建筑結構模型設計中的選型與設計

摘 要：利用模型結構進行模擬加載找出結構缺陷，完善結構設計從而達到對結構優(yōu)化的效果。文章以2014年遼寧省大學生結構設計大賽的賽題為例，對結構進行選型，并利用Midas三維模型構筑軟件建立立體模型圖，通過軟件模擬加載，分析模型的受力狀態(tài)并不斷地優(yōu)化模型結構。

關鍵詞：建筑結構；模型設計；結構選型

隨著新時期經濟與技術的不斷革新與發(fā)展，對于結構設計的要求也在不斷地提高。既需要結構滿足功能方面的要求即我們所說的適用原則，還需要在結構設計中滿足安全、經濟、美觀等原則，所以在設計和修改過程中就提出了實物模型模擬的方法。結構模型設計就是把二維的平面圖轉化為立體空間的過程，通過構筑結構實體模型并對模型結構進行模擬加載，從中找出結構缺陷并完善結構設計，從而達到對結構優(yōu)化的效果。文章以2014年遼寧省大學生結構設計大賽的賽題“附著式塔吊結構模型的設計”為例。

1 結構選型

結構形式有桁架結構、剛架結構、拱形結構、薄殼結構、網(wǎng)架結構、網(wǎng)殼結構、懸索結構、薄膜結構、混合空間結構等多種形式。每種結構形式都有各自的特點和不足，有其各自的適用范圍，所以要結合建筑結構設計的具體情況進行結構選型。針對本賽題“附著式塔吊結構模型的設計”有如下結構形式。

1.1 上端懸臂采用三角桁架結構

在懸臂端中集中荷載作用下，采用穩(wěn)定性較高的三角形桁架，能較好的適應結構加載過程，非常符合設計要求，且撓度控制較好。（如圖1）

圖1 三角桁架結構

1.2 上端懸臂采用矩形桁架結構

結合了鋼梁和工字梁二者的優(yōu)點，造型較為優(yōu)美，結構堅實可靠，承載能力強。造型如圖2，但桿件較多，節(jié)點也復雜，整體重量較重，制作難度大，考慮到紙材的特點，用于懸臂端缺陷較大。

圖2 矩形桁架結構

1.3 上端懸臂采用拱形結構

相比于其他桁架結構，拱形的桁架更能承受彎矩和剪力并且造型獨特優(yōu)美，但是結構更加復雜，并且與塔身接合處工藝復雜，難加工，質量難保證，荷載引起的撓度會很大，所以首先排除了這種模型設計。

綜上，最終確定整體桁架結構構筑，塔身為綴條式格構桁架結構，懸臂端為簡單的桁架體系。并配合吊索構型及加固。

2 模型的設計與構建

模型的構建可以運用Midas三維模型構筑軟件建立立體模型圖，通過軟件模擬加載分析模型的受力狀態(tài)并不斷地優(yōu)化模型結構。（如圖3）

3 效果分析

該設計充分考慮實體結構的特點，在充分滿足功能的前提下，保證結構在一定的荷載作用下不發(fā)生破壞，同時力爭荷載與模型自重的比值最大，綜合這幾方面的考慮，對模型進行了優(yōu)化，并利用給定模型材料的特點，白卡紙某種意義上抗壓能力較強，鉛發(fā)絲線要利用其抗拉能力，所以在結構中要充分利用材料的力學性能。在整體結構中，要考慮到梁與柱受力的不同，所以要根據(jù)其破壞的特點，對結構進行設計。

4 結束語

根據(jù)2014年遼寧省大學生結構設計大賽的賽題，對“附著式塔吊結構模型”進行設計，通過對上端懸臂采用三角桁架結構、矩形桁架結構和拱形結構進行對比，分析采用不同結構的利弊，最終確定整體桁架結構構筑，塔身為綴條式格構桁架結構，懸臂端為簡單的桁架體系，并配合吊索構型及加固。利用Midas三維模型構筑軟件建立立體模型圖，分析結構優(yōu)化后模型的特點，確保模型破壞前荷重比達到最大。

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