1、第 1 页/共 8 页武汉大学第六届结构设计大赛组委会文件武汉大学第六届结构设计大赛比赛细则一、大赛介绍武汉大学结构设计大赛由武汉大学教务部、校团委、土木建筑工程学院联合主办，旨在培养大学生的创新意识、合作精神，提高大学生的创新设计能力、动手实践能力和综合素质，加强师生的交流与合作。武汉大学结构设计大赛已举办多届，为专业技术人员的培养提供了实践的平台。在比赛中，学生们能够理论联系实际，激发团队精神，提高创新能力和动手能力，健全人格品质。经过校赛的锤炼，武汉大学的学子们多次获得国家级结构设计大赛一等奖的桂冠。在第六届大赛举办之际，结构设计大赛组委会总结经验，进一步扩大影响，在开拓中不断完善。我们
2、相信结构设计大赛能在学生的能力培养上发挥作用，在发展中更上一层楼，以其独特的魅力成为珞珈山下一道亮丽的风景。二、题目多层结构抗风设计三、工程背景进入 21 世纪以来，随着我国经济建设的飞速发展以及城市化进程的不断加速，城市建设中考虑节约土地资源的需要以及高强材料在建筑工程中的广泛应用，大量的高层、超高层建筑在我国大中城市中兴建。据有关方面的统计，在世界高度排名前 20 的超高层建筑中，我国（包括内地、香港和台湾地区）所建的超高层建筑超过了一半。近年来，在我国，拟建和在建的高层、超高层建筑更是数不胜数。对于超高层建筑，其风荷载是结构设计的控制荷载，满足结构在风荷载作用下的舒适性、适用性和安全性是
3、进行高层、超高层建筑设计的重要环节。很多超高层建筑因不能满足抗风适用性的要求而进行了抗风控制措施（比如台北 101） 。本届结构设计大赛以结构抗风设计为背景，希望同学们能通过结构选型、模型的设计、制作与风洞试验，了解结构在风荷载作用下的变形乃至破坏特点，共同探讨提高结构抗风性能的方法。四、作品要求1、作品力求有创造性，贴近实际、结构合理、制作精巧。2、每个参赛队只能提交一份作品。第 2 页/共 8 页3、完整的作品包括以下部分：（1）计算书。包括结构选型、荷载分析、计算简图、内力分析、承载能力估算等。 （本部分对本科一、二年级学生可不作要求）（2）设计图。包括主要构件、节点详图及材料表等。 （
4、本部分对本科一、二年级学生可不作要求）（3）结构模型。要求模型制作符合设计制作要求，并与设计图一致。如修改模型，要求同时修改计算书。4、作品由各参赛队命名。作品名必须健康向上，突出特点。作品名经组委会批准后生效。五、制作材料1、本届大赛的模型制作材料包括 3 张 A0 绘图纸和 3 张硫酸纸，2 瓶白乳胶，由组委会统一购买、发放，在竞赛过程中不再追加材料。制作工具包括小刀两把，剪刀两把，毛刷两把，直尺一套。丁字尺自备。所有材料和工具由组委会统一购买、发放。2、模型制作所用材料仅限于组委会提供的材料，允许对所给材料进行加工、组合，但不能改变材料的力学性能。如模型中采用任何非组委会提供的材料，经查
5、实，将取消其参赛资格。3、材料实验报告将在发放材料时一同提供，并鼓励选手根据需要进行材料性能试验。六、设备及加载说明1、结构抗风实验在风洞实验室完成，风洞地板安装固定装置（钢板、钢压条等）及保护装置等组成，风洞详见附图 1。2、钢板尺寸为 400mm700mm10mm（长宽厚） ，固定于风洞地板上。钢板中间共有 1813 个带螺纹 M5 螺栓孔，孔距为 30mm，尺寸详见附图 2a。3、加载设备提供 4 个钢压条来固定结构模型，钢压条与钢板采用 M5 螺栓锚固，具体形状和尺寸详见附图 2b。4、模型顶部通过竖向荷载块施加重力荷载。竖向荷载块有二种规格，尺寸分别为210mm50mm15mm（长
6、宽厚） 、210mm50mm30mm，质量分别约为1.23、2.46kg。每层荷载块放置数量自行确定，总质量不超过 5kg。5、实验时采用两个激光位移计分别测试模型两个主轴向的位移，实验采样时间 30 秒，采样频率 200Hz（一共采样 30*200=6000 个值） 。每个模型应在两个主轴向顶部正中间位置竖向粘贴一块 30mm（长）30mm（宽）的白色 ABS 塑料薄板（可在武汉大学力学中心风洞实验室领取材料） 。6、实验时采用我国建筑结构荷载规范规定的 C 类地貌，确定三种风速进行风洞实验，第 3 页/共 8 页其 1m 高度处的风速分别为 6m/s、9m/s 和 12m/s。七、结构设计
7、及加载要求1、结构模型总高度为 80010 mm。2、模型层数不限。3、任意水平剖面顺风向（迎风面）轮廓尺寸 120mm180mm，横风向轮廓100mm180mm，模型顶部、底部和周边采用硫酸纸封闭，要求结构底部封闭的纸张要紧贴安装板。4、为了防止模型在实验时破坏损坏风洞，模型制作时结构主要的柱都应比模型顶部高出 10mm，并在伸出部分中间位置设计一个直径约 1.5mm 的横向贯穿孔，实验时采用细线分别连接各个柱，细线在结构破坏前始终处于松弛状态。5、实验时所有人员都必须在风洞洞体外面。八、比赛过程1、试验模型制作模型必须在规定的时间和规定的地点进行制作，不得将模型带出制作场地以外制作。制作完
