畢業(yè)設(shè)計塔吊基礎(chǔ)設(shè)計專項方案

“云梯”設(shè)計說明書1設(shè)計構(gòu)思1.1造型構(gòu)思結(jié)構(gòu)形態(tài)具體二重性，首先，結(jié)構(gòu)形態(tài)具有合理的受力特征即理性邏輯，其次在于結(jié)構(gòu)形態(tài)具有明確的幾何特征即形態(tài)邏輯。如果能夠做到這兩方面的完美結(jié)合，不僅能使建筑物表現(xiàn)出優(yōu)美的形態(tài)，而且還能達到最為經(jīng)濟的效果。某著名建筑師曾說過：只有一個造型是最好的，那就是能清楚表現(xiàn)出經(jīng)濟原理的造型。所以我們這次結(jié)構(gòu)的選擇均是從塔吊結(jié)構(gòu)的受力特點出發(fā)去尋找最合理的形式1.2結(jié)構(gòu)體系的選擇在結(jié)構(gòu)設(shè)計中應(yīng)該合理布置結(jié)構(gòu)構(gòu)件，使得截面獲得相對最大的截面慣性矩，發(fā)揮材料的最大受力性能。主要構(gòu)件受力直接，荷載傳遞路徑明確。我們討論決定利用空間柱——桁架結(jié)構(gòu)體系，充份考慮白卡紙的抗拉壓性能強、抗彎剪性能弱的特性，結(jié)構(gòu)利用四根主桿作為主要結(jié)構(gòu)構(gòu)件，支撐豎向荷載。在各立面上用螺旋向上的斜撐相連。這樣使得四根主桿外的所有杠件主要以桁架杠形式出現(xiàn)。在無任何多余裝飾元素下，外露桁架桿的交錯布置，體現(xiàn)現(xiàn)代建筑簡潔、明快的風(fēng)格，蘊涵一種結(jié)構(gòu)與建筑相結(jié)合的“建構(gòu)美”。1.3特色說明常規(guī)結(jié)構(gòu)的橫撐是剛性構(gòu)件，這樣勢必要耗費很多的白卡紙，結(jié)構(gòu)模型的質(zhì)量隨著增加，為了充分發(fā)揮橫撐的作用又不用太多的材料，我們考慮利用紙帶在第二層張拉形成柔性撐。當(dāng)然對柔性撐的預(yù)張拉也是很有必要的，否則當(dāng)結(jié)構(gòu)側(cè)移超過了規(guī)定要求，橫撐卻還沒起作用，因此施工階段的控制也很講究：后張拉的紙帶要纏繞在先張拉的紙帶上后才再粘緊在對應(yīng)節(jié)點上，這樣才能保證柔性撐具有一定的預(yù)張力。2模型設(shè)計圖紙2.1結(jié)構(gòu)布置圖正立面圖1-1剖面圖2.2主要構(gòu)件詳圖和節(jié)點圖1節(jié)點詳圖2節(jié)點詳圖3理論分析3.1結(jié)構(gòu)計算簡圖的選取主要采用將模型簡化，近似等效成平面的鋼架體系進行計算，而計算部分運用如圖清華大學(xué)土木工程系結(jié)構(gòu)力學(xué)教研室開發(fā)的“結(jié)構(gòu)力學(xué)求解器”軟件進行大部分計算（圖1）。由于根據(jù)本模型加載方向得知主要承力方向為豎直方向。于是去掉豎平面以外的橫桿可以得到如圖的主結(jié)構(gòu)圖，且根據(jù)結(jié)構(gòu)本身特性，每個連接處采用紙片外層粘合來使轉(zhuǎn)角足夠小，可以將其假（圖1）設(shè)為剛接。而加載臺的固定裝置相當(dāng)于剛性約束，不會有轉(zhuǎn)角，所以在固定裝置處設(shè)計剛接。同時由于紙帶會在節(jié)點處轉(zhuǎn)動，因此在紙帶連接的地方用鉸接點。桿與桿連接的地方有用白乳膠連接，外層還有加一片紙片粘合，故可視為剛接。綜上所述則可以得到如圖2的基本計算模式（圖2）已知荷載：模型懸臂外端20kg砝碼（200N）。計算思路：由于計算模型可知作用在模型懸臂端的只能使集中力或者使線均布荷載，于是所有計算就是將頂部的20kg重物荷載集中力和線均勻分布荷載。截面性質(zhì)分析：各連接處的截面的增大不考慮用以結(jié)構(gòu)的安全富余，則基本的截面就是上面兩種截面，按照材料力學(xué)的計算方法計算量截面的抗拉的抗彎剛度：（1）由歷屆大賽組委提供的白卡紙力學(xué)性質(zhì)可知其彈性模量為1459MPa則易得抗拉剛度為EA柱=S柱*E，而S柱由幾何知識便可算得S柱=100mm2，所以EA=S*E=148.2*106*100/106=14820抗彎強度EI10091001009100333先求I:10091001009100333（圖3一層桿件俯視圖）（圖4二層桿件俯視圖）注：由于白乳膠占有厚度，且桿件的局部時三層甚至更多而局部地方則具有一層，故取厚度為3mm，下面計算截面時取兩層時為了結(jié)構(gòu)安全的富余。對于一層桿的截面，由圖3即可算得I=bh13/12-bh23/12=（10*103-9.4*9.43）/12=182.7對于兩層桿的截面，由圖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）相對于荷載來說使非常小的，所以計算過程中忽略模型重量，而且如此也是偏于安全的。