黑龙江省大学生结构设计
大赛
作品名称：塔吊
参赛队员:
指导老师：
目录
一．设计说明书 (3)
1.方案构思 (3)
2.结构选型 (4)
二．方案设计 (4)
1.CAD三维图 (4)
2.实体结构 (5)
3.节点祥图 (8)
三．计算书 (8)
1. 结构分析 (8)
（1）结构周期 (9)
（2）结构九模态 (11)
2.节点分析 (11)
3.位移计算 (11)
（1）位移表 (11)
（2）位移图 (12)
4.轴力图、弯矩图 (13)
（1）轴力图 (13)
（2）弯矩图 (14)
5. 结构计算假定、各单元性能参数和模型材料 (15)
四. 结构分析总结 (15)
五. 结语 (16)
一. 设计说明书
现代结构讲究结构和美学相适应，在满足结构功能的通时体现建筑美，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，体现了力与美的完美结合。
图1. 塔吊
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。
塔吊在我们建筑施工领域是不可却少的一部分，当下的塔吊种类也相对单一，所以设计出一个既美观又实用而且质量轻便的塔吊是一个重要的工作。
此次比赛我们致力于设计出一个最合理，质量最轻，且无多余联系的塔吊体系。
同时也希望能够在未来的生产生活中有很大的促进作用。
我们的结构采用两个三角形对插在一起撑起一个整体，塔身共8根主承重杆件，整个结构外观简洁、新颖。
2. 结构选型
从材料力学中我们学到，结构会受到拉、压、弯、剪、扭共四个力。
从力学可分析，三角形是最稳定的结构，我们的结构采用两个三角形，利用三角斜撑的稳定性，结构上部荷载就可逐层分解到下部支架，受力均匀，从而使整个结构稳定。
考虑到比赛中模型先后受到侧向荷载和竖向荷载，其中以侧向荷载为主要控制荷载，模型结构选择了框架和撑杆构成的体系，框架结构主要承受竖向荷载，撑杆主要承受侧向荷载，从而保证结构具有足够的侧向刚度，控制其侧向位移在规定范围内。
二.方案设计
1.CAD三维图
图2. 俯视图
图3. 正视图
图4.侧视图
2. 实体结构
方案一：如图5
图 5.方案一
我们小组最初选择方案一，是因为它结构简单，质量轻，但经过加载之后，发现该结构下部杆件抗弯强度不够，形变过大，故加载失败。
为了让结构承受住足够大的荷载，必须在柱体部分加杆件，用节点连接，增加其稳定性。
方案二：如图6
图6.方案二
图7.方案二
我们组结构的整体部分，通过在细部的优化使悬臂部的
力基本依轴力的方式传到立柱上，用竹条使结构的受力更加合理，尽量减少上部梁的剪力，使该结构具有较强的纵横向抗弯刚度和抗扭刚度，整体性好，稳定性高，自重小。
在大结构不变的情况下，我们对结构细部进行一定的修改。
方案二经试验加载之后，成功放置平衡配重和吊装配重共20kg。
方案三：如图8
图8.方案三
该方案较方案二质量轻，称重后仅105g。
该方案优点是底部抗压、抗弯能力较强，但经过加载之后实验失败，塔吊的梁发生严重扭曲，最后断裂。
之后我们小组成员一起讨论，对试验失败的原因进行了分析，决定增加梁的杆件数，增大抗扭强度，保证实验成功。
3.节点样图
节点的连接是设计一个塔吊结构最重要的部分，我们小组对每一组杆件的连接都进行了严格的设计。
具体的节点设计如图7。
图9.节点样图
杆件之间的连接，是整个结构相对来说较弱的部位，竹条的拉起会导致其在局部受折比较厉害，为了保持结构的稳定性，在连接点处必须进行有效的加固，确保其能承受住足够大的荷载，安全的工作。
此外，为了使面与面，点与面，点与点之间能够无缝连接，在接口处我们使用适量的木屑，然后滴入胶水，当木屑膨胀后可以大大的加固结构。
三．计算书
1. 结构分析
（1）结构周期
表1.结构周期表
振型数周期
1 0.36296
2 0.63665
3 0.84027
4 2.6762
5 2.7311
6 3.7578
7 5.4802
8 5.8018
9 7.6908
10 9.7829 （2）结构十模态
图10. 第一模态
图11. 第二模态
图13. 第三模态
图14. 第四模态
图15. 第五模态
图16. 第六模态
图17. 第七模态
图18. 第八模态
图19. 第九模态
2.节点分析：如图8
图21.节点图
3.位移计算
（1）位移表
表2.位移表
节点号X向位移Y向位移Z向位移
1 0.
