第一单元结构与设计

1、第一单元结构与设计（2）【知识巩固】1、如图所示为一木质花架。放上花盆后，位于上部的水平板发生 变形，易发生 破坏，必须有足够的 强度；立柱发生 变形，在 处最薄弱，因为该处 最小， 最大，为保证立柱不破坏，必须有足够的 强度。立柱与水平板的连接可采用 、 、 等方式 ，其中 的连接强度最高。 2、为增加花架的强度，可采用的方法有：（至少三种方法）（1） （2） （3） 3、若采用钢材制作花架，可采用的连接方式有： 、 、 等。其中 较好，说明这种连接方式的优缺点： 。【能力提升】一、选择题1、在混凝土梁中加钢筋主要是为了提高梁的（ ）强度A、抗弯 B、抗压C、抗扭D、抗剪2、钻石有令人难以置

2、信的强度，就是因为它的分子结构为四面体，每个面都是三角形，这说明了结构的强度与下面那个因素有关。（ ）A、重心位置 B、结构的材料 C、结构的形状 D、综合利用以上各因素3、分别在一根竹杆和一根同样形状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会断裂，说明（）影响结构的强度。 A、材料 B、结构的形状C、构件横截面形状 D、构件的连接方式4、材质相同，截面粗细不同的两个杆件，在相同的拉力作用下，遭受破坏的程度不一样，细截面的杆件先被破坏，原因是（ ）A、 截面越大，杆件的内力越大 B、 截面越小，杆件的内力越小C、截面越大，杆件承受的应力越大 D、截面越小，杆件

3、承受的应力越大5、我们常用的A形梯不直接采用铝合金片，而用口字形截面的铝合金构件，这说明影响结构强度的是（）A、材料 B、构件的形状 C、重心的高低 D、连接方式6、为了增加混凝土梁的抗拉强度，在梁中布置一些钢筋。钢筋布置的位置应在（）A、梁的上层B、梁的中层 C、梁的底层 D、梁的任意位置均可 7、右面的几种结构形状，稳定性最好的是（）8、以下属于利用结构的不稳定实现某种功能的是（ ）游乐设施的跷跷板 房间门口的活页学校运动场的篮球架 伸缩门预测地震的倒立酒瓶A、 B、 C、 D、9、家用落地风扇的底座一般做得比较重，这是为了（ ）A、提高风扇的强度 B、增加电风扇的稳定性 C、安装电线的需

4、要 D、更加美观10、走钢丝的人手上拿着一条长棒的目的是（ ）A、美观 B、降低重心 C、保护 D、支撑 11、塔式建筑的结构一般都是由下到上越来越小，这主要是考虑它的（）A、稳定性 B、强度 C、美观性 D、经济性12、在日常生活中重心的位置是决定结构稳定性的一个重要因素，以下结构不是利用降低重心来实现其稳定状态的是（ ）A、落地电风扇B、台灯 C、自行车的支撑架 D、不倒翁玩具13、为了保证骑车人的生命安全，我国的道路交通安全法明确规定：摩托车驾驶人及乘坐人员应当按规定戴安全头盔。头盔采用了圆弧形的壳体结构，主要原因是（ ）A、造型独特，样式美观 B、节省材料，制作方便C、承受较大压力，不

5、易损坏 D、受到外力冲击时，外力由弧面整体分担承受，抵抗变形14、在自行车家族中，有性能各异的不同车型。如装有辅助小轮的童车、双梁载重车、弯梁女式车、双坐双蹬的双人车等，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15、设计一种人在户外活时方便携带，安全卫生、保护环境的喝水用具，则该产品的结构及材料应是（） A 、可密封的不锈钢杯 B、塑料壶 C、一次性敞口纸杯 D、铁壳暖瓶16、摩托车事故中驾乘人员死亡的70以上都是没有戴头盔或者是头盔质量不合格造成头部受伤所致。质量合格的安全头盔能有效保护人的头部，是因为（ ）A、合格头盔制作优良，戴在头

