塔吊结构模型设计理论方案
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二○一四年十二月十四日
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目录
目录 ................................................................................................. 2 1．设计说明书 ............................................................................... 3
1.1方案构思 .................................................................................................. 3 1.2结构选型 .................................................................................................. 3
2.材料性能与制作经验 ................................................................... 3
2.1 材料力学性能指标 ................................................................................. 3 2.2 制作经验 ................................................................................................. 4
3．计算书 ....................................................................................... 4
3.1 计算模型整体效果图 ............................................................................. 4 3.2 结构计算假定和各个单元物理参数 ..................................................... 5 计算假定......................................................................................................... 5 3.3 构件截面尺寸 ....................................................................................... 5
4. 结语 .......................................................................................... 11
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1．设计说明书
本塔吊以纸和线为材料，充分利用线的弹性作用。而现代结构讲究结构与建筑美学相适应，在满足结构功能的同时体现建筑美，同时也传递一种精神，一种理念。这是本作品设计的源泉，打破传统塔吊的结构型式，具有极强的视觉冲击与震撼，体现了力与美的完美结合。以创新为支点，撑起未来的希望。
1.1方案构思
形象是结构内在品质物化的外在形态，是表现结构内涵和个性的形式和语言系统。为使我们的结构能给人留下特别的印象，考虑从各种技术手段上来表现结构形象。
我们的结构采用上面一个三三角形，作为一个支撑单元，撑起整体。塔身共有4根主承重杆件，塔顶有3根主选柱子作为首要支撑，整个结构外观简洁、新颖，赋予塔吊以生气。
1.2结构选型
初步设计时仔细的考虑了传统结构形式和材料用量，得出初步的方案采用以竖杆为主要承重杆件承受竖向荷载，辅以截面较小的斜向和水平支撑来承受水平荷载。
整体是一个近似实体塔吊的结构，本着大赛的宗旨，创新，我们将塔吊的吊臂结构制作成两部分，一个支点撑起整个吊臂，两个部分相互承载，将杆件的能力发挥的最大，主杆件连接多用三角形，三角形稳定，连接时保证a、b、c三点在一条直线，防止加载时偏心。拉力大的地方用纸带。我们的连接点都是刚结点，超静定模型比较稳固。下面支座主杆件之间用撑杆件连接，整体连接有几个优点：
（1）杆作为支撑杆可以有效增加结构抗扭刚度，减小结构水平位移。 （2）外形简洁大方。
（3）杆件的数量明显减少，节点加工方便。 （4）从整体看结构比较对称，简单稳定。
2.材料性能与制作经验 2.1 材料力学性能指标
查资料结合实际知道
1、230g白卡纸弹性模量与拉应力.压应力
弹性模量（MPa） 拉应力（MPa） 压应力（MPa） 56.9 22.2 7.0
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2、蜡线极限拉力
股数 1 2 3 4 5 6 极限力（N） 48 110 168 207 225 232
2.2 制作经验
经过我们多次的制作尝试，我们得出了以下几点经验：
（1）模具的选择。我们的结构杆件均是空心圆柱体，所以我们找到了直径12mm的钢管、直径8mm的钢管来卷各杆件。
（2）白卡纸纹线的合理。刚开始我们由于追求速度而随意量取规格进行卷纸，卷的过程我们发现当平行与纸张条纹卷的时候卷得顺且易，成品的刚度也相对较大；反之，当垂直与条纹卷时容易 使纸张褶皱且成品刚度低。
（3）胶水的使用很有讲究。胶水必须有一定的流动度，以便很好地涂抹，但不能太稀，否则很难控制粘贴。胶合的时候最好用工具对粘贴面施加一定的压力，这样可以保存粘贴良好，外表也美观。使用胶水时避免对胶水的揉搓，否则会使胶水发黄变黑影响美观。
（4）对于杆件和蜡线的预应力的施加，锚固也有讲究，可以使结构更加稳定，在受外力荷载时变形不会过大。
3．计算书
3.1 计算模型整体效果图
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3.2 结构计算假定和各个单元物理参数 计算假定
（1）因为杆件下部用大量胶水灌注，并用纸片固定，因而底部支座可以近似认为刚接。
（2）各杆件的连接节点，由于采取了加强措施，所以也应该视为刚接。 （3）我们的结构要受横向荷载作用，所以计算时主杆和支撑均采用空间杆件单元。
（4）计算时所有的荷载均等效为作用在节点上的集中荷载
3.3 构件截面尺寸
（1）主杆采用圆环截面
截面外直径（D）16mm 截面内直径（d）：12mm （2）支撑采用圆环截面
截面1外直径（D）10mm 截面1内直径（d）：8mm
3.4 结构计算简图
为计算简单，现将其简化为如下模型：
（一）荷载分析
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位移计算图
位移计算表
杆端位移值 ( 乘子 = 1)
----------------------------------------------------------------------------------------
杆端 1 杆端 2 --------------------------------- --------------------------------------
单元码 u -水平位移 v -竖直位移 -转角 u -水平位移 v -竖直位移 -转角 -------------------------------------------------------------------------------------------
1 -0.00000000 -0.00000034 0.00000001 -0.00000001 -0.00000015 0.00000000
2 -0.00000001 -0.00000015 0.00000000 -0.00000001 -0.00000010 0.00000000
3 -0.00000001 -0.00000010 0.00000000 -0.00000001 -0.00000005 0.00000000
4 -0.00000001 -0.00000005 0.00000000 -0.00000002 -0.00000001 0.00000000
5 -0.00000002 -0.00000001 0.00000000 -0.00000002 -0.00000000 0.00000000
6 -0.00000002 -0.00000000 0.00000000 -0.00000002 0.00000001 0.00000000
7 -0.00000002 0.00000001 0.00000000 -0.00000002 0.00000003 0.00000000
