参赛作品
塔吊结构模型设计理论方案
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 ............................................................................ 4
2.1 材料力学性能指标......................................................................................... 4 2.2 制作经验......................................................................................................... 4
3．计算书 ................................................................................................... 5
3.1 计算模型整体效果图..................................................................................... 5 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
3. 3 结构计算简...................................................................................................6
4. 结语 ..................................................................................................... 10
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。
3
（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 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。
4
3．计算书
3.1 计算模型整体效果图
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
5
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
位移计算图
位移计算表
杆端位移值 ( 乘子 = 1)
---------------------------------------------------------------------------------------- 杆端 1 杆端 2
--------------------------------- --------------------------------------
6
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 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 -0.00000001 0.00000000 17 -0.00000002 -0.00000001 0.00000000 -0.00000001 -0.00000001 0.00000000 18 -0.00000001 -0.00000001 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 19 -0.00000002 0.00000001 0.00000000 -0.00000001 0.00000000 0.00000000 20 -0.00000001 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 21 -0.00000002 0.00000001 0.00000000 -0.00000001 -0.00000001 0.00000000 22 -0.00000001 -0.00000001 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 23 -0.00000001 -0.00000015 0.00000000 -0.00000006 -0.00000000 0.00000000 --------------------------------------------------------------------------------------------
（二）内力分析
7
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 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
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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
(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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