6、部空隙小，与头部形成一个整体，是一个坚固的实体结构。B、合格头盔的密封性好，里面的空气能起到缓冲撞击的作用。C、合格头盔是一个良好的壳体结构，坚硬的壳体能有效保护头部。D、合格头盔视野清晰，可以帮助车主避免交通事故的发生。17、小强帮助爸爸选购落地灯，爸爸的要求是稳定性要好，对于以下四各款式（如下图所示），小强应选择（ ）18、对结构的强度和稳定性，下列说法正确的是（）A、物体的结构强度越大，其稳定性越大。B、照相机的三脚架稳定是因为它与地面的接触面积大。C、结构形状不同，其稳定性也不同。D、运动的物体无法保持稳定二、填空题1、影响结构强度的因素有 、 、 等。 2、结构的稳定性是指 。影响结

7、构稳定性的因素有 、 、 等。3、在自行车各部件之间的连接中，三角架属于 连接；刹车连杆之间属于 连接；辐条与钢圈之间属于连接。三、简答题1、有人说，“结构越稳定越好”，你认为这一说法是否正确，试举例说明。2、有人说结构的支撑面越大越稳定。你同意吗？说明理由。3、日常生活中，人们是如何利用结构不稳定为人服务的？4、图示两款茶几稳定吗？说明理由。5、国家体育场（鸟巢）工程大量使用钢材料，并用焊接方式进行连接，抗震能力很高，请用学过的知识分析鸟巢结构为何具有强度和稳定性高的特点。6、结构的连接方式有哪些？举例说明。7、结构对事物的功能和作用产生直接影响。举例说明结构改变有可能导致功能改变。8、结构

8、设计应考虑的主要因素是什么？9、一端竖直固定在地面的柱子，这个柱子材料的容许应力为0.50 Mpa，柱子最粗处的截面积为6cm2，最细处的截面积为4cm2，如果外界在另一端给它一个向下的压力，使它产生180N的内力，柱子会不会断，为什么？四、分析题1、人们最早利用混凝土的时候，只是把它当作人造石材，其形状很容易满足人们的需求。混凝土有较好的耐压性能，但是经不起拉力。但是它有一个重要的性质，那就是它的膨胀系数与钢材很接近。因此，它可以与钢材紧密结合起来。当人们把混凝土跟钢材结合起来做梁后发现：这样的梁既能受压，也能受拉，其强度比用混凝土做成的梁大得多。现请你根据以下的描述，画出钢筋混凝土梁的简单

9、结构图，并分析其原因。2、 如果设计一辆冰上自行车，你会怎样构思？它的结构应有什么特征？3、灵岩寺位于泰山西北麓，明代文学家王世贞游后叹曰：“游泰山而不至灵岩，不成游也。” 寺内辟支塔（如图）为宋代建筑，砖结构，高54米。分析该塔是如何提高稳定性的？ 五、设计题1、在某海拔较高地区，风沙严重，有关部门想在主干道路侧设计一独立露天的关于环保方面的公益广告牌（尺寸为：总高度3m，牌面长3m，宽2m，厚10cm）。请根据设计原则设计这个广告牌。(1)设计时应考虑哪些因素？(2)请画出广告牌的框架结构示意草图，指明部件名称及作用。(3)设计一则环保方面的广告语。2、某班同学在教室里布置了一些花草，他们

10、把直杆AB的一端固定在墙上将吊兰 挂起来，如右图。结构受力的基本形式有压力、拉力、弯曲力、剪切力和扭转力。（1）请说出AB杆的主要受力形式。（2）简述这个结构存在的缺陷。（3）提出在现有情况下，你对这个结构改进方法。并在原图上标注改进方案。3、（1）设计如图所示一简易太阳灶，从人机关系来看，灶面E离地的高度为 最合适。抛物线的直切面ACDB始终与太阳直射光线成 角获取的太阳能最多。为了保证面ACDB获取的太阳能最多，还要保证它始终对向太阳，这就需要以 轴设计一转动装置，由于太阳光照射角度的变化，角ODA也要随之变化，这就需要设计AO为一可调的伸缩装置。为了保证系统的稳固性，OD所在的支撑面应为

