1、 附件：2014全國大學(xué)生結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競賽賽題三重檐攢尖頂仿古樓閣模型制作與測(cè)試1、選題背景中國木結(jié)構(gòu)古建筑在世界建筑之林中獨(dú)樹一幟、風(fēng)格鮮明，具有極高的歷史、文化及藝術(shù)價(jià)值。其中樓閣式古建筑以其優(yōu)美的造型和精巧的設(shè)計(jì)聞名于世，已成為中國古建筑的典型象征。據(jù)歷代營造史料記載，樓與閣原有明顯區(qū)別，但后來因其均為復(fù)層建筑，故通稱樓閣，其中比較著名的有武漢 HYPERLINK /view/1981.htm t _blank 黃鶴樓、岳陽 HYPERLINK /view/6358.htm t _blank 岳陽樓、南昌 HYPERLINK /view/21276.htm t _blank 滕王閣、煙臺(tái) H

2、YPERLINK /subview/21617/9566559.htm t _blank 蓬萊閣以及西安鐘樓等。我國古代樓閣構(gòu)架形式多樣，屋蓋造型豐富。在廣泛調(diào)研及征求意見的基礎(chǔ)上，本次競賽的模型形式確定為三重檐攢尖頂仿古樓閣。該類古建的一個(gè)現(xiàn)存實(shí)例為明代所建的西安鐘樓，如圖1所示。基于當(dāng)前全球已進(jìn)入巨震期這一工程背景，本次競賽引入模擬地震作用作為模型的測(cè)試條件，這對(duì)于眾多現(xiàn)存同類古建的抗震修繕與補(bǔ)強(qiáng)具有現(xiàn)實(shí)的科學(xué)價(jià)值和工程意義。 圖1 西安鐘樓2、競賽模型競賽模型采用竹質(zhì)材料制作，包括一、二、三層構(gòu)架及一、二層屋檐，其構(gòu)造示例如圖2（a）所示。模型柱腳用熱熔膠固定于底板之上，底板用螺栓固定于

3、振動(dòng)臺(tái)上。模型制作材料、小振動(dòng)臺(tái)系統(tǒng)和模型配重由承辦方提供，底板用螺栓固定于振動(dòng)臺(tái)上,其加載安裝形式見圖2（b）。模型配重底板振動(dòng)臺(tái) （a）模型構(gòu)造示例 （b）加載安裝形式圖2 競賽模型及其加載安裝 3、模型要求 3.1 模型構(gòu)造3.1.1 總體規(guī)定（1）賽題中所涉及各種尺寸，如無特殊說明，允許誤差均為3mm。 （2）一至三層樓面標(biāo)高（由底板上表面量至各樓層梁的上表面最高處）分別為0.24m、0.42m、0.60m。 （3）沿結(jié)構(gòu)的外輪廓不能設(shè)置任何蒙皮。 3.1.2豎向構(gòu)件布置要求： （1）結(jié)構(gòu)豎向構(gòu)件必須是鉛直柱，不允許使用斜向支撐與拉條。 （2）各層的轉(zhuǎn)角處必須設(shè)置柱，柱位如圖3（a）所

4、示。且各層柱在底板上的投影必須分別位于圖3（b）、（c）、（d）所示的陰影范圍內(nèi)。 （3）門窗洞口范圍如圖4所示。門窗洞口沿其所在平面法線方向在結(jié)構(gòu)內(nèi)部的任意投影范圍內(nèi)不能設(shè)置構(gòu)件，如圖5所示。 （a）各層角柱位置 （b）第一層柱投影范圍 （c）第二層柱投影范圍 （d）第三層柱投影范圍圖3 柱布置范圍 立面圖 1-1 2-2 3-3圖4 門窗洞口示意圖（圖中陰影部分為門窗洞口） 圖5 模型內(nèi)部凈空要求（圖中陰影部分不得設(shè)置構(gòu)件）3.1.3水平構(gòu)件布置要求 （1）第三層柱頂沿外輪廓線應(yīng)有橫梁連接，且應(yīng)符合本賽題3.2部分對(duì)屋蓋配重安裝的要求。 （2）屋檐布置要求一、二層屋檐分別如圖6所示；屋檐屋

