结构设计竞赛经验谈资料

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1、* 结构设计与 模型制作中的发散思维 * 背景与现状与现状 起源 清华清华 大学学 发发展情况况 华东华东 地区区，华华南地区区，北京市，浙江省，湖南省 材料 白卡纸纸、木材、铝铝 结构结构 形式 高层层建筑模型，简简支桥桥梁模型，大跨屋架模型等 * 思维维的发发散与创与创 新 利用材料特性的发发散思维维 白卡纸纸，装饰饰外墙墙用的硫酸纸纸以及蜡绳绳。常规规 的想法是：以白卡纸纸作主要受力构构建，硫酸纸纸装 饰饰外墙墙，而蜡绳绳一般不予考虑虑。现现在，我们换们换 一 种种思维维考虑虑： （1） 分析蜡线线的性质质 受拉强，不能受压压。强度超高、而弹弹模很小。 利用这这一特性，可以作出一个个全张

2、张力结构结构 。利用 柱子受压压，绳绳子受拉。 困难难在于其施工。绳绳子节节点出的固定问题问题 ，以 及类类似砼砼的应应力松弛问题问题 都难难以解决决。 * 思维维的发发散与创与创 新 清华清华 大学学比赛赛作品 * 思维维的发发散与创与创 新 利用材料特性的发发散思维维 （2） 硫酸纸纸是否只能用来来做装饰饰而 不能作为为主要构构件参与结构参与结构 受力 ？ 充分利用透明纸张纸张 力好的特点，采 用蒙皮结构结构 作为为主要承载结构载结构 ， 在承受侧侧向荷载载的时时候，整个个外 墙墙面传递传递 荷载载，传传力途径径多样样， 辅辅以腊线线控制结结点位移。 基础础采用倒置正交异异性板结构结构 ，

3、 增设两对设两对 斜撑增大基础础整体刚刚度 ，此法同时时增大了上部结构与结构与 板 的锚锚固面积积。 楼楼板采用干乳胶胶薄膜以减轻减轻 自重 。 东东南大学学作品“白月光” * 思维维的发发散与创与创 新 利用材料特性的发发散思维维 另外一个个也利用了硫酸纸纸受力 的结构结构 是南京工业业大学学作品“ 升”，N道硫酸纸长条纸长条 斜着隔 几层层螺旋设设置，受侧侧向力作用 的时时候，长条长条 受拉。 虽虽然在贺载试验贺载试验 中失败败，但 是其思想依然可以借鉴鉴。 * 思维维的发发散与创与创 新 从从施工工艺艺上的发发散思维维 普通的做法类类似于预预制构构件装配式施工，即：先制 作构构件，然后进

4、进行装配。 下面介绍绍的几个个案例则类则类 似于现浇现浇 施工，节节点处处的 强度有较较好的保证证。（案例均取自于第一届届全国结国结 构设计构设计 大赛赛） * 思维维的发发散与创与创 新 从从施工工艺艺上的发发散思 维维 案例一：特等奖奖得主，来来自浙江 大学学的模型“一米阳阳光” 该结构该结构 可分为两榀为两榀 平面框架， 均成A型，作者对对每个个A型框架 整体制作。现现作出柱梁，然后拼拼 成A型的内内核，接着在外表粘一 层层白卡纸纸，同过过精确定位，将将 外面的白卡纸纸又裁成A型，再通 过过梁与与另外一榀榀框架连连接形成 结构结构 。 从从外表看，整个结构犹个结构犹 如现浇现浇 得整体，

5、小巧而美观观，节节点处处粘 结结不牢的问题问题 自然消除。 * 思维维的发发散与创与创 新 从从施工工艺艺上的发发散思 维维 案例二：同济济大学学一等奖奖模型“ 云梯” 结构结构 形式：框架+支撑。 特点在于两个两个 斜撑在节节点处处的 连连接。 一般做法是先做两两根斜撑，然后 利用白乳胶与胶与 柱连连接。而同济济 这组这组 的做法是直接做一根长长的斜 撑， 然后折一下形成两两根斜撑 （注意，没没有折断断）。接着在弯弯 折处与处与 柱连连接形成节节点。 * 思维维的发发散与创与创 新 从从施工工艺艺上的发发散思 维维 案例三：三峡峡大学学作品“缆缆月 ” 梁，柱是由多层层白卡纸纸粘结结 而成的

