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1附件一：宁波大学第十五届大学生结构设计竞赛封面塔式停车楼结构设计与模型制作理论方案作品名称东方塔参赛学院建工学院学生姓名、、指导教师联系电话宁波大学大学生结构设计竞赛组委会二〇一六年五月2设计概述一．方案设计摘要本设计是宁波大学第十五届结构设计竞赛暨浙江省第十五届大学生结构设计竞赛预赛模型设计。基于赛题要求，模型为塔式停车楼，模拟汽车进入停车楼后，由提升设备通过楼内的提升井垂直提升至指定的停车位置（实际比赛时为手动放置砝码）。模型设计时需要设计车辆从底层进入停车楼、垂直提升井及各层水平转运所需的通道空间二．设计说明1.问题背景（1）竞赛题目塔式停车楼模型设计及制作模型制作要求（2）模型制作要求塔式停车楼每层必须能承受一定的静荷载，并在相应的动荷载作用下不致失效。模型最大水平投影面350mm*350mm，模型总高为1200±3mm，共分6层，每层高度为200mm，底层与屋顶均不施加荷载。塔式停车楼在底层应至少提供4个净空150mm*150mm（宽*高）车辆进入塔楼的通道空间，垂直提升井要求从底部贯通到顶层，在塔楼内的位置不限，其水平投影面积不小于80mm*80mm，每层至少要在垂直提升井周围留有4个净空70mm*100mm（宽*高）通道，模拟提升到指定楼层后车辆的水平转运空间。模型外形及结构形式不限，固定在指定材质的底板上，底板为400mm*400mm集成竹板，厚度12mm，重量1500g（误差±20g），3模型固定在底板中间不超过350mm*350mm的范围内。（3）模型制作材料及工具集成竹杆材：规格2*2mm，3*3mm，1*6mm，3*6mm，每根长900mm，各25根。集成竹片材：规格0.3*1200mm*420mm，3片。集成竹的力学性能参考指标为：密度0.789g/cm3，顺纹抗拉强度150MPa，抗压强度65MPa，弹性模量10GPa。胶结材料：502胶（8g装），10瓶。制作工具：自备（限尺子、简单刀具、砂纸、剪刀、手套、橡皮、笔、纸等），小型电动工具自备电源。（4）加载要求模型加载分为静载、动载试验两部分，其中动载试验在模型自身结构动力性能测试的基础上进行。全部加载试验均在加载台上完成，加载台为单向水平振动台，振动激励源电磁激励器最大出力98N，所有模型激励力固定为73.5N，振动信号源为数字合成信号发生器，波形为正弦波。参赛队员将模型按专家组指定的加载方向固定在加载台上。第一阶段：首先施加静荷载：第一级加载为指定荷载20kg，要求参赛队员自行将钢制砝码（每个重量1.0kg，直径100mm）放置在停车楼的2-6层，每层4个（4.0kg）。第二阶段：若塔楼模型在静载作用下不致失效，则在模型顶端固定加速度计（加速度计和固定附件比赛时由主办方提供，其重量相对荷载很小），进行动力性能测试（模型加载方向的第一阶频率），测试方法见附件。在得到模型结构第一阶频率后，对模型进行扫频激励，扫频范围为模型实测第一阶频率上下扩展2Hz，扫频时间25秒，扫频方式为线性往返扫频（往返扫描模式实际加载时间是50秒）。第三阶段：成功通过第一级动力加载后，可进入4第二级自主选择加载试验，加载过程同第一级。组委会最多提供8个单重1.0kg的砝码供参赛队员自行选择，只限在停车楼的第5、6层两层增加荷载，其权重系数分别为0.7、1.3，增加荷载前不能改动原加载砝码布置方式，也不能在原砝码上叠加。比赛加载前，由参赛队员介绍作品构思，时间控制在1分钟内，然后回答专家提问。