学校结构大赛说明书

参加学校的机构大赛的作品,特此留念。

西南交通大学

第十届结构设计（A高层静载组）竞赛

设计理论方案

作品名称 自由塔

参赛编号 ×××××

组长姓名 LCP 班级 08载运1班 学号

队员姓名 LXX 班级 08景观1班 学号

联系电话

西南交通大学第十届结构设计竞赛组委会

参加学校的机构大赛的作品,特此留念。

摘 要

高层建筑的设计究造型美观、承载力大、受力合理、节省材料。作为非土木专业的学生，我们同样认为在大学的阶段就应该积极锻炼自己的动手动脑能力，并培养自己细心分析、大胆创新的品质。因此我们想通过参加结构设计大赛，提前感受一下“工程师”的滋味，并在这个过程中认识到自己的不足之处，培养分工合作、相互学习的精神，同时促进队友以及同学之间的友谊，取人之长，补己之短，共同进步。

还要指出的是在个比赛中，团队成员之间的协作配合极为重要，任何成功的作品背后都是一个团结合作的团队，全凭个人能力是不可能取得成功的。一个作品从设计出图到模型制作完成，需要经过大量的实验，没有很好的合作别说是优秀作品，就是把自己图纸上画的模型拼装完成都困难。因此结构设计大赛是一个考验学生综合能力的比赛。

另外在这次设计制作模型的过程中，我们也要感谢那些给我们设计制作提出宝贵意见的同学，在很多我们不大熟悉而他们又有相关经验的细节上给我们很大指导。在此对帮助我们的老师们同学们一并表示感谢！

关键词

模型，选型，综合载荷，结构分析，有限元

参加学校的机构大赛的作品,特此留念。

目录

设计说明书………………………………………………………………4

方案构思…………………………………………………………………4 结构选型…………………………………………………………………4

方案图……………………………………………………………………5 三视图与轴测图……………………………………………………5 模型尺寸……………………………………………………………5

节点连接图…………………………………………………………6 三维效果图…………………………………………………………7 特色处理与制作工艺………………………………………………8 计算书……………………………………………………………………9

计算模型分析………………………………………………………9 内应力分析…………………………………………………………10 位移分析……………………………………………………………11 材料参数……………………………………………………………11 参考资料……………………………………………………………11

参加学校的机构大赛的作品,特此留念。

一、 设计说明书

1 方案构思

1.1作品名 我们的作品取名“自由塔”，因为是高层建筑，亦塔亦楼。而建筑的主题结构都分布于四周，内部空间大，使用率高，有自由之感；同时结构简洁明了，体现了追求自由的本质。 1.2造型

我们的作品外观上参考原世贸双子塔的造型，其细长，简洁明了的造型相当现代，给人印象深刻

2 结构选型

2.1截面为三角形方案

此结构的构想之初来源于三棱柱的联想，同时也考虑到三角形的稳定性优于四边形。 2.2截面为正方形方案

此结构考虑到了部件切削、粘连的方便和可靠性，同时便于设计和受力分析。

2.3在节约材料和制作方便，可靠之间，我们最终选择了正方形截面的方案。

参加学校的机构大赛的作品,特此留念。

二 方案图

3.三视图与轴测图

参加学校的机构大赛的作品,特此留念。

4.2构件尺寸详细设计

高层建筑：长 200mm, 宽 200mm, 高 978mm,

4.3节点连接图

大部分节点均采用薄木片和立方体小木块进行加固

少部分节点由于平行的杆件存在高度差，采用木片垫平整后予以加固。

参加学校的机构大赛的作品,特此留念。

4.4 模型三维效果图

参加学校的机构大赛的作品,特此留念。

5 特色处理

类似于卡口结构，用以固定细长梁件，避免在梁上制造危险截面。

6 制作工艺

先在纸上制1：1的结构图，然后制造各部件，最后连接固定

参加学校的机构大赛的作品,特此留念。

三 计算书

7计算模型分析

计算采用nSIMULATION XPRESS有限元插件进行计算。

7.1模型简化

由于计算机模拟分析模型的局限性，我们对计算模型进行了下列简化和假定： 认定节点为固结，木材为各相同性材料，除弹性模量，其余采用轻木为参考。 对于节点，认定为天然连接，忽略粘结剂的影响。 7.2荷载模拟

由于缺少材料的许多参数，我们不能准确的分析出模型的受力特性，故只能定性的得出结论。从而比较得出哪根杆件受轴力、剪力最大。进而对结构进行优化。

比如对某些节点采取多重强化措施。

比如这个节点，采用了三重强化措施

参加学校的机构大赛的作品,特此留念。

8 内力分析

加载情况，认为最下部的4个面受到约束，最上面的面受到56N的正压力，100N的切向力。 划分有限元网格，共有节点24367个，有限单元9545个，自由度为72963。 8.1结构加载合作用分析

结合图可知，最大应力为56MPa，出现于约束处，另外节点处的内应力较大。 主要梁件的强度均在10MPa一下甚至更小。可以保证安全加载。

参加学校的机构大赛的作品,特此留念。

9 位移分析

其中最大位移为14.3mm。考虑到节点的强度，以及木材的特性，我们认为上表面整体位移应大于20mm。

10材料参数

由于木材的弹性模量变化较大，我们根据实际所使用的木材，修正其顺纹弹性模量为5000MPa，泊松比依然取0.29。

参考文献

《工程力学》 西南交通大学力学教研组 《高楼钢结构设计》 刘大海 杨翠如