毕业设计塔吊基础设计专项方案

“云梯”设计说明书1设计构思1.1造型构思结构形态具体二重性，首先，结构形态具有合理的受力特征即理性逻辑，其次在于结构形态具有明确的几何特征即形态逻辑。如果能够做到这两方面的完美结合，不仅能使建筑物表现出优美的形态，而且还能达到最为经济的效果。某著名建筑师曾说过：只有一个造型是最好的，那就是能清楚表现出经济原理的造型。所以我们这次结构的选择均是从塔吊结构的受力特点出发去寻找最合理的形式1.2结构体系的选择在结构设计中应该合理布置结构构件，使得截面获得相对最大的截面惯性矩，发挥材料的最大受力性能。主要构件受力直接，荷载传递路径明确。我们讨论决定利用空间柱——桁架结构体系，充份考虑白卡纸的抗拉压性能强、抗弯剪性能弱的特性，结构利用四根主杆作为主要结构构件，支撑竖向荷载。在各立面上用螺旋向上的斜撑相连。这样使得四根主杆外的所有杠件主要以桁架杠形式出现。在无任何多余装饰元素下，外露桁架杆的交错布置，体现现代建筑简洁、明快的风格，蕴涵一种结构与建筑相结合的“建构美”。1.3特色说明常规结构的横撑是刚性构件，这样势必要耗费很多的白卡纸，结构模型的质量随着增加，为了充分发挥横撑的作用又不用太多的材料，我们考虑利用纸带在第二层张拉形成柔性撑。当然对柔性撑的预张拉也是很有必要的，否则当结构侧移超过了规定要求，横撑却还没起作用，因此施工阶段的控制也很讲究：后张拉的纸带要缠绕在先张拉的纸带上后才再粘紧在对应节点上，这样才能保证柔性撑具有一定的预张力。2模型设计图纸2.1结构布置图正立面图1-1剖面图2.2主要构件详图和节点图1节点详图2节点详图3理论分析3.1结构计算简图的选取主要采用将模型简化，近似等效成平面的钢架体系进行计算，而计算部分运用如图清华大学土木工程系结构力学教研室开发的“结构力学求解器”软件进行大部分计算（图1）。由于根据本模型加载方向得知主要承力方向为竖直方向。于是去掉竖平面以外的横杆可以得到如图的主结构图，且根据结构本身特性，每个连接处采用纸片外层粘合来使转角足够小，可以将其假（图1）设为刚接。而加载台的固定装置相当于刚性约束，不会有转角，所以在固定装置处设计刚接。同时由于纸带会在节点处转动，因此在纸带连接的地方用铰接点。杆与杆连接的地方有用白乳胶连接，外层还有加一片纸片粘合，故可视为刚接。综上所述则可以得到如图2的基本计算模式（图2）已知荷载：模型悬臂外端20kg砝码（200N）。计算思路：由于计算模型可知作用在模型悬臂端的只能使集中力或者使线均布荷载，于是所有计算就是将顶部的20kg重物荷载集中力和线均匀分布荷载。截面性质分析：各连接处的截面的增大不考虑用以结构的安全富余，则基本的截面就是上面两种截面，按照材料力学的计算方法计算量截面的抗拉的抗弯刚度：（1）由历届大赛组委提供的白卡纸力学性质可知其弹性模量为1459MPa则易得抗拉刚度为EA柱=S柱*E，而S柱由几何知识便可算得S柱=100mm2，所以EA=S*E=148.2*106*100/106=14820抗弯强度EI10091001009100333先求I:10091001009100333（图3一层杆件俯视图）（图4二层杆件俯视图）注：由于白乳胶占有厚度，且杆件的局部时三层甚至更多而局部地方则具有一层，故取厚度为3mm，下面计算截面时取两层时为了结构安全的富余。对于一层杆的截面，由图3即可算得I=bh13/12-bh23/12=（10*103-9.4*9.43）/12=182.7对于两层杆的截面，由图4即可算得I=bh13/12-bh23/12=（10*103-8.8*8.83）/12=333.59于是由公式得EI1=148.2*106*182.7/106=10395.63EI2=148.2*106*333.59/106=49437.62由于模型的重量（一般200g左右即2N不到，甚至更少）相对于荷载来说使非常小的，所以计算过程中忽略模型重量，而且如此也是偏于安全的。3.2内力分析内力分析计算采用清华大学土木工程系开发的结构力学求解器进行计算：（计算过程中的基本单位为：力，N；长度，mm）（1）计算模型输入根据前面假定的计算模型输入，如下程序代码：结点,1,0,0结点,2,15,0结点,3,25,0结点,4,25,15结点,5,25,30结点,6,25,45结点,7,25,60结点,8,15,15结点,9,15,30结点,10,15,45结点,11,15,60结点,12,15,70结点,13,25,70结点,14,20,83结点,15,33,60结点,16,41,67结点,17,49,60结点,18,56,64结点,19,62,60结点,20,69,64结点,21,0,65结点,22,6,0单元,1,22,1,1,1,1,1,1单元,22,2,1,1,1,1,1,1单元,2,3,1,1,1,1,1,1单元,3,4,1,1,1,1,1,1单元,4,5,1,1,1,1,1,1单元,5,6,1,1,1,1,1,1单元,6,7,1,1,1,1,1,1单元,2,8,1,1,1,1,1,1单元,8,9,1,1,1,1,1,1单元,9,10,1,1,1,1,1,1单元,10,11,1,1,1,1,1,1单元,4,8,1,1,1,1,1,1单元,5,9,1,1,1,1,1,1单元,6,10,1,1,1,1,1,1单元,7,11,1,1,1,1,1,1单元,6,11,1,1,1,1,1,1单元,9,6,1,1,1,1,1,1单元,4,9,1,1,1,1,1,1单元,4,2,1,1,1,1,1,1单元,7,15,1,1,1,1,1,1单元,15,17,1,1,1,1,1,1单元,17,19,1,1,1,1,1,1单元,19,20,1,1,1,1,1,1单元,20,18,1,1,1,1,1,1单元,18,19,1,1,1,1,1,1单元,11,12,1,1,1,1,1,1单元,12,13,1,1,1,1,1,1单元,13,14,1,1,1,1,1,1单元,14,12,1,1,1,1,1,1单元,7,12,1,1,1,1,1,1单元,7,13,1,1,1,1,1,1单元,13,15,1,1,1,1,1,1单元,15,16,1,1,1,1,1,1单元,16,17,1,1,1,1,1,1单元,17,18,1,1,1,1,1,1单元,13,16,1,1,1,1,1,1单元,16,18,1,1,1,1,1,1单元,12,21,1,1,1,1,1,1单元,11,21,1,1,1,1,1,1单元,14,18,1,1,1,1,1,1单元,14,21,1,1,1,1,1,1单元,21,1,1,1,1,1,1,1位移约束条件由于模型固定属于刚性固定，被固定的地方不会转动，也没有位移的趋势，所以底部连接简化为铰接。竖杆的位置没有竖向位移，但是可以视为转动，所以设为铰接点。结点支承,22,6,0,0,0,0荷载条件根据前面荷载分析里的荷载进行加载结点荷载,18,1,100,-90结点荷载,20,1,100,-90材料性质根据前面荷载分析里的各个抗拉抗弯刚度对每个单元进行设置其材料性质，其中均布质量项为零，极限弯矩先设置为无穷大，以便算出各个弯矩，至于承载力，后面详细分析。