中南大学第七届结构设计竞赛
一、竞赛题目
大跨度屋盖纸质模型结构设计
二、赛题背景
近年来，随着国民经济的快速发展以及综合国力的提高，大跨度屋盖结构的社会需求和工程应用逐年增加，这种结构体系在各种大型体育场馆、剧院、会议展览中心、机场候机楼、高铁旅客站等建筑中得到了广泛的应用。
赛题主要考察模型承受竖向荷载、水平冲击荷载的能力。通过本次比赛，考察学生的结构设计与计算能力、空间模型制作安装能力以及团队合作沟通能力，检验大学生对工程结构知识的综合运用能力。
三、赛题内容
竞赛结构为大跨度屋盖结构，采用纸质材料制作，具体结构型式不限。 1.理论分析
包含但不限于设计说明书、方案图、计算书。 2.结构制作
在规定时间内完成结构制作。 3.结构加载
结构尺寸与质量测量，结构力学性能测试。
四、参赛要求
1.参赛对象
中南大学所有专业全日制在校本科生。
2.组队要求
学生自愿组队，每个参赛队伍由1至3名在校本科生组成（可跨专业、跨院系、跨年级组队），每位参赛学生只允许加入一个参赛队，否则取消比赛成绩。各个参赛队提交一份作品，并给作品命名。
五、总体模型
总体模型由模型试验装置、下部支承构件与上部屋盖结构三部分组成，赛题总体示意见图1。加载装置加工图见本文档附录。
上部屋盖结构
加载盘
光幕传感器
下部支承结构
承台板
挡板
负y向水平加载穿心砝码
竖向砝码
图1 赛题总体示意图
1.模型试验装置
模型试验装置由加载台、力加载装置、屋盖下部净空监控装置、模型固定装置组成。 （1）加载台
加载台共两层，主要由钢架与承台板组成。钢架一、二层高度分别为700mm、300mm。承台板采用17mm厚生态木板，标准尺寸为800mm×600mm，中间设500mm×300mm矩形孔洞。承台板平面尺寸、屋盖水平投影区域、下部支承构件水平投影区域要求如下：
①承台板平面尺寸：见图2阴影面积，中间设有500mm×300mm孔洞。承台板上表面标高定义为±0.000。
②屋盖水平投影区域：见图3阴影面积，屋盖水平投影区域位于矩形ABCD面积以内、矩形IJKL面积以外。屋盖平面中心要求设250mm×150mm矩形孔洞。
③下部支承构件水平投影区域：见图4阴影面积，各下部支承构件水平投影区域不得超出矩形AA1EA2、BB1FB2、CC1GC2、DD1HD2面积，尺寸均为150mm×150mm。
承台板矩形孔洞：500X300AB150EyoHxGF150300150150C150150250150150600D150150250500800 图2 承台板平面尺寸
屋盖水平投影区域矩形孔洞：250X150AB22575225D275275125250800125275275CILyoxKJ22522515060075 图3 屋盖水平投影区域
A下部支承构件A1水平投影区域B2B150A2EyoD1HxGC2FB1150300150C150400150150600D150D2250400800250C1150 图4 下部支承构件水平投影区域
（2）力加载装置
力加载装置主要包括加载盘、滑轮、钢丝绳以及砝码。
竖向荷载施加方法：在屋盖顶部中心孔洞内放入加载盘，加载盘尺寸见图5，设计制作纸质模型时必须考虑能够嵌固加载盘，加载盘上表面不允许设置任何构件。首先在加载盘底面两个加载点（图5 a中的V1、V2）同时吊挂砝码施加竖向荷载，然后在加载盘底面另两个加载点（图5 a中的V3、V4）同时吊挂砝码施加竖向荷载。具体加荷方法为：采用挂钩从加载点上引竖直钢丝绳，通过一层钢架上的两个滑轮，将钢丝绳水平牵引至加载台的侧面，最终再吊挂砝码实现竖向加载。
水平荷载施加方法：在加载盘顶面加载点（图5 a中的H1）施加横向（负y方向）水平荷载。具体加荷方法为：插上插销，将穿心砝码静置在挡板上，牵引钢丝绳绕过架子顶端的两个滑轮，采用挂钩将水平钢丝绳与加载盘顶面的加载点连起来。拨开插销，让挡板放下，通过穿心砝码自由落体施加水平荷载，施加水平荷载的钢丝绳长1700mm。
215107.5D5V11107.517.5yox11557.572.5145217.572.517.517.517.5V217.518057.52V4V3(H1)117.517.5122.5245280平面图122.5 （a）加载盘平面及加载点布置图
510510551017.5122.5280122.517.5
2030 （b）加载盘2-2剖面图
5555551017.517.572.514518072.517.517.52030 （c）加载盘1-1剖面图 图5 加载盘尺寸
（3）屋盖下部净空监控装置
在横向（y方向）设置安全光幕报警装置监控屋盖下部净空，安全光幕共发射4束水平红外线光，每束光间距均为20mm，红外线光水平控制长度为60mm（x方向从-30mm到30mm范围），水平红外线光离承台板上表面距离为195mm。当施加荷载时，由水平红外线光来控制屋盖下部净空，若模型遮挡光幕光线，则会引起警灯报警。
（4）模型固定装置
由竞赛组委会统一提供17mm厚承台板用于纸质模型的固定，承台板尺寸为800mm×600mm。试验前，首先用带垫自攻螺丝将纸质模型固定在承台板的上表面，然后用4个木工夹将承台板固定在钢架二层钢方通上面。带垫自攻螺丝示意见图6，规格见表1。
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