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振动激励下高架水塔 结构设计与模型制作,陈冬瑞 浙江长征职业技术学院 建筑工程系,1. 竞赛题目背景 2. 结构体系与计分规则 3. 结构选型与计算 4. 应注意的问题 5. 结构模型制作,1. 竞赛题目背景,1.1 工程背景,自立式水塔,钢筋砼水塔 钢结构水塔 砖石直筒-砼水箱 ……,,1.1 工程背景(续),水塔抗震：1) 可按单质点算地震力; 2) 砖支水塔不宜建8度区; 3) 支筒变截面、孔洞削弱、连接处宜加强; 4) 注意基础埋深、地基失效等1.2 荷载类型,荷载,恒载——自重、水箱重量 竖向活载——顶面积灰、检修活载等 水平活载——风荷载 地震作用,,检修梯,,1.3 破坏形式,破坏形式,整体倾覆 支筒破坏 整体垮塌 ……,,中筒破坏 整体垮塌,整体倾覆,破坏形式,支架失稳 支筒垮塌 支筒开裂 ……,,2. 结构体系与计分规则,2.1 结构组成,,2.2 支架结构,结构体系示例,环/矩形框架体系 梁柱-支撑体系 直/锥筒体系 ……,2.2 支架结构(续),结构体系示例,桁架/格构梁柱体系 肋-筒体系 组合体系 ……,2.3 试验加载与计分,试验激励：往复位移,计分参数：,与位移平方成正比，与质量成反比,,3. 结构选型与计算,支架结构,,环/矩形框架体系 梁柱-支撑体系 桁架/格构体系 肋-筒体系 组合体系 ……,3.1 结构选型,3.2 模型分析,2. 计算与校验 1) 整体抗倾覆分析； 2) 构件稳定分析； 3) 构件强度分析； 4) 节点分析（制作时构造完善）。

……,1. 计算模型 1) 静力计算：精细杆件模型 2) 动力计算：多自由度模型,4. 应注意的问题,4.1 模型的可能破坏形式 1. 整体倾覆 2. 杆件失稳整体破坏 3. 节点损坏局部或整体破坏 4. 承载力不足； 5. 共振破坏4. 应注意的问题(续1),,4.2 应注意的问题 1. 结构体系选择； 2. 柱间有效宽度的利用； 3. 动位移、动内力验算； 4. 整体倾覆验算； 5. 杆件失稳校核； 6. 节点构造的处理4. 应注意的问题(续2),4.3 几点建议,70-80%取决作品实力；20-30%不确定性 ——多探索、多实践 ； 成功几率与失败次数成正比5、结构模型制作篇,常见的结构体系 柱子、梁和斜撑(格构式体系) 节点制作技巧 制作提高篇,常见的结构体系,下大上小体系 直上直下体系 一柱擎天体系,下大上小体系,适用范围： 水平荷载作用 竖向荷载作用(竖向力不能过大),下大上小体系,适用范围： 水平荷载作用 竖向荷载作用(竖向力不能过大),下大上小体系,也可以做成三根柱子，但是工艺要求较高，成功的较少,直上直下体系,适用范围： 竖向荷载作用(能够承受很大竖向力) 水平荷载作用(有相当强承受能力),直上直下体系,也可以做成三根柱子，但是工艺要求较高，成功的较少,一柱擎天体系,适用范围： 竖向荷载作用较小时 主要承受水平荷载作用(效果极佳) 防止扭转措施： 上下做支撑 四周拉斜撑,柱子、梁和斜撑,强柱弱梁 ★ ★ ★ ★ ★ 竖向斜撑增加体系的侧向刚度 水平向斜撑增加体系的抗扭刚度,,,,,,柱子、梁和斜撑,斜撑分类 单排斜撑 十字交叉斜撑,,,,,,,,柱子、梁和斜撑,技巧： 下部主杆要比上部主杆强度大 优选质量小细而密的斜撑，不选质量大粗而疏的斜撑 斜撑的竖向间距，目前还没定论，要视体系而定 三者的节点尽量相交在同一位置，方便力的传递,柱子、梁和斜撑,,斜撑竖向间距,例：本体系斜撑优化方案 采用3排斜撑，其中斜撑采用质量更轻的杆件，效果要大大好于2排质量重的斜撑,柱子、梁和斜撑,常见柱子形式： 空心柱：四个薄片粘结而成(效果最好，但重量很重，另外空心柱中要隔一定距离，加垫片，增加柱子刚度),,空心柱,柱子、梁和斜撑,常见柱子形式： 角钢柱：两个厚片粘结成的角钢(对于竹制材料整理效果优于空心柱；木质材料差于空心柱),角钢柱,柱子、梁和斜撑,常见柱子形式： 十字柱：两片薄片垂直粘结而成(竖向力很小，水平力也不是很大时，效果很好),十字柱,柱子、梁和斜撑,常见柱子形式： 三角形空心柱：三个薄片粘结而成，由于粘结时难以把控，容易折断，通常效果较差,,三角形空心柱,节点制作技巧,梁、柱和斜撑节点尽量做成刚节点★ ★ ★ ★ ★ 即三者节点粘结非常牢固 方法太多，仅仅列出3种示意一下,,外部贴片增加粘结强度,,此处下部也可以加垫片,,节点制作技巧,,梁、柱平面投影图示意图,,,,,,,保证梁柱紧密粘结的水平围箍支撑,制作提高篇,你是否发现，水平荷载作用下，结构体系中某个位置加载后坏了，加固这个位置后，上部杆件又坏了，该怎么办？ 这是典型的力的转移现象，由于材料的不均匀，力又在上部的薄弱点发生破坏，说明这个体系不太合理。

制作提高篇,你是否发现，水平荷载作用下，结构体系中柱子底部坏了，该怎么办？ 这说明上部结构刚度大，下部结构刚度不够，增加下部结构刚度，也会造成应力向上部转移现象，因此到底增加下部柱子多大的刚度，还需要试验来验证制作提高篇,制作模型所用的材料需要打磨吗？ 在受力体系确定的前提下，制作模型的材料最好用砂纸一起进行打磨，可以使整个结构减轻很多重量，尤其斜撑更应该打磨制作提高篇,502胶水到底打多少合适？ 502胶水属于速凝和腐蚀表面型胶水，因此适量即可，切不可打太多，否则强度反而降低制作提高篇,杆件粘结，打502胶水前需要打磨吗？ 需要打磨，来增加接触面的粗糙度制作提高篇,结构和底板怎么连接？ 对于木质结构，将材料打磨 成木粉和502以及构件粘结在 一起，能够形成新的木质结构， 效果很好制作提高篇,怎样才能取得好的成绩？ 最好能够多看看其他学校比赛的模型，找到适合自己的体系，了解到底模型能够做到多轻 最好一个指导老师带几组学生，在固定的地点研究体系,通往成功之路,勤奋地研究模型 持之以恒地研究模型 借鉴他人模型的成功之处 提高制作手艺，同样的模型体系，手艺差的，做出来的完全不行 如果这些你都做到了， 院赛一等奖搞定了。