3.2內(nèi)力分析內(nèi)力分析計算采用清華大學(xué)土木工程系開發(fā)的結(jié)構(gòu)力學(xué)求解器進行計算：（計算過程中的基本單位為：力，N；長度，mm）（1）計算模型輸入根據(jù)前面假定的計算模型輸入，如下程序代碼：結(jié)點,1,0,0結(jié)點,2,15,0結(jié)點,3,25,0結(jié)點,4,25,15結(jié)點,5,25,30結(jié)點,6,25,45結(jié)點,7,25,60結(jié)點,8,15,15結(jié)點,9,15,30結(jié)點,10,15,45結(jié)點,11,15,60結(jié)點,12,15,70結(jié)點,13,25,70結(jié)點,14,20,83結(jié)點,15,33,60結(jié)點,16,41,67結(jié)點,17,49,60結(jié)點,18,56,64結(jié)點,19,62,60結(jié)點,20,69,64結(jié)點,21,0,65結(jié)點,22,6,0單元,1,22,1,1,1,1,1,1單元,22,2,1,1,1,1,1,1單元,2,3,1,1,1,1,1,1單元,3,4,1,1,1,1,1,1單元,4,5,1,1,1,1,1,1單元,5,6,1,1,1,1,1,1單元,6,7,1,1,1,1,1,1單元,2,8,1,1,1,1,1,1單元,8,9,1,1,1,1,1,1單元,9,10,1,1,1,1,1,1單元,10,11,1,1,1,1,1,1單元,4,8,1,1,1,1,1,1單元,5,9,1,1,1,1,1,1單元,6,10,1,1,1,1,1,1單元,7,11,1,1,1,1,1,1單元,6,11,1,1,1,1,1,1單元,9,6,1,1,1,1,1,1單元,4,9,1,1,1,1,1,1單元,4,2,1,1,1,1,1,1單元,7,15,1,1,1,1,1,1單元,15,17,1,1,1,1,1,1單元,17,19,1,1,1,1,1,1單元,19,20,1,1,1,1,1,1單元,20,18,1,1,1,1,1,1單元,18,19,1,1,1,1,1,1單元,11,12,1,1,1,1,1,1單元,12,13,1,1,1,1,1,1單元,13,14,1,1,1,1,1,1單元,14,12,1,1,1,1,1,1單元,7,12,1,1,1,1,1,1單元,7,13,1,1,1,1,1,1單元,13,15,1,1,1,1,1,1單元,15,16,1,1,1,1,1,1單元,16,17,1,1,1,1,1,1單元,17,18,1,1,1,1,1,1單元,13,16,1,1,1,1,1,1單元,16,18,1,1,1,1,1,1單元,12,21,1,1,1,1,1,1單元,11,21,1,1,1,1,1,1單元,14,18,1,1,1,1,1,1單元,14,21,1,1,1,1,1,1單元,21,1,1,1,1,1,1,1位移約束條件由于模型固定屬于剛性固定，被固定的地方不會轉(zhuǎn)動，也沒有位移的趨勢，所以底部連接簡化為鉸接。豎桿的位置沒有豎向位移，但是可以視為轉(zhuǎn)動，所以設(shè)為鉸接點。結(jié)點支承,22,6,0,0,0,0荷載條件根據(jù)前面荷載分析里的荷載進行加載結(jié)點荷載,18,1,100,-90結(jié)點荷載,20,1,100,-90材料性質(zhì)根據(jù)前面荷載分析里的各個抗拉抗彎剛度對每個單元進行設(shè)置其材料性質(zhì)，其中均布質(zhì)量項為零，極限彎矩先設(shè)置為無窮大，以便算出各個彎矩，至于承載力，后面詳細分析。單元材料性質(zhì),1,39,1482,49437.62,0,-1,-1單元材料性質(zhì),40,42,889.2,7410,0,-1,-1內(nèi)力計算在結(jié)構(gòu)力學(xué)求解器中輸入以上所有程序代碼，并分別進行求解內(nèi)力即可得到如下數(shù)據(jù)靜荷載200N時各個桿的內(nèi)力桿端內(nèi)力值(乘子=1)桿端1桿端2----------------------------------------------------------------------------------單元碼軸力剪力彎矩軸力剪力彎矩---------------------------------------------------------------------------------------------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---------------------------------------------------------------------------------------------------------------圖4.200N豎向向荷載作用下下軸力圖圖5.2000N豎向荷載作作用下剪力圖圖位移數(shù)據(jù)（單單位：mm）桿端位移值值(乘子子=1))---------------------------------------------------------------------------------------------------------------桿端1桿桿端2--------------------------------------------------------------------------------------------------單元碼uu-水平位位移vv-豎直位位移?-轉(zhuǎn)角u-水水平位移v-豎豎直位移?--轉(zhuǎn)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.