工程力学大作业-5.docx
2023年工程力学大作业专业：组员：东方明珠电视塔工程介绍一、案例背景：东方明珠电视塔是中国上海市的一座标志性建筑，坐落于陆家嘴金融贸易区，是上海市的地标之一。该电视塔建于1991年，于1995年竣工，由上海市东方明珠集团设计建造。它以其独特的设计和壮观的外观而成为上海市天际线中的一颗璀璨明珠。东方明珠电视塔的总高度达到468米，共有15层，其中包括一个室外观光平台，提供360度全景视野，游客可以俯瞰上海市区的美丽景色。电视塔的设计灵感源自传统的中国灯笼和明珠元素，形态独特，给人以现代和传统相结合的感觉。在夜晚，东方明珠电视塔灯光璀璨，夜幕降临时，塔身亮起了五彩斑斓的LED灯，犹如一座梦幻的水晶宫殿。这使得电视塔不仅在白天显得雄伟壮观，在夜晚也成为上海市夜间风景线的一部分。电视塔的塔顶设有一颗直径为45米的巨大金球，象征着“东方之珠”的寓意。金球内部设有旋转餐厅，游客在就餐的同时可以欣赏到上海市夜晚的美景，增添了游览的特色和乐趣。作为上海市的象征之一，东方明珠电视塔吸引着数以百万计的游客前来参观，成为上海市的重要旅游胜地之一。其独特的建筑设计和在城市天际线中的显眼地位，使其成为中国乃至亚洲最具代表性的城市标志之一。二、力学应用分析从工程力学的角度对上海东方明珠电视塔进行力学分析涉及多个力学原理和效应。1 .结构力学：电视塔作为一座高塔，其结构力学是一个重要的考虑因素。在设计和分析中，使用结构力学的原理，如梁和柱的理论,来确保电视塔的结构稳定性和强度。这包括对各个结构部件，如支撑柱、梁和框架等的受力分析。2 .抗风设计：电视塔高耸于上海市的天际线，因此在设计中必须考虑到风载荷。风是一种水平方向的外部力，因此需要通过风力学原理来分析塔结构的稳定性，并采取相应的措施，如风桅、减风档等,以减小风对电视塔的影响。3 .地震分析：上海地区存在地震风险，因此电视塔的设计需要考虑地震荷载。通过地震工程力学原理，可以评估地震对结构的潜在影响，并设计相应的防护措施，如减震器、加劲结构等。4 .材料力学：在电视塔的材料选择和设计中，材料力学的原理是至关重要的。工程师需要考虑材料的强度、刚度、蠕变性等性质，以确保所选材料能够承受各种外部力的作用而不失稳定性。5 .荷载分析：电视塔承受着多种荷载，包括自重、设备重、人员荷载等。通过荷载分析，工程师可以确定在不同条件下结构所受的各种荷载，以确保结构的安全性和稳定性。通过这些力学原理的综合应用，可以实现以下效果：结构稳定性：保证电视塔在各种外部力的作用下不发生破坏或崩质。安全性：通过合理的设计和分析，确保电视塔在日常运行和不同极端条件下都能保持安全。耐久性：通过考虑材料的特性和结构的荷载分布，设计出具有良好耐久性的电视塔结构。适应外部环境：电视塔能够适应上海地区的气候条件、风力和地震等外部环境因素。东方明珠突破了传统的单筒模式，提出并采用了“带斜撑巨型空间筒体框架部分预应力混凝土结构”使之具有鲜明的标志性，独一无二地有别于其它混凝土电视塔。人们一看到这样的结构，就会知道它是东方明珠它在上海。在结构上，带来一个很大的好处就是它具有比单筒体更好的稳定性和抗震性能。因为它有一个很大的支面，又是多次超静定结构，不致因为某根构件的损伤造成整体结构的破坏。东方明珠通过合理的结构体系实现了建筑造型的突破。创新是社会进步的灵魂，可以说，正是创新思维孕育了东方明珠这一具有震撼力和感染力的优美建筑。东方明珠上球45m直径,9层1万平方米，采用双重悬挂结构,犹如一把张开的巨伞，单筒内埋设钢环，筒内楼板作横隔，钢环伸出12个耳朵，安装悬挑钢屋架，吊挂柱子，支承楼板（见图）。关键技术是尽可能使构造简单，析架和钢环梁的连结以及柱与析架的连结，都仅使用一个销子，使施工安装非常方便，半个多小时就可安装一福析架。另一关键技术是充分考虑受拉的吊柱和受压的筒体间的变形差，在静荷载下的变形完成后，再连结吊柱和它底下的斜撑,使得结构变形协调，减少次应力，并避免楼板倾斜。十二福悬挑析架，吊九层楼板，是我国目前最多层最高的悬挂结构。50m直径的下球，下端和三个竖及三根斜撑相交，上端和三个坚筒及中筒相交，支承条件十分复杂。我们在球的底部设计了一个锥形的混凝土碗，碗底和6个筒体整浇在一起，解决了复杂的支承关系，碗边支承48根折线形柱子,支托析架和楼板.在受力复杂的地方，加大安全度以覆盖一些难于预料的问题。初步设计时它是一个截球碗壳，在大量的内力分析之后，施工图改成为锥壳，使得复杂的内力变得简单。为减少碗边沿的水平位移，通常的作法是沿环向加预应力箍，我们在此基础上，对锥壳顶面的楼板施加法向预应力，它的受力更加直接而明确，取得了很好的效果。三、感想和体会：学习完工程力学这门课程，并通过对上海东方明珠电视塔的力学分析，让我对工程背后的科学原理和实际应用有了更深刻的理解。以下是我对这学习经验的感悟和心得：首先，工程力学的学习让我认识到工程建设不仅仅是外观的设计,更是一个涉及力学、材料科学、结构设计等多学科的复杂系统。在电视塔的例子中，不同的力学原理交织在一起，通过工程师的巧妙设计和分析，使得这个高耸入云的建筑能够稳固地屹立在上海的地标之地。其次，电视塔的抗风设计给我留下深刻印象。风是一种看似轻盈却实际上具有强大力量的自然力量。通过力学分析，工程师能够预测并应对风对电视塔的作用，采取相应的措施，确保结构的稳定性。这体现了工程师在设计中的深谋远虑，同时也让我认识到在工程中考虑自然环境因素的重要性。另外，通过对材料力学的应用，我理解到材料的选择对结构的性能至关重要。在电视塔的设计中，工程师需仔细考虑各种材料的特性,以确保其在不同环境和荷载下能够表现出良好的强度和刚度。这使我意识到，工程背后是对材料科学的深刻理解和精准运用。最后，我深感工程力学的学习不仅仅是理论知识的积累，更是将这些知识应用于实际工程的能力。通过对电视塔这一实际工程案例的分析，我深切感受到工程力学的理论体系如何贯穿于实际工程的方方面面，为工程的安全性、稳定性和可持续性提供了坚实的理论支持。通过工程力学的学习和对实际工程的应用，我对工程领域有了更为深入的认识。工程不仅仅是建筑的外表，更是一门融合科学与艺术的综合性学科，需要工程师在设计中充分运用力学原理，以创造出既美观又稳固的建筑物。这种理论与实践相结合的学科特性令我对工程领域的探索充满了兴奋和激情。
