第一章结构与设计《技术与设计》（ⅱ）

1 / 15 第一章结构与设计技术与设计（） 第一章结构与设计技术与设计（ ） 知识要点 一、结构的含义 1.架构 物体的主体框架与构造形式，一般称为架构。 2.构件 结构的各组成部分，通常称为构件。 3.结构 指物体的各组成部分之间的搭配和排列，确定的搭配和排列决定了物体的性质和形态。 二、结构的功能与分类 1.结构的功能 结构是为了承受力和抵抗变形，这便是结构的本质。 2.结构的分类 从力学的架构与形态考虑，结构可分为： (1)实心结构 房屋的墙 体、水库的大坝、古代城墙等，都属于实心结构。它的特点是能承受较大的压力。这类结构的特征是几何外形简单，通常有杆（柱）、板、体等之分。 (2)框架结构 教室的门、窗，常用木框架、铁框架、塑料框架、塑钢框架。2 / 15 自行车车体是钢管桁架式框架；输电铁塔是铁质桁架式框架等，都是框架结构。它们由梁、柱、杆、管等组成。 框架结构的特征是几何外形较为复杂，能承受垂直和水平荷载。框架结构的制作较为方便，又节省用料，在实际中被广泛采用。 (3)壳体结构 日常使用的各式各样的饮水杯、储水壶、文具盒、储蓄盒、钢板制成的装甲车 。用于太空飞行的舱体，工业储油的球形大油罐，运油的圆柱形车载大油罐，航道标识用的浮标等，从架构与形态看，都同属壳体结构。 壳体结构的特征在于壳体内空，受力合理，形态稳定。 三、结构的受力 1.荷载 (1)含义 作用在结构上的外力，称为结构的荷载。 (2)分类 恒载 不随时间变化而变化的永久性荷载 活载 随情况变化而变化的可变性荷载。如雪载、 2.梁的受力 荷载作用传到梁上，梁受力变形如图所示： 3 / 15 图中，梁的上部，受压力，材料被挤压；下部，受张力，材料被拉伸。防止梁过分弯曲的最 简单方法，是在梁的下面增加支撑点。 来源 :学。科。网 3.拱结构 即中间高四周低呈弧形的曲面。荷载压力作用于拱上，圆拱再把力传到其四周的支撑上。在较大的跨度情况下，建筑物多采用拱结构。这样的结构既有利于承载，又美观。 四、结构的性质 1.强度 (1)内力 外力使构件发生变形的同时，构件内部分子之间随之产生一种抵抗变形的抵抗力。内力，是用来抵抗外力与变形，并力图使变形部分复原的力。 (2)应力 作用在单位面积上的内力，称为应力。结构所容许承受的最大应力，叫容许应力。应力可用下式：表示，式中， N 为内力， S 为构件截面积。应力的计量单位为 N mm2或 N cm2。 (3)强度 含义 物体结构抵抗变形的能力。 强度与应力的关系 4 / 15 用应力来衡量强度，既科学又确切。结构所受应力就越小，强度就越大。 影响结构强度的因素 a 形状：构成的形状略有改变，强度就会改变。 b 材料：不同的材料有承受不同应力极限的能力。形状相同，材料不同，强度就不同。 c 材料的连接方式：不同的连接方式，受力传递方式和效果不一样。 结构构件的连接方式 a 铰连接：被连接的构件在连接处不能相对移动，但可相对转动。具体 有松栓、松铆等， b 刚连接：被连接的构件在连接处既不能相对移动，也不能相对转动。具体有榫接、胶接、焊接等。 2.稳定性 (1)稳定与不稳定 指的不是状态绝对不变，而是指受扰后，允许状态有所波动，但当扰动消失后，能重新返回到原平衡状。不能回到原有平衡状态，为不稳定。 (2)结构稳定性的含义 结构具有阻碍翻倒或移动的特性，就是结构稳定性。 (3)影响结构稳定性的因素 结构的形状 5 / 15 一个物体是否容易被翻倒、推倒，与它的支撑底面形状、底面积大小有主要关系。如 “A” 字形比 “V” 形结构稳定。 重心的位置 重心位置越低，结构越稳定。如不倒翁。 结构所受的运动和力。 (4)增加结构稳定性 减小长细比：长细比，指的是结构的纵向长度与横向截面的最大尺寸（如圆的直径）之比。如梁，长细比越大，越易弯曲；如果是杆件，长细比越大，也越易变形。 