结构大赛方案设计

“维纳斯”自立式塔吊

结构模型

设计方案

浙江大学结构设计竞赛组委会

二○○八年

“维纳斯”自立式塔吊设计说明书

日期：2008年5月29日

一、设计摘要

自立式塔吊是一种主要承受竖向荷载的工程工具，在建筑施工方面有巨大的用途。

本次大赛要求利用牛皮纸、卡发丝线、白胶等材料，设计并制作一个自立式塔吊结构模型，承受一定的竖向荷载。因此我们遵从本次大赛“新颖、轻巧、美观、实用”的比赛原则，并且从加载要求以及工程实用性出发，设计并制作了名为“维纳斯”的自立式塔吊。

我们设计制作的塔吊主要由立柱以及横梁组成，考虑到结构整体的稳定性，我们充分利用材料的各种力学性能。我们从塔吊的实际应用出发，想到了“斜拉桥”的结构外形，利用卡发丝线作为斜拉线作为竖向受力的构件，横梁做成三角形截面，提高其刚度。而立柱则仔细参考了关于塔吊结构设计方面的专业资料，采用斜杆作为抗扭的受力构件。

二、模型方案图

1、结构整体视图

图一：侧立面图二：正立面

图三：轴测图图四：俯视图

2、主要构件图

图五：立柱

图六：横梁

图七：横梁与斜拉线

3、节点详图

图八：立柱与连缀件连接

图九：横梁与丝线斜拉连接

三、计算书

1、计算模型

采用ANSYS进行分析，各节点编号如下：

图十：侧立面计算模型

图十一：正立面计算模型

2、结构计算分析

计算假定：立柱下部不能移动，但是可以有一定的转角，因此可视为铰接；横梁，立柱以及连接节点采取加强措施，可视为刚接；考虑到荷载的分布，计算时均采用空间梁单元Beam188.。

在结构自重方面，通过计算各杆件重量估算出结构自重。立柱长度为1130mm，卷纸宽度为210mm，横梁长度为1200mm，卷纸宽度为250mm，估算自重为572g，实际自重在600g以上。

（1）荷载分析

点A施加配重Q

A =29.4N（质量3kg的砝码），在加载作用点B施加Q

B

= 9.8N的竖向荷载，在加

载作用点C施加Q

CH

=19.6N的水平荷载；然后在作用点C施加竖向荷载。

（2）结构选型

经过以上分析，我们选用了如下图所示的结构

图十二：结构选图

（3）内力分析以及计算简图

ANSYS图形分析如下：

导出ANSYS分析数据如下：

PRINT U NODAL SOLUTION PER NODE

***** POST1 NODAL DEGREE OF FREEDOM LISTING *****

LOAD STEP= 0 SUBSTEP= 1

TIME= 1.0000 LOAD CASE= 0

THE FOLLOWING DEGREE OF FREEDOM RESULTS ARE IN THE GLOBAL COORDINATE SYSTEM

NODE UX UY UZ USUM

1 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000

2 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000

3 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000

4 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000

5 -0.1435

6 -0.16038 0.19234 0.28866

6 0.42000E-01 0.13741 0.22182 0.26429

7 0.47887E-01-0.85788E-01-0.21738 0.23855

8 -0.21860 -0.12466E-02-0.16798 0.27569

9 -0.14986 -0.26918 0.12483 0.33242

10 -0.65393E-01-0.13132 -0.56153E-01 0.15708

12 0.31491 0.26151 0.55469 0.68938

13 -0.57269 0.30465E-01-0.42343 0.71287

14 -0.25122E-02-0.32923 1.1001 1.1483

15 -0.37824 0.30035 1.0988 1.2003

16 -0.35412 -0.13502 -0.73470 0.82669

17 -0.90360E-02-0.18913E-01-0.76686 0.76715

18 0.28102 -0.35563 1.9859 2.0370

19 -0.98266 0.33693 1.7738 2.0556

20 -0.73855 -0.10542 -1.2046 1.4169

21 0.46254 -0.50089E-01 -1.0605 1.1580

22 0.63761 -0.38536 2.5185 2.6264

23 -1.2016 0.34061 2.5101 2.8037

24 -1.1672 -0.78063E-01 -1.3909 1.8174

25 0.54601 -0.10930 -1.3340 1.4455

26 0.86368 -0.38081 3.2562 3.3903

27 -1.5604 0.33654 3.2716 3.6402

28 -1.5938 -0.54813E-02 -1.7055 2.3343

29 0.69544 -0.16213 -1.6293 1.7789

30 1.0896 -0.38155 4.0248 4.1871

31 -1.9840 0.30361 4.0303 4.5024

32 -1.9796 0.45939E-01 -1.7714 2.6569