“东南大学第十八届结构创新竞赛暨第八届南京高校邀请赛”
加载组A竞赛题目及细则
一、基本竞赛规则
本次加载组竞赛所施加荷载为利用大型振动台模拟的实际水平地震作用。
参加加载组竞赛的每一个队伍需要设计并制作一个房屋模型，用以承受附加铁块载重，并抵抗振动台所产生的人工地震作用。在正式加载时，参赛模型将被分批置放于振动台上，并施加若干级不同大小的地震作用。地震作用将先由小地震开始，逐级加大，最大的地震加速度将到达1600gal (1600cm/s2)。地震加载如右图所示。
所有参赛队伍的模型自身质量(MM)、承载铁块的加权重量(We)，与测试后之模型能承受的最大地震力大小(I) (详见模型破坏准则)，都将被记录下来，用以计算每个参与队伍模型的效率比(efficiency ratio，具体计算方法见赛题第四、五部分)。
依据模型的结构造型与体系、模型制作工艺和加载效
率比结果三个方面进行综合评分(具体评分细则见赛题第七部分)，依据综合评分排序决出加载组竞赛获奖队伍。
图1 加载示意图 二、模型材料
(1) 木材：用于制作结构构件。尺寸：长度1000mm，截面有50mm×1mm、50mm×2mm、2mm×2mm、6mm×6mm；性能参考值：顺纹弹性模量1.0×104MPa，顺纹抗拉强度30MPa。
(2)竹材：用于制作结构构件。规格：1250×430×0.2mm单层复压竹皮、1250×430×0.35mm双层复压竹皮。
(3) 502胶水：用于构件之间的连接、模型与底板的连接。 (4) 热熔胶：用于铁块的固定。
(5) 模型固定底板：厚度约12mm的木板，长与宽分别为34cm与34cm。底板上除组委会预设的孔洞外，严禁参赛队伍另行钻孔。
三、模型要求
3.1几何尺寸要求
(1) 基本结构。模型必须至少包括一个房屋的基本骨架，可采用框架结构体系或外框架-内核心筒结构体系。参赛队伍可以但不强制要求制作建筑美观之包覆或装饰，但必须采用竞赛规定的材料，并应符合以下的相关要求，亦不得阻碍裁判检查模型。
(2) 模型大小：模型总高度不得超过80cm。总高度为底板顶面至模型顶面的垂直距离。
模型底面尺寸不得超过22cm×22cm的正方形平面，即整个模型（包含所有柱脚细部构造）需放置于该22cm×22cm正方形平面范围内，模型底面外轮廓与底板边缘应有足够的距离以保证底板能顺利安装于振动台上。
(3) 楼面数：模型必须至少具有4个楼面。底板视为模型第一楼层的楼面。底板以上的各楼面范围须通过设置于边缘的梁予以明确定义。模型顶部平面亦被视为一个楼面。
(4) 楼层面积：楼层面积是指楼面各承重分区最外围的梁构件所包络的平面面积。模型总楼层面积必须在750cm2至1800cm2的范围之内(不含底板所在的楼面面积)。每个楼层面积不得小于100 cm2。
(5) 楼层净高：模型底部的楼层净高应不小于20cm，上部的楼层净高应不小于16cm。楼层净高是指对于相邻的两个楼面，下部楼面主要横向构件顶部与上部楼面主要横向构件底部之间的最小距离。对于底部楼层，若底板上设置有地梁，则楼层净高需自地梁顶部开始测算；若无地梁，则从底板顶面开始测算。柱脚加劲肋、隅撑及其他外立面构件不影响计算楼层净高。
(6) 使用功能要求：楼层应具有足够的承载刚度，各层空间应满足一定的使用功能要求。在模型内部，相邻的上、下两个楼面之间不能设置任何横向及空间斜向构件。图2(a)~(c)给出几组示例，便于选手对本条规则的理解。另外，模型底层所有方向的外立面底部正中必须保留能够设置一个15cm×12cm(高×宽)的门洞的空间。
(7) 内部核心筒要求（本条仅对采用外框架-内核心筒结构体系的模型适用）：内部核心筒的具体组建形式不限，但应同时满足下列要求：①沿高度方向须贯穿整个模型；②沿高度方向各处的包络平面面积均相等；③其水平投影面积应至少能包含一个5cm×5cm的区域；④在复核本节第(4)条的模型楼层面积要求时，核心筒在各层的包络平面面积不计入该层的楼层面积；⑤不允许在核心筒内放置铁块。
（a）横向构件（违规） （b）空间斜向构件（违规） （c）外立面构件（不违规）
图2 构件布置示例
3.2附加铁块安装要求
(1)利用热熔胶将附加铁块固定在模型除底板以外的各层楼面结构上（若采用外框架-内核心筒结构体系，则不允许在核心筒内部放置铁块），可设置固定铁块的辅助装置，但辅助装置和铁块不能超出楼面范围且不能直接跟柱、核心筒接触。
(2) 组委会提供的铁块为统一规格，长、宽、高分别为6.0cm、4.5cm与3.2cm，质量统一按675g计算(由于加工精度，实际尺寸存在1mm以内误差，实际质量存在5g以内误差)。除了底板之外，模型的每个楼面至少需放置两块铁块。模型总铁块数至少12块，至多40块。各队在正式提交模型时，同时需要提交明确的铁块布置方案。
四、模型加载
本次竞赛采用振动台单方向模拟地震作用加载。加载时模型的放置方向根据所发放的底板标识(A或B)通过抽签挑边确定。
4.1 输入地震波
振动台输入地震波采用El Centro_NS波，该地震波是1940年5月18日美国Imperial Valley地震（7.1级）时在El Centro台站记录的N-S向加速度时程数据，其原始记录全部波形长54秒，各数据点的时间间隔为0.02s，加速度峰值大小为341.7gal。图3所示为该地震波的波形图。
400300200加速度(gal)1000-100-200-300-400时间(s)0102030405060 图3 El Centro_NS地震波波形(原始记录)
4.2 荷载施加方式
竞赛加载将分八次进行，逐级加大振动强度。通过比例调整的方法将原始记录数据的加速度峰值分别调整为200gal、400gal、600gal、800gal、1000gal、1200gal、1400gal、1600gal，分别作为各次加载的输入振动。另外，对于不同级别的加载，分别采用不同的相对于原始记录的时间相似比（即对地震波各数据点的时间间隔进行一定的压缩），以全面检验模型在不同强度和频谱成分地震波作用下的承载能力。各级加载的时间相似比和实际总加载时间如表1所示，各级地震波的具体加速度数据参见附件。
表1 各级加载的时间相似比和实际总加载时间
加载等级 200gal、400gal、600gal 800gal、1000gal、1200gal 1400gal、1600gal 数据点 时间间隔 0.016s 0.012s 0.01s 时间相似比 （相对于原始记录） 0.8：1 0.6：1 0.5：1 实际加载总时间 43秒 32秒 27秒 4.3 模型失效评判准则
在进行加载时，出现下列任一情形则判定为模型失效，不能继续加载。同时，将上一个加载级别视为该模型实际所能通过的最高加载级别，并作为模型效率比计算的依据（参见第五部分说明）。
(1) 模型整体或其中任何一个楼层发生坍塌的现象；
东南大学第十八届结构创新竞赛暨第八届南京高校邀请赛
