经郑州航院土木建筑工程学院大学生结构设计竞赛委员会研究决定，第三届郑州航院大学生结构设计竞赛由土建学院承办。现将有关事项通知如下：

一、竞赛时间：2017年5月26日。

二、参赛范围：土建学院组建的7支建模团队。

三、奖项设置：本次竞赛选出一等奖两队、二等奖三队和三等奖三队。

郑州航院土木建筑工程学院办公室：

电话：0371-60632096

电子邮件：345170458@qq.com

附件：1、郑州航院第三届大学生结构模型设计竞赛方案

二O一七年五月二十日

附件1

郑州航院第三届大学生结构设计竞赛

一赛题背景

塔吊是建筑工地上最常用的一种起重设备，又名“塔式起重机”。塔吊在现代社会生产中有着广泛的应用，它能够更快、更便捷的实现货物、材料的水平和垂直运输，它是高层、超高层建筑施工的主要施工机械。由于塔吊高空作业多、工作面小、容易发生事故，因此，塔吊结构运行时的安全性和可靠性就显得非常重要。实际工程中，由于塔吊属于高耸结构，其高度从几十米到一百多米不等，在起吊过程中通常会受到风荷载和起吊重物所引起的倾覆力矩及冲击荷载的作用，如果操作不当，极易发生倒塌破坏（如图1所示）。

图1 塔吊破坏事故

通常，塔吊按其回转形式可分为上回转（塔身不回转）和下回转（塔身回转）两种。下回转塔式起重机具有结构简单，重心低，运转灵活，速度快，效率高等特点。适用于砖混砌块结构和大板建筑的工业厂房、民用住宅的垂直运输作业。近年来，塔吊倒塌事故时有发生，导致严重的财产损失和人员伤亡。因此，为保证安全和正常使用，必须保证建筑塔吊的可靠性和安全性。

本赛题基于上述背景，要求参赛队在规定的时间内，使用限定的材料，按照赛题的要求，完成塔吊结构模型的设计、制作，并进行吊装测试。此赛题将能较好的培养和锻炼参赛者在土木工程结构、材料、力学、设计、制作及专业软件使用等方面的能力，同时还能较好的拓展土木工程专业学生的知识面，培养参赛者的团队协作能力、语言表达能力等。

二 模型的制作材料

模型制作材料包括：

1.竹皮：0.5mm厚2张，0.35mm厚2张，0.2mm厚2张。竹皮材料生产厂家的联系方式由竞赛承办单位另行公布。

2.粘结材料：502胶7瓶，热熔胶棒2根。粘结材料生产厂家的联系方式由竞赛承办单位另行公布。

三模型的制作工具

热熔胶枪一支，三角板两套（35厘米，45°及30°），得力钢直尺两个（1米长），张小泉剪刀三把，美工刀三把，砂纸8张（粗、细各四张），活动铅笔3支，橡皮3个，镊子3支。制作工具由竞赛承办单位在模型制作期间提供。

四模型的尺寸控制

模型的所有构件和节点在起吊重物和配重安装之前限定在图2所示的虚线轮廓范围内，构件和节点不得超出轮廓范围。

模型底部的底板由竞赛承办单位提供，底板的长度、宽度和厚度分别为400mm、400mm和12mm。底板的四角距板边40mm处留设有四个螺栓固定孔。参赛队不得对底板进行任何加工处理。否则，一经查实，取消参赛资格。

参赛队员须在模型悬臂部分设置3个加载位置1、2、3和配重位置。其中，配重位置距模型底板中点垂线的x方向水平距离为350mm，加载位置1、2、3到模型底板中点垂线的x方向水平距离分别为250mm、500mm和750mm。允许误差为+5mm。

参赛队须在加载位置1、2、3处各设置吊绳1个（吊绳在模型上的固定点高度z各参赛队自行设计，赛题中不做过多限制，但吊绳只允许出现在竖直方向，吊点位置不得超出虚线轮廓范围），吊绳采用轮胎线。吊绳下部应设吊环，用于悬挂起吊重物Q，起吊点q₁、q₂和q₃坐标分别为q₁（250，0，500）、q₂（500，0，500）、q₃（750，0，500）；配重点g的坐标为（350，0，780）。

图2 模型的尺寸控制及加载示意图

旋转台座和加载砝码由竞赛承办单位提供。在正式加载测试前，参赛者应将模型与底板连接完好，然后使用承办方提供的螺栓将模型底板固定在加载架上。现场裁判人员对模型尺寸、位置、起吊点位置等进行规定性检查，参赛模型通过检查之后，取得加载资格，然后由参赛者安装配重和起吊重物。没有通过上述检查的模型，视为无效模型，不能进入加载环节。