5、脊曲線段詳圖如圖7所示；一、二層屋檐屋脊曲線段的上邊緣均為半徑135mm，弧長160mm的圓弧。一、二層屋檐屋脊曲線段分別安裝在二、三層轉(zhuǎn)角柱處。一層屋檐屋脊曲線段上邊緣起點(diǎn)和終點(diǎn)的標(biāo)高均為270mm。二層屋檐屋脊曲線段上邊緣起點(diǎn)和終點(diǎn)的標(biāo)高均為450mm。屋檐的立面標(biāo)高如圖8所示。 （a）一層屋檐俯視 （b）二層屋檐俯視（c）一層屋檐正立面 （d）二層屋檐正立面 （e）一層屋檐45側(cè)立面 （f）二層屋檐45側(cè)立面圖6 模型屋檐 圖7 屋檐屋脊曲線段詳圖 圖8 屋檐立面標(biāo)高3.2配重及安裝要求模型所加配重為銅條與銅球，銅條截面寬*高的尺寸均為13mm*10mm，并以寬度為13mm的面與結(jié)構(gòu)相粘

6、結(jié)；銅球直徑為25mm。第一、二層屋檐配重質(zhì)量分別為2.4kg和1.8kg，第三層屋蓋配重總質(zhì)量為4.0kg。3.2.1配重尺寸一、二層屋檐一、二層屋檐質(zhì)量塊包括屋檐屋脊曲線段和屋檐檐口直線段兩部分。安裝在屋檐屋脊曲線段上的配重為下邊緣半徑135mm，弧長180mm的銅條，下邊緣外挑端部在鉛直方向固結(jié)三個(gè)串聯(lián)在一起的銅球，安裝在一、二層屋檐檐口直線段的配重銅條分別長180mm和120mm。屋蓋屋蓋配重由屋頂和屋檐兩部分組成，屋蓋配重如圖9所示。（a）屋頂為高90mm，底面邊長120mm*120mm的正四棱錐。（b）屋檐屋脊曲線段為下邊緣半徑135mm，弧長130mm的銅條，屋檐檐口直線段為13

7、4mm的銅條。3.2.2 安裝要求一、二層屋檐和屋蓋的安裝位置如圖10所示。配重及模型用熱熔膠連接，要求相應(yīng)部位尺寸應(yīng)貼合，最大脫空間隙不得超過3mm。攢尖頂屋蓋設(shè)有與第三層頂部連系橫梁相粘結(jié)的銅條支座（如圖11所示），用以將攢尖頂屋蓋固定于第三層的柱頂橫梁之上。 （a）屋蓋平面 （b）屋蓋立面 （c）屋蓋45側(cè)立面 （d）屋蓋屋脊曲線段詳圖圖9 屋蓋配重圖 （a）一層屋檐配重平面位置 （b）二層屋檐配重平面位置（c）配重安裝的立面位置圖10 配重安裝圖圖11 攢尖頂屋蓋安裝支平面圖4、加載設(shè)備介紹結(jié)構(gòu)模型采用第二代改進(jìn)型WS-Z30小型精密振動(dòng)臺(tái)系統(tǒng)進(jìn)行模擬水平地震作用的加載，考察模型承載力

8、。振動(dòng)臺(tái)系統(tǒng)的主要組成部分及相關(guān)參數(shù)信息如下：水平振動(dòng)臺(tái)：型號(hào)WS-Z30-50（如圖12）指標(biāo)：水平臺(tái)尺寸：50638022mm，荷載：30kg，重量：11.5kg，材料：鋁合金LY12。功能：承載實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ汀＜ふ衿鳎盒吞?hào)：JZ-50（如圖13）指標(biāo)：工作頻率：0.53000Hz，最大位移：8mm，激振力：500N，重量：28kg功能：使水平臺(tái)振動(dòng)。功率放大器：型號(hào)：GF-500W指標(biāo)：失真度：1%，噪聲： 10mV，輸出阻抗：0.5，工作頻率：DC10000Hz，輸出電流：25A，輸出電壓：25V，功率：500VA，供電電壓：220VAC，尺寸：44x48x18cm，重量：18g功能：為激振

9、器提供輸出功率。圖12 水平振動(dòng)臺(tái)和激振器圖13 功率放大器5、加載方法與失效評(píng)判5.1 輸入地震波加載所用的波形文件，由組委會(huì)后續(xù)以附件形式補(bǔ)充提供。5.2 模型失效評(píng)判準(zhǔn)則 模型在進(jìn)行加載時(shí)，出現(xiàn)下列任一情形則判定為模型失效，不能繼續(xù)加載。同時(shí)將上一次加載級(jí)別視為該模型實(shí)際所通過的最高加載級(jí)別，并作為模型效率比計(jì)算的依據(jù)（參見本賽題第8部分：評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)）。(1)模型中的任一構(gòu)件出現(xiàn)明顯斷裂或節(jié)點(diǎn)脫開。(2)配重脫落（包括配重條一端沿長度1/3部分脫離其支撐構(gòu)件而另一端懸掛于結(jié)構(gòu)上情況）。(3)第三級(jí)加載完畢：較加配重前，第一層屋檐的屋脊曲線段末端和檐口直線段中點(diǎn)沿鉛直方向下?lián)隙瘸^10mm。

