建筑结构模型设计说明书.docx
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建筑结构模型设计说明书
建筑结构模型设计大赛
———建筑工程技术1206班
张田庆陈昱宁泽珍
周朝林刘思琼
1.设计说明书
关于设计一个高层建筑,专门是超高层建筑,咱们很自然地会想到金字塔形的建筑结构,其结构简单,外形美观。
1.1方案构思
一切构思的起点是竞赛的规那么,咱们认真阅读了策划书。
咱们尝试过核心筒的形式,尝试过巨型架,也别离进行尝试加载分析,尽管成功了,但没有创意。
因此咱们决定斗胆的创新,想出了“A”型框架结构。
建筑的外形由下到上先收后维持竖直,动态的构思与优美的曲线打破了传统意义上面的纯直线造型,呈现给人们线人一新烦人感受。
在整体形象给人强烈的视觉冲击和震撼的同时,理性技术的表现也很完美:
大尺度的“A”形梁柱具有极强的艺术感染力和技术神秘感,清楚的表现了力与美的结合。
整体建筑外观通透,纯净,内外空间自由流通融合,制造了人舒适的建筑环境。
1.2结构选型
咱们查找相关资料明白,在所有的细长结构中,金字塔型建筑最为最轻最稳固,本设计从金字塔型建筑动身,充分利用了三角形的稳定性。
考虑到竞赛的时候结构是先受到竖向的荷载和侧向荷载
,其中以侧向荷载为要紧操纵荷载,模型结构选择了框架和柱简支撑组成框架—支撑体系,由框架结构要紧经受竖向荷载,支撑体系来经受侧向荷载,保证结构有足够的侧向刚度,以操纵其侧向位移在规定限制内。
最初咱们选择的是以下图(图1)所示的结构,尽管通过度析,此结构具有专门好的传力体系,和专门好的外观成效,但咱们在模型制作进程中发觉,此结构无法幸免两个柱交叉以后侧面不在一个平面的事实,若是受力过大,结构将受到专门大的扭转;而且结构的节点和杆件太多,如此关于结构自重过大。
综合以上各类因数咱们舍弃了此结构模型,选择了第二个结构(如图1-1)。
图1
1.3结构高层布局
本结构高1.1m,本部设置9层,地下设置一层。
层高从下到上别离为0.1,0.1,0.125,0.125,0.125,0.12,0.12,0.12,0.1。
技术的进展始终以
人为本。
咱们的设计本着人性化的宗旨来考虑和实施。
结构设计中对人的大体生理要求(通风,采光等)给予了足够的考虑,
2.方案图
2.1结构整体布置图(尺寸详见图1-2)
正立面图侧立面图
图1-1结构整体布置图
3.结构计算书
包括结构的强度和刚度计算,完全采纳SAP2000进行概念荷载工况,
通过理论计算来加倍准确的说明咱们的结构合理性,从以下几个方面进行说明
3.1结构计算模型
正立面图侧立面图
图1-2计算模型
3.2杆件编号
为了便于应用SAP2000软件对结构进行分析计算和数据分析,咱们对结构的杆件进行了编号。
各杆件的具体位置如(图1-3)所示。
图1-3
节点编号如(图1-4)所示
图1-4
3.3结构计算假定和各个物理参数
3.3.1计算假定
(1)楼板不参与受力计算,基础挡土墙板仅作为平安储蓄而用不参与计算。
(2)综合考虑蒙皮效应。
(3)梁,柱和支撑的连接点,由于采取了增强方法,因此应该视为刚性连接。
(4)本结构要受侧向荷载的作用,故计算时候梁和柱和支撑均采纳空间截面是圆柱型单元
(5)计算时所有的荷载均等效为作用在节点上面的集中荷载。
(6)因为下部不能移动,可是能够有必然的转角,因此支座能够视
为铰接。
3.3.2杆件截面尺寸
(1)柱采纳圆柱形,截面外半径为12.5mm,内半径是7.5mm
(2)梁采纳圆柱形,截面外半径为10mm,内半径是7mm
(3)支撑采纳圆柱形,截面外半径为10mm,内半径是7mm
3.3.3纸的力学性能
纸是一种常见的材料,咱们在网上查找到纸的相关性质,取得了表格1-1,表格2-2所示,由于纸弹性模量数据离散型性较大,于是咱们取平均值作为弹性模量的标准值。
弹性模量(单位:
Mpa)表1-1
纸的层数
弹性模量
平均值
1
1138
1459
2
1149
3
1593
4
1956
材料的极限应力表1-2
名称类型
层厚(mm)/股数
拉应力(N/
)/N
压应力(N/
)
230克白卡纸
0.3
22.2
7.0
蜡线
2
600
0
3.4各类静荷载工况下结构的强度和刚度计算
3.4.1结构计算简化
假设竖向荷载平均作用在顶部的9个节点上面,平均每一个节
点大小是9N,同时将水平荷载平均作用在结构顶部的侧面两个节点上面。
3.4.2结构强度计算
3.4.2.1杆件内力
用SAP2000软件计算出各类荷载工况作用下结构杆件的轴力,如表1-3和轴力图如下所示。
各类荷载工况下杆件的轴力(N)表1-3
杆件编号
荷载工况
80N竖向荷载+50N水平荷载
80N竖向荷载+70N水平荷载
80N竖向荷载+80N水平荷载
1
0
0
0
2
0.06777
0.09505
0.11
3
-0.01533
-0.02148
-0.02455
4
-1.14
-1.13
-1.12
5
-12.68
-17.75
-20.28
6
-12.97
-18.1
-20.66
7
-98.39
-127.39
-162.68
8
