第五届全国大学生结构设计竞赛方案设计
铁块总重：1.35kg+7.2kg+21.375kg=29.925kg（符合要求）
第二部分 计算书
一．结构模型荷载作用分析 1.1重力荷载分析
①铁块自重
铁块总重为29.925kg，其中0.675kg 的铁块7块，1.8kg铁块14块，按铁块分布详图所示最优化布置方案作用在结构上 ②水箱中水自重
水箱中水的重量共注入3L水。 ③结构自重
结构自重根据其截面尺寸和竹板密度得到。
1.2地震作用分析
采用大赛主委会提供的三级地震加速度时程曲线，我们对结构模型进行如下的时程分析：
地震波等级 一 二 三 最大地震加速峰值 378.42gal 749.96gal 1047.1gal 阻尼比 0.03 0.03 0.03 23/ 41
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第一级地震波
第二级地震波
第三级地震波
二．结构模型计算分析
我们利用有限元分析软件ansys对结构在不同重力荷载分布和不同地震波等级的荷载工况下进行静力和时程分析。
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2.1计算模型假定
（1）计算基本假定：
a结构模型所采用的竹材连续，均匀； b梁与柱之间连接可靠，结点假设为刚结
c结构模型通过斜撑连接到连接板上，支座采用固定支座 （2）在建立静力计算模型时，根据结构中横梁的传力途径，将铁块、水箱的重量按表1等效为各层框架梁的重量，建立如下的静力计算模型。
表1 楼层框架梁等效重量 楼层 2 3 4 5 各层横梁的等效重量 2层横梁自重和附加铁块质量 3层横梁自重和附加铁块质量 4层横梁自重和附加铁块质量 5层横梁、水箱和水重量 （3）相关文献分析模拟水箱对结构的减振作用是可以将水箱等效为一个有质量、刚度和阻尼的TLD系统[1]，在结构模型分析时，根据水箱中水的不同深度分别计算该TLD系统的等效质量，等效刚度和等效阻尼，将该TLD系统连接到主体结构上（如图1-4）。
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MTLD系统
图1-4
2.2模型验证
取结构模型在无水箱作用，第一层楼面施加6.0cm*4.5cm*3.2cm的铁块，第二层楼面施加4块12cm*6cm*3.2cm的铁块，第三层楼面施加7块12cm*6cm*3.2cm的铁块为基本结构模型来验证简化计算模型的准确性，其中ansys简化计算模型的自振频率如表所示。 阶数 频率（Hz） 阶数 频率（Hz） 将铁块按上述方案固定到结构模型上后，在模型顶部施加激励作用，现场实测模型顶部的加速度时程曲线（如图所示），对该时程曲
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1 2 3 4 5 6 7 1.2393 1.4422 5.7129 9.1811 9.5055 10.861 13.075 8 9 10 11 12 13 14 13.075 16.838 18.681 18.832 18.857 19.018 19.155 第五届全国大学生结构设计竞赛方案设计
线做傅立叶变换得到其功率谱（如图所示），通过与该结构的ansys简化计算模型得到的自振频率对比发现简化计算结构模型的第1阶自振频率与实测的第二阶频率较为接近，第3阶自振频率与实测的第四阶频率较为接近，在10hz左右简化计算结构模型的自振频率和实测频率均较为集中，说明该简化计算模型较为精确，能够准确反映结构的动力性能。
模型实测加速度时程曲线 加速度时程曲线功率谱
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结构设计竞赛浙江大学作品 - 图文