10、第一層屋檐變形測(cè)量點(diǎn)的具體位置如圖14所示圖14 第一層屋檐變形測(cè)量點(diǎn)位置圖6、模型材料競賽期間，承辦方為各隊(duì)提供如下材料及工具用于模型制作，不得擅自使用其它材料。竹材：用于制作結(jié)構(gòu)構(gòu)件。竹材規(guī)格及數(shù)量見表1。表1 竹材規(guī)格及數(shù)量竹材規(guī)格竹材名稱數(shù)量1250*430*0.50mm本色側(cè)壓雙層復(fù)壓竹皮2張1250*430*0.35mm本色側(cè)壓雙層復(fù)壓竹皮2張1250*430*0.20mm本色側(cè)壓單層復(fù)壓竹皮2張注：竹材力學(xué)性能參考值：彈性模量1.0104MPa，抗拉強(qiáng)度60MPa。502膠水，8瓶（規(guī)格25克），用于模型結(jié)構(gòu)構(gòu)件之間的連接。熱熔膠：用于配重與模型的固定及模型與底板的連接。模型安裝

11、底板：底板材料為竹制，厚度20mm，長、寬分別為400mm和400mm。底板上除預(yù)設(shè)孔洞外不得另行鉆孔。底板孔洞標(biāo)注圖參見圖3（a）。制作工具：美工刀（3把），1米鋼尺（1把），三角板（2塊），圓規(guī)（1把），砂紙（10張），銼刀（1把）、剪刀（1把）、手套（3付）、簽字筆（1支）、鉛筆（1支）、橡皮（1塊）。另外，公用砂輪機(jī)等由承辦方提供。7、模型現(xiàn)場安裝、加載及測(cè)試步驟7.1賽前準(zhǔn)備（1）對(duì)底板及配重進(jìn)行稱重，得到質(zhì)量M1（單位：克）；（2）核查模型尺寸是否滿足制作要求；（3）提交模型前，用熱熔膠將模型與底板粘結(jié)牢固；（4）加載測(cè)試前，用熱熔膠將配重與模型粘結(jié)牢固，時(shí)間不超過10分鐘，該步驟

12、按抽簽比賽順序提前2隊(duì)開始；（5）稱量包含配重與底板的模型質(zhì)量M2（單位：克）；（6）以上過程由各隊(duì)自行完成，賽會(huì)人員負(fù)責(zé)監(jiān)督、標(biāo)定測(cè)量儀器和記錄。如在此過程中出現(xiàn)模型損壞，則視為喪失比賽資格。 7.2加載及測(cè)試步驟（1）得到入場指令后，迅速將模型及底板運(yùn)進(jìn)場內(nèi)，安裝在振動(dòng)臺(tái)上，緊固螺栓，準(zhǔn)備進(jìn)行加載。賽場內(nèi)安裝時(shí)間不得超過3分鐘。（2）參賽隊(duì)代表進(jìn)行2分鐘陳述，之后評(píng)委提問，參賽隊(duì)員回答問題。（3）依次進(jìn)行三級(jí)加載，每次加載完成后依據(jù)5.2的失效評(píng)判準(zhǔn)則評(píng)價(jià)模型是否失效。八、評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)8.1總分構(gòu)成結(jié)構(gòu)評(píng)分按總分100分計(jì)算，其中包括：(1) 計(jì)算書及設(shè)計(jì)圖 10% （共10分）(2) 結(jié)構(gòu)選型與制作質(zhì)量 10% （共10分） (3) 現(xiàn)場表現(xiàn) 5% （共 5 分） (4) 加載表現(xiàn)評(píng)分75% （共75分） 8.2評(píng)分細(xì)則A. 計(jì)算書及設(shè)計(jì)圖(1) 計(jì)算內(nèi)容的完整性 (共6分) (2) 圖文表達(dá)的清晰性、規(guī)范性 (共4分)注：計(jì)算書要求包含：結(jié)構(gòu)選型、結(jié)構(gòu)建模及主要計(jì)算參數(shù)、受荷分析、節(jié)點(diǎn)構(gòu)造、模型加工圖（含材料表）。B. 結(jié)構(gòu)選型與制作質(zhì)量 (1) 結(jié)構(gòu)合理性與創(chuàng)新性 (共6分)(2) 模型制作美觀性 (共4分)C. 現(xiàn)場表現(xiàn)(1) 現(xiàn)場陳述 (共3分)(2) 現(xiàn)場答辯 (共2分)D. 加載表現(xiàn)評(píng)分第i參賽組模型在加載環(huán)節(jié)的表現(xiàn)將