成第三工况的各参赛队模型(i)的Mi/mi,并对各参赛队的Mi/mi,按从小到大的 顺序进行排序,假定有m个参赛队完成比赛,则第j名的队伍得分为 15+15/(m-1)× (m-j)。 3分 2分 5分 5分

7 计算书要求
计算书应包括以下内容: (1)赛题解读 (2)结构选型分析及结构方案 (3)构件尺寸 (4)计算分析 (5)必要的图纸

-6-


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