利用三角形框架及其组合结构，可以有效地增加结构的稳定性。如自行车车体。 五、结构设计 1.设计考虑的主要因素 强度、稳定性、成本、功能、人的个性化需要、寿命、安全、美观等。 2.一般过程 (1)选择一个设计对象或项目。 (2)先从功能的角度进 行强度和稳定性分析，再结合其它方面思考设计方案和选择材料。 (3)构思时，要从画草图开始，并与其他人员共同商讨。 (4)方案确定之后，应绘制出比较规范的设计图纸，并做出原型或模型。 6 / 15 六、欣赏和评价典型结构设计 对经典结构应从技术和文化的角度欣赏。 1.技术的角度：结构使用功能的实现，结构的稳固耐用，结构造型设计的创意和表现力，材料使用的合理性，工艺制造的精美程度等。 2.文化的角度：结构的文化寓意与传达，公众认可的美学原则，反映的时代、民族、习俗方面的特征，结构的个性特征等。 典型例 题分析 1.每项设计都要考虑到结构问题，把结构问题处理妥善不仅产品牢固，而且外形美观、使用方便。 (1)物体的主体框架与构造形式，一般称为 () A.框架 B.结构 c.架构 D.构造 (2)水库的大坝是 () A.实心结构 B.框架结构 c.壳体结构 D.缆索结构 (3)在日常生活中，你所见到的以下哪一结构是不属于利用不稳定的结构实现某些功能的 () A.游乐设施的跷跷板功能结构 B.房间门口的活页功能结构 c.学校运动场的篮球架结构 D.圆珠笔的笔尖结构 7 / 15 (4)下列结构是受自然界事物结 构启发而产生的是 () A.钢笔 B.潜艇 c.课桌 D.黑板 (5)结构是指物体的各组成部分之间的 和。 解答： (1)c(2)A(3)c(4)B(5)搭配排列 2.壳体结构是我们常见的结构之一，壳体结构的物体与我们的生活息息相关。 (1)下列物体不属于壳体结构的是 () A.饮水杯 B.油罐 c.红砖 D.篮球 (2)自然界中壳体结构的物体很多，如： （至少举 4 种） (3)壳体结构的特征是 解答： (1)c(2)西瓜、鸡蛋、贝壳、桂圆、椰子、鸭蛋等 (3)壳体内空，受力合理，形态稳定。 探究 互动 一、选择题 1.分别在一根竹竿和一根同样尺寸的脆性塑料杆上不断加挂相同质量的重物，竹杆比脆性塑料杆能挂更多重物而不断裂，此实验证明影响结构的强度 () A.形状 B.材料 c.构件间的连接方式 D.重心位置 2.在自行车家族中，有性能各异的不同车型。如装有辅助小8 / 15 轮的童车、双梁载重车、弯梁女式车、双座比脚蹬的双人车等，这些特殊功能的实现，是因为设计者改变了 () A.车的自重 B.车的材料 c.车的结构 D.车的大小 3.钢筋混凝土梁与无钢筋的水泥梁相比，哪方面强度更强 () A.抗弯 B.抗压 c.抗拉 D.抗剪 4.我们常用的 A 形梯不直接采用铝合金片，而用长方形截面的铝合金构件，这说明影响梯子结构强度的是 () A.构件的材料 B.构件的形状 c.重心的高低 D.连接方式 5.下列物体的结构类型中，属于实心结构的是 () A.电灯泡 B.乒乓球 c.橡皮擦 D.篮球 6.钻石有令人难以置信的强度，就是因为它的分子结构为四面体，每个四面体都有四个角、四个面和六条边，每一个面都是一个三角形，说明钻石的强度与有关 () A.结构的形状 B.使用的材料 c.构件之间的连接方式 D.稳定性 7.家用落 地扇的底座一般做得比较重，这是为了 () A.增加风扇的强度 B.增加电风扇的稳定性 c.安装电线的需要 D.更加美观 8.我们在日常生活学习中，所使用的物体数不胜数，比如：9 / 15 板凳，我们在设计其时这所以让其构件采用榫卯连接方式，而不用钉连接。主要原因是前者的连接方式比后者更 () A.结实 B.稳定 c.稳定和结实 D.以上都不是 9.下列物体中，不属于壳体结构的是 () A.鸡蛋 B.油罐 c.自行车 D.