1、石家庄铁道大学土木工程学院结构设计竞赛赛题（体育馆屋盖静力荷重比）石家庄铁道大学土木工程学院赛题名称：体育馆屋盖结构静力荷重比1. 竞赛模型竞赛模型为体育馆屋盖结构，采用白色卡纸材料制作，具体结构形式不限，但应满足规定的尺寸范围。参赛选手设计制作模型包括屋盖结构、屋盖与支座连接节点、荷载施加节点三部分，竞赛组织方提供屋盖下部的支撑柱。图 1 给出一示意性结构形式（正放四角锥平板网格屋盖结构） 。图 1 示意性屋盖结构2. 模型要求屋盖可以设计为多种形式，如矩形、圆形、多边形以及不规则图形等，力求新颖与创新性。设计要求：（1）屋盖所覆盖的空间投影面积为 1m1m，跨度不能小于 0.8m；（如图
2、2 所示）（2）屋盖结构的高度应在 0.3m 以内，悬索的高度不受限制；（3）允许屋盖向周边外挑（即柱外部分） ，净外挑长度不应大于 0.2m；（4）屋盖支承在周边钢柱上，支承柱共设 8 根（参赛者可使用少于 8 根支承柱作为屋盖支承，但不得多于 8 根） ，其具体位置可以按照设计的屋盖结构形式进行调整。支撑柱采用无缝钢管制作，钢管尺寸 32mm3mm， （如图 3 所示） 。（5）支座节点，即屋盖结构如何固定在支承钢管柱上，请参赛选手自行设计，要求连接节点插入钢管内的长度不得大于 100mm。 （提示：支座节点可设计为装配式可拆卸的形式，可现场方便拆卸，有效减轻屋盖自重，不可拆卸的支座须计入
3、屋盖自重）（6）屋盖静载施加点在屋盖中心 0.2m0.2m（或直径 D=0.2m）范围内，共 6 个加载点，要求均匀排列在该区域内，加载在屋盖结构的上、下表面均可，具体加载点的位置、加载节点的设计由参赛人员考虑。（7）参赛选手应在 5min 内将屋盖结构安装在提供的支承钢柱上。图 2 覆盖面积与跨度要求示意图（矩形与圆形柱网布置）注：图 2 仅给出矩形与圆形柱网布置情况，亦可设置为多边形及不规则布置形式，但必须满足跨度不小于 0.8m 要求。图 3 钢管柱示意图3. 加荷方式竞赛组织方提供不锈钢砝码若干，砝码重量分别为 1kg/个、2kg/ 个、5kg/个，由参赛者自己施加荷载，砝码必须挂在预
4、先选定的结构加载点上。每组模型最多施加 3 个等级的荷载，每级荷载重量、施加点由参赛选手自行确定，每级荷载持荷时间为 15s。4模型制作材料模型制作材料为 230 克巴西白卡纸、蜡线、白胶。不得使用组委会指定以外的其它任何材料，否则，一经查实，将直接取消其参赛资格。5模型安装、加载及测试步骤5.1 赛前准备A. 模型称重，丈量尺寸：将制作好的模型（包括与支撑柱的连接节点、加载节点，精度 1g） ，作为考核模型重量的依据。丈量尺寸包括：支座节点内侧范围内的净跨、支座节点外侧的悬挑尺寸、支座节点的长度（精度 1mm） 。B. 得到入场指令后，迅速将模型固定在提供的支撑柱上，调整好标定测量仪器，准备
5、进行加载。C. 以上过程由各队自行完成，赛会人员负责监督、标定测量仪器和记录。如在此过程中出现模型损坏，则视为丧失比赛资格。5.2 加载及测试步骤A. 参赛队代表进行 1 分钟陈述，之后评委提问 1 分钟。B参赛队选派一名选手进行加载（比赛过程中不能变更） ，每组模型最多施加 3 个等级的荷载，每级荷载重量、施加点由参赛选手自行确定。施加第 1 级荷载时，加载手将砝码挂在预先选定的结构加载点上，持荷时间为 15s，结构变形稳定后，记录位移计上的示数。参赛队应在 30s 内确定下一级施加荷载的方案，加载手施加下一级荷载，施加时将砝码顺次叠挂上一级施加荷载的砝码之下，每级荷载持荷时间为 15s，结
6、构变形稳定后，记录位移计上的示数，直至结构构件、节点破坏或完成 3 级加载。C. 采用百分表测量结构的挠度变形，共两个位移测量点，测量屋盖跨中部位的最大竖向位移，同时记录。取两个测点在持荷 15s 内最大位移的平均值，作为该级荷载下的结构变形值。 （精度 0.1mm）D. 如在以上过程中出现模型损坏，则视为比赛失败，参赛组的最大承载力取上一级荷载值。若施加完第 3 级荷载比赛模型仍未损坏，则参赛组的最大承载力取第 3 级荷载值。6. 评分标准（一）结构评分按总分 100 分计算，其中包括：A. 结构选型与制作质量 10% （共 10 分）B. 现场表现 5% （共 5 分）C. 结构重量 30
7、% （共 30 分）D. 结构荷重比 40% （共 40 分）E变形 15% （共 15 分）（二）评分细则：A. 结构选型与制作质量 （共 10 分）a结构合理性与创新性 共 6 分b模型制作美观性 共 4 分B现场表现 （共 5 分）a赛前陈述 共 3 分b赛中答辩 共 2 分C结构重量 （共 30 分）在所有竞赛有成绩的模型中（至少第 1 级荷载作用下模型不破坏和挠度不超限） ，质量最轻者得 30 分，最重者得 5 分，其余队模型的重量分数 S1 按下式计算：52Sminax11M式中：M min 为重量最轻者的质量， ；M max 为重量最重者的质量； M1 为所考察模型的质量，单位
8、g。本项所得分数保留小数点后一位。D结构荷重比 （共 40 分）所谓荷重比即屋盖结构承受的最大静荷载与结构本身的重量的比值。在所有竞赛有成绩的模型中，荷重比最大者得 40 分，最小者得 10 分，其余各队模型的荷重比分数 S2 按下式计算： 103Sminax12D式中：D 1 为所考察模型的荷重比，D max 为所有模型中的最大荷重比， Dmin 为所有模型中的最小荷重比，单位 kg/g；本项所得分数保留小数点后一位。E变形（共 15 分）结构承受的最大静荷载所对应的平均竖向位移为基础。在所有竞赛有成绩的模型中，平均位移最小者得 15 分，最大者得 5 分，其余各队模型的荷重比分数 S2 按下式计算： 510Sminax2f式中：f 1 为所考察模型的荷重比，f max 为所有模型中的最大荷重比， fmin 为所有模型中的最小荷重比，单位 kg/g；本项所得分数保留小数点后一位。以上 A-E 各项得分相加，分数最高者优胜。