6、实实体，整体施工，节节 点处处强度有很好的保证证。 * 思维维的发发散与创与创 新 从从施工工艺艺上的发发散思维维 案例四：在全国赛国赛 之前，浙江大学学校内举办过内举办过 预选赛预选赛 ，听说说有一种种施工方法让让人amazing。 一个个小组组中有一个个是医学医学 系的，他们们用针针管吸 入白乳胶胶，再注入需要连连接的地方，以保证节证节 点处处的强度。 * 思维维的发发散与创与创 新 消除扭转扭转 的发发散思维维 常规规做法是从结构从结构 上考虑虑。可以通过过在非受力 方向设设置支撑以增加整个结构个结构 的抗扭扭能力。 将将思维发维发 散一下，还还可以从构从构 件上考虑虑，增大 构构件的几

7、何尺寸，从从而增强其抗扭扭能力 ，甚至 可以达达到不加斜撑的目的，从从而减轻减轻 自重。 蜡线线的另外一个个用途：初张张力 * 结构设计结构设计 中的几个概个概 念 设计设计 准则则 结构结构 效率目标标准则则 结构设计结构设计 中在保证结构证结构 安全和刚刚度前提下寻寻求 在给给定跨度和荷载时载时 所用材料重量最小的要求。 制作与与装配效率准则则 考虑构虑构 件制作与与装配成本 * 结构设计结构设计 中的几个概个概 念 优优化设计设计 （减轻减轻 自重）原则则 优优化结构结构 体系 e.g.拉压构压构 件与弯与弯 曲构构件的比较较 1.结构结构 材料强度的增加要比结构弹结构弹 性模量的增加快

8、得多； 2.由轴轴力产产生的拉压压杆的轴轴向位移要比弯弯曲产产生的侧侧向变变 形小得多； 3.钢钢桁架在侧侧向力作用下的侧侧移比钢钢框架侧侧向力作用下的 侧侧移小得多。 优优化结构结构 布置 e.g.桁架高度的选择选择 ；腹杆角度的选择选择 合理的构构造方法 * 模型制作 准备备工作 材料性质质的初步认识认识 比赛赛提供的材料：230g巴西白卡纸纸，硫酸纸纸，白乳胶胶 现现在让让我们们初步认识认识 他们们： （1）230g巴西白卡纸纸。含义义：每张张A0纸纸重230g。 a.白卡纸纸的保护问题护问题 。刚买刚买 好的纸务纸务 必好好保管，最好有 足够够大的地方将将其平摊摊，上面再用东东西盖一下

9、，以免受潮 。注意不要伤伤着白卡纸纸，一旦上面有折皱皱，那么么基本上这这 张纸张纸 就废废了。受伤伤的纸纸强度降低很多。 b.顺纹顺纹 和逆纹纹。大家仔细观细观 察白卡纸会发现顺纸会发现顺 、逆纹纹的差 别别。一般来说来说 ，沿长边长边 方向是顺纹顺纹 ，沿短边边方向是逆纹纹。 讨论顺讨论顺 和逆的差别别基于两两点：第一主要是施工上的因素， 沿顺纹顺纹 剪裁要方便，也更顺顺手些；第二，强度上的因素， 顺纹顺纹 方向强度稍大于逆纹纹方向，当当然相差不大。因此，在 制作构构件过过程中务务必下意识识的体型自己沿顺纹顺纹 裁剪。 * 模型制作 准备备工作 材料性质质的初步认识认识 （1）230g巴西白

10、卡纸纸。含义义：每张张A0纸纸重230g。 c.光滑面与与粗糙面。白卡纸纸一般一面为为光滑面而另一面是粗 糙面。用粗糙面粘结结效果会会更好，因为为表面的粗糙不平， 使其在粘结结中会产会产 生一种类种类 似于砼砼骨料之间间的咬合力，而 摩擦力也更大些。类类似现实现实 施工中新老砼连砼连 接需要“挫毛” 的原因。 （注意砂纸纸的利用） d.湿湿度的问题问题 。南方空气湿气湿 度较较大，这这就使得白卡纸纸受潮 ，太软软，制作的构构建强度会会降低，因此需好好保养养。在制 作构构件及拼拼装结构结构 的时时候准备个电备个电 吹风风。详细见详细见 后述。 * 模型制作 准备备工作 材料性质质的初步认识认识

11、（2）硫酸纸纸。 制作外墙墙用，前已述及，这这里我就不多说说了。 比赛赛 时时本来来是要用的，但最后被通知外墙墙可以不做，所以 就取消了。如果不作持力结构结构 ，尽尽可能少用，结构结构 本 身才是考虑虑的重点。 （3）白乳胶胶。 注意的问题问题 是乳胶胶的浓浓度问题问题 。太稀，内内含水分太 多，凝固时间时间 太长长，太稠，粘结结不牢，都不可取。觉觉 得太稀的话话，可让让其自然风风干一小段时间时间 （注意，不 要太久） * 模型制作 准备备工作 工具的匹配 a.美工刀 田岛岛（tajima） b.电电吹风风 能让构让构 件在短时间内达时间内达 到期望强度的必备备工具。 c.玻璃板 好处处在于划