88.34
101.22
146.06
9
13.81
24.18
29.36
10
-37.9
-48.22
-53.38
杆件编号
荷载工况
80N竖向荷载+50N水平荷载
80N竖向荷载+70N水平荷载
80N竖向荷载+80N水平荷载
11
0
0
0
12
0.04418
0.06149
0.07014
13
0.03773
0.0545
0.06289
14
0.78
1.09
1.24
15
1.08
1.43
1.6
16
-2.04
-2.48
-2.71
17
-0.05652
-0.07777
-0.08839
18
0.49
0.68
0.78
19
-0.17
-0.28
-0.33
20
-35.2
-44.42
-49.03
21
0
0
0
22
0
0
0
23
-0.04301
-0.06059
-0.06939
杆件编号
荷载工况
80N竖向荷载+50N水平荷载
80N竖向荷载+70N水平荷载
80N竖向荷载+80N水平荷载
24
-0.0504
-0.06873
-0.0779
25
-0.74
-1.06
-1.22
26
-0.73
-1.14
-1.34
27
0.06321
0.46
0.66
28
0.04449
0.06304
0.07231
29
-0.43
-0.61
-0.69
30
0.4
0.61
0.71
31
11.04
20.24
24.85
32
-99.25
-128.02
-159.31
33
89.04
102.03
147.39
34
0
0
0
35
-0.11
-0.16
-0.18
36
0.04515
0.06344
0.07258
37
-1.28
-1.33
-1.35
38
-13.24
-18.54
-21.19
39
-12.92
-18.03
-20.58
40
0
0
0
41
0
0
0
42
-0.87
-0.95
-0.99
43
-1.73
-1.72
-1.71
44
-0.33
-0.18
-0.11
图1-4图1-5图1-6
(1)工况1:
80竖向荷载+50N水平荷载
从表1-3和图1-4能够看出最大拉力是8号和33号杆件,其拉力大小别离是88.34N和89.04N。
而最大轴力是7号和32号杆件,其大小别离是98.39N和99.25N。
均小于纸和线的极限应力,故是平安的。
(2)工况2:
80竖向荷载+70N水平荷载
从表1-3和图1-5能够看出最大拉力是8号和33号杆件,其拉力大小别离是101.22N和102.03N。
而最大轴力是7号和32号杆件,其大小别离是127.39N和128.02N。
均小于纸和线的极限应力,故是平安的。
(3)工况3:
80竖向荷载+80N水平荷载
从表1-3和图1-6能够看出最大拉力是8号和33号杆件,其拉力大小别离是146.06N和147.39N。
而最大轴力是7号和32号杆件,其大小别离是162.68N和159.31N。
均小于纸和线的极限应力,故是平安的。
由表1-3和所有的轴力图易分析得出,模型的横梁和支撑受力都很小,柱受力较大,因最大处在柱的下部,因此要增强柱子下部。
3.4.3结构刚度计算
咱们分析取得模型在水平方向位移是要紧的操纵位移,图1-7,图1-8,图1-9和表1-4。
各类荷载工况下节点的位移(mm)表1-4
节点号数
荷载工况
80N竖向荷载+50N水平荷载
80N竖向荷载+70N水平荷载
80N竖向荷载+80N水平荷载
2
3.05
4.28
4.9
3
6.39
10.8
13.07
4
19.33
23.08
27.96
5
27.42
38.44
43.95
6
25.64
29.98
33.25
图1-7图1-8图1-9
由以上分析位移咱们明白最大的侧向位移是43.95mm,完全可能倾倒,可是在弹性模量和节点处置和粘接的进程中,包括在杆件中加入蜡线进程中,咱们进行了预制。
因此位移有必然的平安范围,故在超出较小的范围里能够稳住,结构仍是平安的,
3.5冲击荷载下结构的强度
3.5.1等效的计算
由于SAP2000软件的局限性,不能够指定冲击荷载工况,因此咱们必需将冲击荷载转化为静荷载。
咱们在图书馆查找相关结构动力学书籍以后,明白冲击荷载的放大系数范围在1.7—2.0,为保守起见,因此咱们取得放大系数是
,如当冲击荷载是40N的时候确实是等效于80N的侧向静荷载。
即:
因此,40N的冲击荷载等效于是80N的侧向静荷载,于是杆件的轴力大小和位移数据与前面(80N竖向荷载+80N水平荷载)一样,因此咱们明白40N的冲击荷载结构是平安的。
4.结构补充说明
(1)在圆型柱,梁,支撑中都通入两股蜡线,并连接为一个整体。
制成预应力杆件结构,不仅具有预应力的作用,还能提高结构整体性,和抗击拉力的作用。
(2)在基础的侧面咱们增加两个挡板。
因为在基础上面将掩埋200mm厚的铁砂。
为了提高结构的稳固性和抗倾斜力,必需充分利用铁砂的自重,和增大结构与铁砂的摩擦力,因此咱们采纳了两个挡板加在基础侧面。
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