8 -0.00000002 0.00000003 0.00000000 -0.00000006 -0.00000000 0.00000000
9 -0.00000006 -0.00000000 0.00000000 -0.00000000 -0.00000034 0.00000001
10 -0.00000000 -0.00000034 0.00000001 -0.00000001 -0.00000015 0.00000000
6
11 -0.00000006 -0.00000000 0.00000000 -0.00000002 -0.00000000 0.00000000
12 -0.00000006 -0.00000000 0.00000000 -0.00000002 0.00000001 0.00000000
13 -0.00000006 -0.00000000 0.00000000 -0.00000002 -0.00000001 0.00000000
14 -0.00000001 -0.00000010 0.00000000 -0.00000006 -0.00000000 0.00000000
15 -0.00000001 -0.00000005 0.00000000 -0.00000004 -0.00000005 0.00000000
16 -0.00000004 -0.00000005 0.00000000 -0.00000002 0.00000000
17 -0.00000002 -0.00000001 0.00000000 -0.00000001 0.00000000
18 -0.00000001 -0.00000001 0.00000000 0.00000000 0.00000000
19 -0.00000002 0.00000001 0.00000000 -0.00000001 0.00000000
20 -0.00000001 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000
21 -0.00000002 0.00000001 0.00000000 -0.00000001 0.00000000
22 -0.00000001 -0.00000001 0.00000000 0.00000000 0.00000000
23 -0.00000001 -0.00000015 0.00000000 -0.00000006 0.00000000
--------------------------------------------------------------------------------------------
（二）内力分析
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-0.00000001 -0.00000001 0.00000000 0.00000000 0.00000000 -0.00000001 0.00000000 -0.00000000
内力计算表
杆端内力值 ( 乘子 = 1)
-----------------------------------------------------------------------------------------
杆端 1 杆端 2 ------------------------------------ ----------------------------------------
单元码 轴力 剪力 弯矩 轴力 剪力 弯矩
-------------------------------------------------------------------------------------------
1 -12.0000000 0.00000000 0.00000000 -12.0000000 0.00000000 0.00000000
2 -26.6000000 0.00000000 0.00000000 -26.6000000 0.00000000 0.00000000
3 -26.6000000 0.00000000 0.00000000 -26.6000000 0.00000000 0.00000000
4 -26.6000000 0.00000000 0.00000000 -26.6000000 0.00000000 0.00000000
5 -12.5500000 0.00000000 0.00000000 -12.5500000 0.00000000 0.00000000
6 -12.5500000 0.00000000 0.00000000 -12.5500000 0.00000000 0.00000000
7 -4.00000000 0.00000000 0.00000000 -4.00000000 0.00000000 0.00000000
8 5.65685425 0.00000000 0.00000000 5.65685425 0.00000000 0.00000000
9 24.7386337 0.00000000 0.00000000 24.7386337 0.00000000 0.00000000
10 -12.0000000 0.00000000 0.00000000 -12.0000000 0.00000000 0.00000000
11 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000
8
0.00000000
12 19.1183812 0.00000000 0.00000000 19.1183812 0.00000000 0.00000000
13 -31.4167550 0.00000000 0.00000000 -31.4167550 0.00000000 0.00000000
14 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000
15 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000
16 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000
17 -28.1000000 0.00000000 0.00000000 -28.1000000 0.00000000 0.00000000
18 -28.1000000 0.00000000 0.00000000 -28.1000000 0.00000000 0.00000000
19 17.1000000 0.00000000 0.00000000 17.1000000 0.00000000 0.00000000
20 17.1000000 0.00000000 0.00000000 17.1000000 0.00000000 0.00000000
21 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000
22 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000
23 2.78567766 0.00000000 0.00000000 2.78567766 0.00000000 0.00000000
-------------------------------------------------------------------------------------------
（三）弯矩分析图
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(四)剪力分析图
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4. 结语
感谢陈老师给我们参赛的机会。这次结构设计给了我们充分展示自我的发展空间，可自由发挥我们的爱好和特长。在社会实践中，我们根据自己的爱好和特长，充分展示自己，使自己的个性发展得到支持和鼓励，逐渐形成了自己的特色。还激发了我们的创新意识。在困难中，我经常会遇到“为什么”和“怎么做”，这就要求我要会质疑和反思，要求我们对问题要多方位、多角度地思考，从而激发蕴藏在我们身上的潜在创造性。
在结构设计中使我实践能力也得以发展。在结构设计中，我们自己动手操作、分析设计，面对陌生事物大胆创新，克服困难，实现目标。这就要我在此过程中实现手脑结合，体力劳动和脑力劳动相结合，在体力和智力协调发展的基础上实现实践能力更进一步地发展。
这次艰难坎坷的结构设计就像一剂强心针，调整了我们的情绪，磨练了我们的意志和品格，提高了承受能力和自调能力，从根本上消除心理上的自我干扰和相互磨擦。通过结构设计，让我们在学校里，学习掌握了一定的理论知识，结合了实践的问题，让我们不断的创新，在困难重提高自己，锻炼了我们意志。
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