11、 ，整个系统的重心应 。整个系统以 结构最为合适，以保证便于组装和拆移。在直角坐标系DOA中，这个抛物线的抛物线方程应是 。若夏至日该太阳灶所在地区的单位面积上辐射的太阳能为4kw，能量转化率为40，那么太阳灶烧开20的4kg水用时为 分钟。该太阳灶的抛物面为 结构，为减轻重量，降低成本，可以用纸壳代替玻璃，其反光面的金属银可以采用 代替。（2）在上面的设计中，你认为应做哪些必要的技术试验？（3）就上面的某一个技术试验，确定试验目的，分析采用的试验方法，写出试验报告的步骤。【高考相关练习题】1、（09年潍坊一模题）图中的大树历经数百年的风雨，依然根深叶茂，原因是其结构的 较好。突然有一天，小明

12、在树下发现一根折断的大树枝，原来折断处被蛀虫钻了一个洞，导致树枝被风吹断，这是蛀洞破坏了结构的 。小明决定用木头做一个马扎，为使其坚固耐用，连接处选用最好的连接方式是 。答案：稳定性强度 榫接2、（09年淄博一模题）折叠床是方便、实用的家庭生活用品。如图是一款长度为2米、宽度为0.8米的对折床（半块床板正面及背面图），长期使用后，身体中部所在的位置发生了变形下陷，纸质床面板损坏，床面形成明显的凹坑，睡觉时极不舒服。（1）从结构角度分析，折叠床设计存在的不足是（ ）床面板为较薄的纸板，承重不足； 折叠床太高床面中部、局部承载较大处的钢管间距偏大； 床脚形成的支撑面太小； 床长度方向上设置的软铁条

13、不能有效承力和传力。A. B. C. D.（2）由圆钢组成的主床架和横向支承依然结实，针对性地加固即可恢复其功效。从下面给出的方法中找出两种较好的加固措施。 （填序号） 在折叠床中部、两块床板的相邻端加焊横向的圆钢；床面板用纸板材料更新； 床面板更换成较厚的木板；在床面上绷尼龙绳网； 在每块床板正中焊接一固定支腿。（3）若选购木器厂的胶合板下脚料拼接成床面板，现有宽度为0.2m长度分别为1.6米和2米的两种板材，选购长度为 米的板材合适（按平方米付款）。原因是 。3、（ 09 济宁高三检测题）如图所示是某塑料品厂生产的塑料凳，在使用中很多客户反应凳脚强度不足，容易变形或折断。针对这个问题，请根

14、据所学的结构知识给厂家提两条合理建议。解析：（1）变形下陷、床面板损坏是强度问题！针对强度找不足。答案B与稳定性有关（2） 是增加强度的措施； （3）2米 ；板材沿床的长度方向布置，由横向圆钢形成的支承间距小，床面板不易弯曲变形。锯割次数少；床面板拼接少，整体性好。4、画出通过三人重心的垂线。 比较三人的稳定性，并说明理由。 解析：甲的稳定性最好。原因是支撑面大，重心低。5、某同学发明一种可改变重心位置的积木。这一发明将原来实心积木块改成密封的塑料外壳内装适量沙子。沙子在里面可以倒来倒去，不仅增加了拼装的难度和趣味性，而且能搭出一些一般积木难搭出的图形。这一设计主要是改变了积木的 。答案：稳定

15、性6、（09年淄博二模试题14）小明设计了一个放置CD盘的CD架，并制作了如图所示的原型。其中“支板”、“人物造型”均使用木质材料，各构件之间采用乳胶连接。使用中发现：支板上所放CD盘达到一定数量时，“人物造型”会被压倒、压断, 以下针对这一问题的改进措施无效的是（）A加大人物造型与支板之间的接触面B将人物造型改用铁质材料C将人物造型做得更瘦更高D人物造型与支板之间改用钉接、铆接或其他更牢固的连接方式解析: 压倒是稳定性不足，压断是强度不足。A选项只能解决稳定性问题； B选项只能解决强度问题。C选项稳定性、强度更差。只有D选项即能解决强度、稳定性不足的问题7、（09年济南二模试题72题）太阳能