便携式饮水杯 10.下列结构中分类错误的是 () A 实体：墙体 B 桁架：加油站的顶棚 c 框架：窗户 D 壳 体：篮球架 11.现实生活中的艺术品可发说是数不胜数。比如：不倒翁，它在某些艺术家的眼中被称为是 “ 幽默的线条 ” 。原因总是“ 不倒 ” ，那么我们看其 “ 不倒 ” 的原因是 () A.构成其材料的强度大 B.其形状美观 c.其重心低 D.其重心低，并且底面是光滑的弧面 12.以下关于荷载的说法不正确的是 () A.同种荷载有可能在不同的状态下使物体的构件产生不同的变形方式。 B.同一结构的中构件有可能成为其它构件的荷载。 c.龙卷风属于偶然荷载，房梁属于恒载。 10 / 15 D.同一构件，无论任何状态下，其变形方式是固 定的 13.我们所用的板凳属于结构 () A.实心结构 B.框架结构 c.空心结构 D.壳体结构 14.在举办运动会的时候，运动员在单杠上做大回环姿势时，会使杠体产生变形 () A.拉伸 B.弯曲 c.压缩 D.断裂 15.下列属于恒载的是 () A.雪载 B.风载 c.雨载 D.房梁 16.下列属于拱结构特点的是 () 矩形平面 美观 有利于承载 A.B. c.D. 17.影响结构稳定性的因素有 () 物体的形状 材料 材料之间的联接方式 物体重心的位置 A.B. c.D. 18.分析下列物体的结构类型，判断哪个不属于壳体结构 () A.西瓜 B.圆形陶瓷饰品 11 / 15 c.贝类 D.金字塔 19.任何构件在设计和使用过程中都要考虑构成材料的各种性能，下图中上部钢筋混凝土构件使用最优的是 () 20.构件的稳定性和承载性是技术工作安全的保障，相同构件 P，采用 A、 B、 c、 D 四种不同的连接方式（如图所示），在其上部图示位置施加外力 F。四种结构承载力最大，稳定性最好的是 () 二、填空题 1.我国的硬木家具之所以受到世界瞩目的主要原因是。 2.铁路路基的断面都呈梯形，上窄下宽，这是增大路基的。 3.结构的本质是。结构从力学的架构和形态分为、 、。 4.荷载按时间分为、 、，与之对应的例子分别有 、。 5.结构稳定性指的是。 6.结构是指，也可以称为是与之和。 7.“ 嫦娥一号 ” 是用长征三号甲运载火箭送入太空的。长征12 / 15 三号甲运载火箭属于结构。 8.南方雪灾导致国家主干电网部分输电塔覆冰垮塌，这些输电塔属于结构。从稳定性角度分析，除冰的顺序最好是从。 9.影响结构强度的因素有、 、。 10.有的矿泉水瓶子上有若干凸起的横向 纹路，它的作用是。 11.结构构件的连接通常有、两类。 三、填表 小明在挑选座椅时采用了以下试验方法，请你为他填写所测试的内容。 测试方法测试内容 亲自坐在椅子上感受一下 在椅子上使劲摁一摁、压一压 用手晃一晃椅子 四、简答题 1.作为设计师，在设计任何一种产品时应考虑多方面的因素，其中就包括材料的合理性选择，我们在选材时应考虑材料的固有特性应满足设计产品的使用功能和使用寿命等要求。从此段话中我们可以看出什么是影响结构强度的因素。除此因素之外，还有什么因素能够影响结构的强度？ 13 / 15 2.有一个筷子，这个筷子的容许应力为 40N/cm2，此处截面积为 4cm2，如果外界给它一个外力，使它产生 180N 的内力，筷子会不会断，为什么？ 3.篮球架结构的稳定性直接影响篮球运动的安全。如图所示，分析球架是如何保持稳定性的（至少两点） 4.礼炮采用竖筒炮架燃放，不仅炮架很不稳定，而且还具有一定的危险性，请你运用所学知识，对竖筒炮架提出改进建议并说明其合理性。 参考答案 一、选择题 二、填空题 14 / 15 1.它采取了榫卯的构造形式 2.稳定性 3.承受力和抵抗变形实心结构框架结构壳体结构 4.恒载活载书风 5.结构阻碍翻倒或移动的特性 6.物体各组成部分的搭配和排列构件架构 7.壳体 8.框架从上到下