答辩和加载阶段的总时间不超过5分钟。在任一级加载试验中，当模型出现以下任一情况时，即视为加载失败，退出比赛：①加载砝码坠落；②有构件脱落；③模型整体坍塌；④其它由专家认定的结构失效。加载装置示意图56模型总示意图加载平面图72.设计构思基于赛题要求，我组进行塔式停车楼结构设计并制作模型。塔式停车楼结构加载分为静载、动载试验两部分。静荷载实验需要模型每层需承受4*1KG荷载，2至6层五层须承受共计20KG的砝码重量。楼内设有一个竖直提升井，考虑到结构及力学对称性，我组将提升井设于楼板正中间。在外部边框设置8根柱，提升井处设置4根柱，并设置圈梁提升结构整体性，同时在每层的竹板下辅以4根梁以承受荷载。为方便模型制作，底部开口开在一侧，另一侧柱间辅以“X”形结构，在2~6层柱间设置“v”形结构提升整体性能。动荷载实验是将模型固定在加载台上由电磁激振器对模型进行扫频激励，以检测模型抗震性能。为使抗震能力达到要求，必须加强模型结点强度，我们决定用木粉混合胶水粘结外加棉线固定的方法使结点强度达到要求。3.结构选型本次设计中我组选用框架式塔状结构，由于结构大致外形、高度、投影面大小、制作材料等因素皆有明确规定，在此不一一阐述。具体以制作后完成模型为主。8结构方案设计结构形式：整个结构设计依照参赛手册的要求，大致设计成直立型长方形结构，模型总高1200mm（不算入底板），分为六层，每层200mm，垂直提升井设于楼板平面图中间。具体请见后面三视图。制作方法：（1）外柱（八根）利用2根3mm*6mm或4根3mm*3mm木条，粘结成6mm*6mm的一根柱；（2）内柱（四根）利用2根3mm*6mm木条，或4根3mm*3mm粘结成6mm*6mm的一根柱；（3）主梁（4*6共24根）每根梁利用2根1mm*6mm木条制作成T字形支架一个支架设为一根梁；（4）楼板（6层包括顶楼板）每层楼板材料为350mm*350mm竹板内部镂空而成，镂空尺寸为80mm*80mm；（5）圈梁：在柱外侧用1mm*6mm竹条围成一圈，加以粘结，相同水平高度内侧同样1mm*6mm竹条联结相邻各柱，同时内外两竹条形成T形联结。9（6）节点加固：1.将要相连的木条用砂纸磨至契合，用胶水固定，若不牢固，则倒入木粉做进一步的固定。2.由于要求框架长1200mm，单根木条长度不够，所以将连接处设在框架中央，用胶水固定，并且用四根1mm*6mm的短木条来加固。3.棉线连接时，紧缠绕节点，缠绕完后，胶水粘结保证强度。结构设计与制造模型具体参数；长350mm；宽350mm；高1200mm；中央提升井尺寸：长80mm，宽80mm；底层通道空间（四个）150mm*150mm；2~6层提升井周围通道空间：70mm*100mm；梁高7mm；模型制作材料及工具：①集成竹：规格为3mm×3mm、3mm×6mm、1mm×6mm，长度900mm（每种规格各30根）。集成竹力学性能指标（参考值）：密度0.789g/cm3，顺纹抗拉强度150MPa，抗压强度65MPa，弹性模量10GPa。②胶水：502胶水（8g）6瓶③制作工具：尺子、刀具、三角板、砂布、剪刀、手套、橡皮、笔、纸。10结构特色（1）节点的处理方法采用竹粉和胶水的混合粘结，并辅以棉线缠绕，有效增强了结点强度，可以较大程度提升抗震性能。（2）T形梁的设计既提高了梁的抗弯能力，又能有效节省材料，减轻自重。（3）圈梁与柱间“v”形与“x”形设计可使得结构整体性增强，减少局部破坏的发生，并提高抗震性能。模型制作设计三视图11注：各颜色线条及其所表示构件绿色：柱蓝色：梁白色：楼板洋红色：圈梁黄色：辅助构件