体育场悬挑屋盖结构设计方案

作品名称： 体育场悬挑屋盖结构

参赛学校： 武汉理工大学

参赛队员： 曾毓波   陈挚   奴日合马提

专业名称： 土木工程 、 土木工程 、土木工程

指导教师：    

武汉理工大学

2010 年09 月

【摘 要】依据“第四届全国大学生结构设计竞赛”竞赛要求，考虑组委会提供的各种规格木材及胶水的力学特性，以结构重量最轻，两种不同等级风压下结构稳定性及材料的刚度强度等设计目标，设计制作了符合竞赛要求的结构模型——体育场悬挑屋盖结构。通过方案优选、结构设计、理论分析、模型设计及试验分析等一系列过程，对结构模型进行验证，方案可行。

【关键词】 下部看台  过渡钢板  挑篷结构  荷载施加  位移测量

鼓风机

目 录

1．设计说明............................................................................................1

2. 总平面图.............................................................................................1

3. 支柱构件图.........................................................................................3

4. 梁板件图.............................................................................................5

5. 主要构件连接图.................................................................................7

6. 理论分析.............................................................................................8

6.1 模型简化 ...................................................................................8

6.2 结构承载力计算 .......................................................................11

6.3 结构变形计算 ...........................................................................12

7. 试验分析.............................................................................................16

7.1 试验方案 ...................................................................................16

7.2 试验数据 ...................................................................................17

8. 结论.....................................................................................................17

附录 1 杆件内力....................................................................................18

附录 2 杆件验算....................................................................................20

参考文献..................................................................................................20

结构立面示意图：

设计说明

依据“第四届全国大学生结构设计竞赛”竞赛要求，考虑组委会提供的各种规格木材及胶水的力学特性，以结构重量最轻，在距悬挑屋盖前缘50mm处缓慢施加一重物加载条，测量屋盖前端在重物荷载作用下的竖向位移最小且在悬挑屋盖前1m处设置一鼓风机，进行两档风速加载，第一档为9m/s，第二档为12m/s。测量并记录9m/s风速下屋盖前端的位移时程最小为结构设计目标，设计制作了符合竞赛要求的结构模型——风乎舞欤。模型由风叶、塔架和发电机组成。塔身选用稳定性好的空间三角形桁架；叶片形状采用流线型飞鱼式，巧妙调整攻角和受风面积，最大效率利用风能发电。

建筑材料

•木材：桐木，长度1250mm，截面规格有2mm×2mm、2mm×4mm、2mm×6mm，4mm×6mm；1mm×55mm；

木材力学性能参考值：顺纹弹性模量1.0×104MPa，顺纹抗拉强度30MPa。

•120g/m2布纹纸、M4螺栓（无垫片）

•胶水：502胶水

在实际制作中我们将桐木木条经过502胶水粘连后形成截面较大的梁或柱加强梁或柱的强度，刚度与稳定性。根据组委会提供的参考资料可知：顺纹弹性模量1.0×104MPa，顺纹抗拉强度30MPa但是由于使用的木条截面尺寸较小木材的顺纹与横纹难以确定且木材中顺纹和横纹的强度相差太大所以就强度，刚度与稳定比较难计算。因此我们决定根据具体情况减小理论数值。

建筑工程

我们利用组合木材的抗拉、抗压和抗弯性能，及薄板的抗弯强度高而无刚度特点，用纸张，强力胶等构件搭制一座宽600mm，悬挑800mm，高500mm左右的类似于空间桁架结构的体育场雨棚。通过最合理的结构设计，构件尺寸设计和最优的构件组装方法，以达到在用料最省的条件下尽可能地通过更大的荷载，使荷质比达值最大，充分发挥材料的力学性能。