12、纸划纸 的方便快捷。若采用普通的绘图绘图 板（ 木制），用刀划纸时会伤划纸时会伤 到木板，使其可用度降低， 而玻璃板则则不会会。注意，用的时时候不要伤伤手哦。 * 模型制作 准备备工作 工具的匹配 d.圆圆棒 卷杆必备备（建材市场场有售，较贵较贵 ） e.笔笔芯用完的圆圆珠笔笔 该该工具主要用于著作有棱棱角构构件（如矩形柱梁等） 时时的划划痕。在需要弯弯折的地方先用它划它划 一条条痕（注意 用力适度，不要太猛，也不要太温温柔）再折，这样对这样对 纸纸的伤伤害不大，而使弯弯折容易进进行，并并且制作出来来的 构构件棱棱角分明，美观观。 * 模型制作 构构件的制作和养护养护 划纸划纸 构构件的常规规

13、制作（标标准化） a.两层两层 矩形梁的制作（考虑虑白卡纸纸自身的厚度） b.箱形梁柱的制作 c.圆圆形柱梁的制作 * 模型制作 构构件的制作和养护养护 养护养护 （主要是对圆对圆 形构构建而言） a.养护养护 的要点可以概概括为为先插插后吹。插插，即将圆将圆 棒插插入已 经经制作好的构构件中，然后将构将构 建整齐齐放好，用电电吹风风吹干 。注意吹得时时候尽尽量的保证证柱均匀匀受热热。 b.注意点：构构件在成型后将圆将圆 棒拔出过过程中，经经常发现圆发现圆 棒与构与构 件内内壁粘在一块块。拔出比较费较费 力，且容易使构构件内内 壁受损损;长长大构构件初始弯弯曲问题问题 。 * 模型制作 结构结

14、构 的拼拼装 定位与拼与拼 装 注意制作顺顺序，以我们们的模型为为例： * 模型制作 结构结构 的拼拼装 节节点制作 在实际实际 框架结构结构 中要保证节证节 点强度大于梁柱强度， 模型制作也不例外。构构件受压压好一点，但要注意偏心 影响响；受拉的话经话经 常会会在节节点处脱处脱 落。 空心销销 蜡线线 后续续加固 拼拼装后的补补强 结构拼结构拼 装好后，先用电电吹风风吹干结构结构 ，发现发现 有地 方比较较弱随时随时 加胶补胶补 强。 * 评审规则评审规则 及分值值 建筑造型（20分） 按构构思新颖颖、外形美观观、布局合理、楼层楼层 有效使 用面积积充分评评分。 结构结构 方案（10分） 按

15、结构结构 方案的合理性、实实用性和创创新性评评分。 理论论分析（10分） 按设计说设计说 明书书、方案图图和计计算书内书内 容的完整性、 准确性评评分。 模型制作（10分） 按模型制作工艺评艺评 分。 叙叙述答辩辩（5分） 加载试验载试验 （45分) * 理论论分析要求 内内容应应包括设计说设计说 明书书、方案图图和计计算 书书 设计说设计说 明书应书应 包括对对方案的构构思、布局 、功能、结构选结构选 型及其他有特色方面的说说 明； 方案图应图应 包括结构结构 整体布置图图、主要构构 件详图详图 和方案效果图图； 计计算书应书应 包括计计算模型、荷载载分析、内内 力分析、承载载能力估算等。

16、* 总结总结 和体会会 * 总结总结 和体会会 创创新，是时时下一个个比较时较时 髦的名词词，但我以为创为创 新并并 不应该应该 是一个时时个时时 在头脑头脑 中映现现的框框，而是积积累到 一定境界，水到渠成的灵灵感，是应该应该 建立在坚实坚实 的理 论论和实践实践 基础础上的突破。我想这这是一个个漫长长的过过程， 需要思考和尝试尝试 。 在具体细节处细节处 理上面，我认为认为 要擅于观观察，勤于总结总结 。别别人的优优点要充分学习学习 和汲取，缺点与与不足也应该应该 及时发现时发现 以警示自己。要把困难难想多些，各种种情况尽况尽 可能地想周到。一旦临场临场 遇到意外，不要乱乱了方寸，能 够够沉着、冷静静地面对对解决决。这种这种 比赛赛不仅仅仅仅 是对你对你 的 学识与学识与 能力的考验验，也包括精神与与心理上的较较量。 自己认为认