单元材料性质,1,39,1482,49437.62,0,-1,-1单元材料性质,40,42,889.2,7410,0,-1,-1内力计算在结构力学求解器中输入以上所有程序代码，并分别进行求解内力即可得到如下数据静荷载200N时各个杆的内力杆端内力值(乘子=1)杆端1杆端2----------------------------------------------------------------------------------单元码轴力剪力弯矩轴力剪力弯矩---------------------------------------------------------------------------------------------1-14.3764133270.916907666.926338-14.3764133270.9169072292.427782-14.3764133470.916907-9007.57221-14.3764133470.916907-4769.320053-76.5758256212.666956-1854.07686-76.5758256212.666956272.5927004-212.666956-76.5758256272.592700-212.666956-76.5758256-876.0446835-257.280309-3.94072137-595.115723-257.280309-3.94072137-654.2265436-265.081819-11.2074951-581.310027-265.081819-11.2074951-749.4224557-294.246806-122.963118-66.8177476-294.246806-122.963118-1911.264528-75.252721920.5617042-998.298251-75.252721920.5617042-689.8726879-68.70279746.37882406-679.920199-68.70279746.37882406-584.23783910-58.7301241-2.33079083-704.436502-58.7301241-2.33079083-739.39836411-60.430881546.7389288-866.637903-60.430881546.7389288-165.5539711214.18288026.54992445-55.546757214.18288026.549924459.9524872813-7.266773817.80151033-72.9165158-7.266773817.801510335.0985874914-49.0697196-1.70075743-110.231964-49.0697196-1.70075743-127.23953915-86.039752247.6397863352.483111-86.039752247.6397863828.88097516-131.023849-13.0174572-377.942748-131.023849-13.0174572-612.61829517-122.86363780.9017880-1264.04773-122.86363780.9017880194.42999418-111.265196-94.3853305312.210762-111.265196-94.3853305-1389.3449819-129.166453136.153265-537.592966-129.166453136.1532651916.9449420-2377.0570067208..5941338--2471..008355-237..0570667208.55941388-8802.255523921-1322.350003971.999912221--1508..443311-132..350033971.999912211-3356.455736222-47..9312554864.882605112--800.33952766-47.99312544864.822605122442.3433390523-33..6094995035.887468771--351.00194333-33.66094955035.877468711-661.788845912411..3823884452.117706997--61.78884591111.33823844452.1777069776616.51134472520..97886637-34.442111774--145.1148616620.997886337--34.422111744-3393.366282326-34..64910001133..6535770--962.00549455-34.664910001133.665357003374.48807562742..62377735-70.889998339--104.4454054442.662377335--70.899998399-8813.455389428-25..23762240-95.998488009723.66089255-25.223762440--95.988488099-6613.30057642911..33103349124..6508881--593.7734765511.333103449124.6650881111142.44511030-48..83779907-35.991724336463.99096977-48.883779007--35.911724366-444.0366833231-73..3615994518.991799009--256.66489799-73.33615944518.911799099-667.4699070532-39..39896612-81.551076333--373.99253944-39.339896112--81.511076333-11417.77724833-85..58046627-1.9119940441--711.55844055-85.558046227--1.9199940411-7731.99936513415..26902224-7.0889690440--644.0009540015.226902224--7.0899690400-7719.377398235-65..16569904-23.554061774--275.44360688-65.116569004--23.544061744-4465.2226594361066.08377316.6999136994--1230..606499106..08373316.6999136944-11121.5552443735..7592337770.668514559--1209..53655535.77592377770.688514599-1128.26617433860..72854437-118..16862291577..34908860.772854337--118.11686299-2291.066100139-87..68991199-70.2256561141012..763655-87.668991999--70.255656144-998.09001193401055.9231182-2.8009092113--53.822607733105..9231882--2.8099092133-1168.214777393.244654211934.25550788871.2214773393.24665421991121.6110595422700.916990714.337641333--267.55405255270..916900714.3776413336666.9226338---------------------------------------------------------------------------------------------------------------图4.200N竖向向荷载作用下下轴力图图5.2000N竖向荷载作作用下剪力图图位移数据（单单位：mm）杆端位移值值(乘子子=1))---------------------------------------------------------------------------------------------------------------杆端1杆杆端2--------------------------------------------------------------------------------------------------单元码uu-水平位位移vv-竖直位位移?