五模型的加载测试

模型加载采用动、静荷载相结合的方式。正式加载前，应先由参赛者在配重点g悬挂G＝5kg的配重，并在整个加载过程中始终保持不变。加载点q₁、q₂、q₃所对应的起吊重物的质量分别为Q₁＝6kg，Q₂＝4kg和Q₃＝3kg。旋转方向规定：自上而下进行俯视，“＋”为顺时针，“－”为逆时针。

加载共分为三级：

①第一级加载：竖向加载＋水平冲击荷载I

仅在起吊点q₁悬挂起吊重物Q₁。先行旋转+180°停顿5s后再旋转-180度，旋转速度为15°/s；

②第二级加载：竖向加载＋水平冲击荷载II

仅在起吊点q₂悬挂起吊重物Q₂。先行旋转+180°停顿5s后再旋转-180度，旋转速度为15°/s；

③第三级加载：竖向加载＋水平冲击荷载＋竖向冲击荷载

仅在起吊点q₃悬挂起吊重物Q₃，先行旋转+180°（旋转速度仍为15°/s）停顿5s后由参赛选手迅速剪断吊绳，迅速卸载，实现竖向冲击加载；

六模型制作、安装、加载程序及规定

1.模型的制作材料只能使用竹皮，构件内部和构件之间的连接只能使用502胶，模型与底板连接只能使用热熔胶。配重和起吊重物直接悬挂在吊环上，参赛队提交的参赛模型上应将起吊点设置在指定位置。模型质量包括模型构件及粘结材料的质量，不含砝码和底板的质量。模型质量（M）为参赛队提交的与底板连接完好的模型总质量减去底板的质量。

2.模型在加载前，由规定人员对模型进行尺寸和位置检查，模型超出规定轮廓、起吊点的初始悬挂位置不符合规定者，视模型为无效模型，不得进入加载环节。每级加载完成将起吊重物Q卸下（卸荷过程中不得触碰模型，限时10秒）、模型变形稳定（模型变形稳定时间为卸载后10秒）后，由现场裁判人员对模型进行尺寸和位置检查，模型超出规定条件时，视本级加载未通过，并不得进入下一级加载。

模型出现下列情况，视为本级加载未通过：

①前两级起吊重物Q卸载后，开始对模型变形进行测量，不得超出虚线范围（允许误差5mm）。

②最后一级剪断吊绳后静置10s，对模型变形进行测量，模型不得超出虚线范围（允许误差5mm）。

③加载过程中，出现起吊重物或配重掉落。

④加载过程中或加载完成后，模型倒塌。

3.竞赛程序

（1）参赛队提交资料：模型的结构计算、制作等说明书（包括纸质版八份和PDF格式电子牌一份，需匿名）和模型设计、计算。

（2）模型制作：参赛队领取制作材料、工具和底板，在规定的工作空间、工作时间（限定为16个小时）内独立完成模型的制作和安装。

（3）模型提交：由裁判人员对模型进行检查，符合要求者取得加载资格，并对模型进行称重。

（4）模型固定：参赛队须在规定时间内（限时2分钟），按指定方向自行将模型安装在指定的加载装置上。并由裁判人员对模型进行检查，符合要求者方可悬挂配重（限时3分钟），并进入加载环节。

（5）参赛队的模型介绍和评委答辩：参赛队员应先对模型设计、制作等情况进行简要介绍（限时5分钟），然后回答评委的提问。

（6）模型加载：由参赛队员自行准备起吊重物的悬挂，准备完毕后举手示意并开始旋转。每级加载结束后，由裁判人员进行模型检查，加载通过者方可进入下级加载。加载完成后，模型出现构件局部破坏、开裂、拉条断裂等，但模型稳定，除断裂的拉条外，其余构件均在限定范围之内，视模型通过加载。

4.参赛队总成绩的计分方法

总分为100分，计分项和每项的满分值如下：

（1）模型的结构计算、制作等说明书：10分。

（2）模型制作质量：5分。

（3）参赛队的模型及设计介绍：5分。

（4）回答评委提问及答辩情况：5分。

（5）加载成绩：共75分

第一级加载：第i个参赛队成绩为30M_min-1/M_i，M_i为通过一级加载的第i个参赛队的模型质量，M_min-1为通过第一级加载的所有参赛队的模型质量的最小值。

第二级加载：第j个参赛队成绩为25_Mmin-2/M_j，M_j为通过二级加载的第j个参赛队的模型质量，M_min-2为通过第二级加载的所有参赛队的模型质量的最小值。

第三级加载：第k个参赛队成绩为20M_min-3/M_k，M_k为通过三级加载的第k个参赛队的模型质量，M_min-3为通过第三级加载的所有参赛队的模型质量的最小值。