8、成后注意对模型的保管和维护，并在截止时间之前连同其他所需材料一并提交组委会。提交之后，各代表队均不得对作品中的任何部分进行修改。2、结构设计评审及相关评分作品提交之后，组委会将会组织评审委员会对各个模型进行统一评审，针对各组提交的计算书和设计图，结合模型的制作综合打分。计算书和设计图，本科一、二两级的学生可不提交，用概念设计说明代替。3、风洞试验实验时将钢板直接固定于风洞地板，参赛人员制作模型时应充分考虑模型与钢板采用压条固定的情况，实验时直接将模型搬入风洞实验室固定，并用细线连接模型顶部四个角柱，不能固定的模型视为自动放弃比赛。4、实验步骤（1）确认模型高度和层高，截面轮廓尺寸和截面积，电子
9、秤称定模型自重。（2）选手在工作人员的协助下，将模型安装在钢板上，将竖向荷载块固定于模型顶部，将模型柱、质量块分别与保护装置相连。（3）工作人员确定模型连接好之后，所有人员离开风洞，开始进行吹风实验。5、失效条件凡出现下列情况之一者，即属结构模型失效：（1）模型尺寸不满足要求或模型无法按照命题要求正确安装就位。第 4 页/共 8 页（2）模型发生严重破坏，包括如下情况：1）柱发生弯折；2）梁柱节点拉脱；3）结构整体垮塌。（3）加载过程中与竖向荷载块相连的绳索受力或者竖向荷载块脱离模型。（4）实验中封闭纸张出现破损。（4） 评审委员会认为失效的其他情况。九、注意事项1、加载前按照要求做好一切准备
10、工作，包括模型的固定、保护绳索位置等，要避免因为这些因素引起结构的破坏。2、设备不可避免有一定的制作误差，请选手谅解并在制作过程中考虑。组委会将在预赛前组织若干次实验室现场考察与模型固定钢板与压条的演示，请各位参赛选手能参加。3、如遇不可抗因素导致比赛无法顺利进行，由组委会和评审委员会协商给出解决方案。十、奖项设置和评奖方法1、评分办法本次竞赛根据以下标准进行评分（各部分分数均精确至 0.1 分）：（1）承载力：按照以下两项进行计分（满分 75）a) 质量 -荷载效率项：（满分 40 分）根据式（1）计算模型质量-荷载效率比 E1：（1）2m1=sMV式中，V 为实验平均风速，Ms( 单位 K
11、g)为顶部竖向荷载块的质量，M m(单位 Kg)为模型自身质量。各模型根据其质量-荷载效率比计算得分 K1，如式（2）：（2）1max=40EK式中，E1 max 为所有模型中的最高效率比。b) 位移- 荷载效率项：（满分 35 分）根据式（3）计算模型位移-荷载效率比 E2：（3）2=hVED式中，D h(单位 mm)为实验测试的模型最大合位移由公式（4）计算得到，（4）22(3)(3)hxy第 5 页/共 8 页式中 Dx和 Dy为结构两个主轴向的平均位移，由公式（5）确定， 和 为xy结构两个主轴向的均方根位移，由公式（6）确定。（5）1Nia（6）20.51()NiiD式中 ai为采用
12、激光位移计测试的各轴向位移值，N 为采样总点数。各模型根据其位移-风荷载效率比计算得分 K2，如式（7）：（7）2max=35EK式中，E2 max 为所有模型中的最高效率比。（2）结构分析：满分为 10 分，由评审委员会在结构设计评审时评定，其中对本科一、二年级选手按结构概念设计进行评审。（3）造型：满分为 10 分。由评审委员会在结构设计评审时评定。（4）制作：满分为 5 分。由评审委员会在结构设计评审时评定。2、奖项设置（1）综合表现奖：本奖项用于奖励综合实力突出的优秀参赛队。将上述四部分分数相加后，根据总分高低，评选出奖项，当场宣布竞赛结果。（2）最佳结构分析奖：本奖项用于奖励结构分析
13、、设计的综合实力较强且设计意图在设计作品中得到充分实现的优秀参赛队伍。根据结构设计评审中结构分析部分的评分，评选出最佳结构分析奖。（3）最佳造型制作奖：本奖项用于奖励结构新颖美观、结构制作细致、精巧的优秀参赛队。根据结构设计评审中造型、制作部分评分总和，评选出最佳结构造型制作奖。注：以上奖项可以兼得，可以空缺。十一、组队1、要求每 3 人组成一队参赛，且必须在规定时间内向组委会报名；2、每人只允许参加一个参赛队伍，各队独立设计、制作。十二、此细则解释权归大赛组委会所有。十三、版权第 6 页/共 8 页1、本次比赛题目版权属于大赛组委会，未经许可，不得转让用于其他商业比赛等；2、本赛组委会拥有对各参赛队提交的作品进行出版或转让出版的权利。十四、技术支持本比赛由武汉大学土木建筑工程学院承办并提供技术支持。十五、附则本细则经武汉大学教务部、校团委审批，送发各评委老师、参赛队及其他相关人员。武汉大学第六届结构设计大赛组委会二零一三年五月 武汉 第 7 页/共 8 页附 图图 1 风洞示意图 M5螺 栓 椭 圆 孔(b) 钢压条（a）钢板竖向荷载块钢板工 作 台 固 定 孔 位模 型 安 装 定 位 孔 （ 带 螺 纹 ） ， M5螺 栓 ，孔 距 为 30m， 深 1， 共 83个第 8 页/共 8 页图 2 加载装置尺寸（单位： mm）
