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年第五届全国大学生结构设计竞赛
计
算
书
参赛作品：腾飞塔
指导老师：孙清
参赛队员：索思 朱彪彪 路金波
西安交通大学
年10 月19 日
一、结构选型
根据题目要求，对可能的几种结构形式——框架结构、桁架结构、框-剪结构、框
架-筒体结构进行了初步分析，认为：
1)结构高宽比约为 4.5:1 ，没有必要采用框-剪结构或框架-筒体结构。而且剪力墙
片(或筒体)构件的自重大，不是经济设计。
2 )框架结构是最简单的结构形式，结构自重轻，制作方便，空间开敞，便于安放
铁块，而且结构刚度可通过柱刚度灵活调整，便于考虑水箱的减震作用，可尝试采用。
3 )当结构承载大较时，框架结构对柱刚度要求较高，可能导致柱截面尺寸过大，
影响经济性。此时应进一步考虑增加斜撑或拉杆，形成空间桁架结构，可以优化结构刚
度分布，达到减轻自重的目的。
为此，针对4 柱框架结构和4 柱加拉杆的框架结构，采用简化方法计算了满载(1~3
层10kg )和三级加载时的地震内力和侧移。对比后认为，在相同承载力条件下后者比前
者结构自重更轻，因此最终决定采用4 柱加拉杆的框架结构。
二、结构建模及主要计算参数
2.1 结构建模
从制作简便、减轻结构自重角度出发，经过多次试算、试验和调整，确定结构方案
如图2.1 。
说明如下(几何尺寸单位：mm )：
1~4 层各层净高336、220、220、220 。
楼板为 1.0 厚度板，由2 层0.50 板材粘贴形成边长为220 的正方形楼板。为减
重，在保证铁块放置的前提下中间做适当的镂空。
每层4 根柱子，柱距(外沿)200 。2~4 层柱截面为空心圆截面，外径10、内径
5，由0.35 板材卷成；柱上、下端各20 范围为销钉，形成实心圆截面。底层柱
为空心圆截面，外径10、内径5 。
2~4 层每层每侧设置X 型斜拉杆。拉杆为厚0.35、宽5 的薄条板。拉杆两端在
距离柱上(下)端粘贴在柱表面(力学简图为铰接)。
底层各面设置 2 个斜撑，为实心圆截面，直径 7，斜撑上端连接柱表、下端粘
贴在底板上，两斜撑的倾斜度依据底层侧里面具有120×120 空间确定。
2.2 材料参数
材料平均密度 650kg/m3 (根据实际模型秤重和体积估算得到)；材料弹性模量
3
10GPa ；结构阻尼比0.05 ；水密度1000kg/m 。
2
图2.1 结构模型示意图
3
三、受荷分析
3.1 简化静力计算
按照底部剪力法确定地震作用。假设同层柱顶侧移相等，拉杆、斜撑两端为铰接，
2
d d
确定柱、拉杆、斜撑的抗侧刚度。A 1 2
c 4
1、构件参数
2 2 2 2
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1 )柱：截面面积A
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