-转角u-水水平位移v-竖竖直位移?--转角---------------------------------------------------------------------------------------------------------------10.00582044100.6337382886--000000000000.000000000000.00000000020.00000000000.00000000000.0000000000-0.0887306115--6.2211785577-11.2540025083-0.0087306615-6.2221785557--1.2544025088-0.6004012113--19.922025044-11.4139972524-0.6604012213-19.992025004--1.413397252220.885654228--22.077275000-11.505552001520..85654428-22.007275000--1.505552001144.883842227--24.677680177-11.695005314644..83842227-24.667680117--1.695505314471.771456446--27.355981611-11.896993368771..71456646-27.335981661--1.8966933688101..7196991--30.333802266-22.1970021298-0.0087306615-6.2221785557--1.254402508820.776084119--6.9833452799-11.510113130920..76084419-6.9883452779--1.510013130044.888745663--7.6788825244-11.7019912081044..88745563-7.6778825224--1.701191208872.004566993--8.2733259699-11.9209950971172..04566693-8.2773259669--1.9200950977102..3002556--8.8844908299-22.0775541011220..85654428-22.007275000--1.505552001120.776084119--6.9833452799-11.5101131301344..83842227-24.667680117--1.695505314444.888745663--7.6788825244-11.7019912081471..71456646-27.335981661--1.896693368872.004566993--8.2733259699-11.920995097151011.7196691-30.333802226--2.1977021299102..3002556--8.8844908299-22.0775541011671..71456646-27.335981661--1.8966933688102..3002556--8.8844908299-22.0775541011744..88745563-7.6778825224--1.701191208871.771456446--27.355981611-11.8969933681820..85654428-22.007275000--1.505552001144.888745663--7.6788825244-11.7019912081920..85654428-22.007275000--1.5055520011-0.0887306115--6.2211785577-11.254002508201011.7196691-30.333802226--2.1977021299100..4400330--49.155357777-22.461886119211000.4400030-49.115357777--2.461186119999.001115006--91.455468911-22.7636639582299..01115506-91.445468991--2.763363958898.559070110--128.22699155-22.8633307352398..59070010-128..2699115--2.8633307355109..9682224--148.55491066-22.896996758241099.9682224-148..5491006--2.8966967588109..8683778--111.11693744-22.824003299251099.8683378-111..1693774--2.824403299998.559070110--128.22699155-22.863330735261022.3002256-8.8884908229--2.0777541011123..5980885--9.1188707899-22.136996683271233.5980085-9.1118707889--2.1366966833123..8856995--30.833304011-22.229880180281233.8856695-30.883304001--2.2299801800152..4492221--20.100120011-22.214226357291522.4492221-20.110120001--2.2144263577123..5980885--9.1188707899-22.136996683301011.7196691-30.333802226--2.1977021299123..5980885--9.1188707899-22.136996683311011.7196691-30.333802226--2.1977021299123..8856995--30.833304011-22.229880180321233.8856695-30.883304001--2.2299801800100..4400330--49.155357777-22.461886119331000.4400030-49.115357777--2.4611861199117..7517226--69.877056811-22.617006127341177.7517726-69.887056881--2.617706127799.001115006--91.