2 -0.0 -0.1
2 1.1 -0.1 -11.2
3 1.0 -0.0 0.6
4 0.
5 -0.0 -0.1
5 0.5 0.0 -0.1
6 0.5 -0.0 0.0
7 0.5 0.0 0.0
8 0.0 0.0 0.0
9 0.1 0.0 -0.1
10 0.1 -0.0 -0.1
11 0.1 0.0 0.0
12 0.1 -0.0 0.0
13 0.6 0.0 0.1
14 0.3 -0.0 0.0
15 0.3 -0.0 0.0
16 0.3 0.0 0.0
17 0.3 0.0 0.0
18 0.3 0.1 -0.1
19 0.3 0.1 -0.1
20 0.7 -0.0 -0.2
21 0.3 -0.1 -0.1
22 0.3 -0.1 -0.1
23 1.0 -0.0 -0.2
24 1.0 -0.0 0.1
25 1.0 -0.0 0.1
26 1.0 0.0 -0.0
27 0.9 0.0 0.1
28 0.9 -0.0 0.1
29 0.9 -0.0 -0.2
30 0.9 0.0 -0.2
31 0.0 0.0 0.0
32 0.0 0.0 0.0
33 0.0 0.0 0.0 （2）位移图：如图22
图22. 合位移
4.轴力图、弯矩图
（1）轴力图：如图23
图23. 轴力图
（2）弯矩图：如图24
图24. 弯矩图
5.平衡配重合位移、平衡配重轴力图、平衡配重弯矩图
图25. 平衡配重合位移
图26. 平衡配重轴力图
图27. 平衡配重弯矩图
5. 结构计算假定、各单元性能参数和模型材料
竹条力学性能参数：弹性模量 1.0*104MPa，抗拉强度
60MPa。
模型安装底板：中密度板，厚度11mm，长、宽约为300mm。
502胶水、热熔胶及其他制作工具。
2.材料表3
表3.材料表
竹材规格竹材数量
900*1*6mm 37
900*3*6mm 21
四．结构分析总结
1.本结构利用工字钢来提高柱子的抗弯能力。
2.上梁与下梁、柱与柱之间，节点通过端点延伸用木屑粘结，再用胶水加固，这大大提高了梁和柱的稳定性。
五. 结语
开始阶段,由于我们认识不够深，对模型不够熟悉，也是第一次把书上的知识整合到实际上，所以我们做的模型不断地出现不同的缺点：
一:对杆和斜撑的形状特性了解不够，只能把三角形和正方形都尝试一遍。
二：对横杆的受压把握不准确，导致加载时，在不同的地方出现破坏。
三:节点的处理很粗糙，使得节点很容易脱落。
所以后来我们都在节点处加薄片，防止节点脱落，但是效果还不是很明显。
渐渐地，发现是做工的问题。
如果节点处和竹条连接处吻合度很好的，那么力就能够连续的传递，模型就不容易被破坏。
四：选材，因为竹条的种类有好多种，无论从拉杆还是压杆材料都是要经过选取，这样才能把模型破坏几率降到最低。
然而，在总结出这些心得之后，模型还是会出现相似的破坏。
我们只能不断地找原因，有时即使找出原因了，防止了类似的破坏。
接下来又会出现另外的破坏。
例如：开始首先加上荷载的一端发生很大的形变，起先由于手工的粗糙，节点都会脱落，等做工好了，接着其他地方又出现问题，或段或裂。
随着模型的变化，心情也不断的在变化着。
从开始的迷茫、无措，到现在的把握。
开始只能站在旁边听学长和老师的讲解到现在，也能将出破坏的原因。
伴随着时间，模型像有了生命一样，我们感谢这1个月多的时间，模型让我们学到了专业知识，同时也锻炼了我们。
我们意识到了团队合作的重要性，没有团队是不可能完成这样的模型的。
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。
在结构设计中我们的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。
在体力和智力协调发展的基础上实现实践能力更进一步的发展。