16、热水器作为直接利用太阳能的器具已走进了千家万户。（1）家用太阳能热水器采取了多种保温措施,请列举其中一种： 。（2）图示是一款家用太阳能热水器，其整体框架结构设计成三角形的主要原因是 、 。参考答案：（1）采用绝热（保温）材料或真空隔热等；（2）倾斜有利于接受阳光、三角形框架结构有利于稳定等。【知识拓展】典型结构的欣赏国家体育场“鸟巢”功能：举行奥运会和残奥会的开幕式、闭幕式。赛时功能：田径、男子足球。赛后功能：将用于国际国内体育比赛和文化、娱乐活动、公民健身。技术角度：是科技奥运的完美体现。国家体育场工程为特级体育建筑，主体结构设计使用年限100年，耐火等级为一级,抗震设防烈度8度,地下工程

17、防水等级1级。工程主体建筑呈空间马鞍椭圆形，南北长333米、东西宽294米的，高69米。主体钢结构（我国自主创新研制的Q460钢材）形成整体的巨型空间马鞍形钢桁架编织式“鸟巢”结构。钢结构总用钢量为4.2万吨，混凝土看台分为上、中、下三层，看台混凝土结构为地下1层，地上7层的钢筋混凝土框架-剪力墙结构体系。钢结构与混凝土看台上部完全脱开，互不相连，形式上呈相互围合，基础则坐在一个相连的基础底板上。国家体育场屋顶钢结构上覆盖了双层膜结构，即固定于钢结构上弦之间的透明的上层ETFE膜和固定于钢结构下弦之下及内环侧壁的半透明的下层PTFE声学吊顶。本工程中的构件均为箱型断面杆件，连接为焊接。文化角度

18、：鸟巢，这件被誉为“第四代体育馆”的伟大建筑作品，见证的不仅仅是人类21世纪在建筑与人居环境领域的不懈追求，也见证着中国这个东方文明古国不断走向开放的历史进程。新的国家体育场坐落于奥林匹克公园建筑群的中央位置，地势略微隆起。它如同巨大的容器。高低起伏的波动的基座缓和了容器的体量，而且给了它戏剧化的弧形外观。体育场的外观就是纯粹的结构，立面与结构是同一的。各个结构元素之间相互支撑，汇聚成网格状-就如同一个由树枝编织成的鸟巢。在满足奥运会体育场所有的功能和技术要求的同时，设计上并没有被那些类同的过于强调建筑技术化的大跨度结构和数码屏幕所主宰。体育场的空间效果新颖激进，但又简洁古朴，从而为2008

19、年奥运会创造了独史无前例的地标性建筑。国家游泳中心“水立方”功能：2008年奥运会期间，国家游泳中心承担游泳、跳水、花样游泳等比赛。赛后将建成为具有国际先进水平的、集游泳、运动、健身、休闲于一体的中心。技术角度：它的膜结构已成为世界之最。它是根据细胞排列形式和肥皂泡天然结构设计而成的，这种形态在建筑结构中从来没有出现过，创意真是奇特。（膜结构材料为ETFE即乙烯-四氟乙烯共聚物，是一种透明膜，能为场馆内带来更多的自然光）“水立方”的墙面和屋顶都分内外三层，设计人员利用三维坐标设计了3万多个钢质构件，这三万多个钢质构件在位置上没有一个是相同的。这些技术都是我国自主创新的科技成果，他们填补了世界建

20、筑史的空白。文化角度：这个看似简单的“方盒子”是中国传统文化和现代科技共同“搭建”而成的。中国人认为：没有规矩不成方圆，按照制定出来的规矩做事，就可以获得整体的和谐统一。在中国传统文化中，“天圆地方”的设计思想催生了“水立方”，它与圆形的“鸟巢”国家体育场相互呼应，相得益彰。方形是中国古代城市建筑最基本的形态，它体现的是中国文化中以纲常伦理为代表的社会生活规则。而这个“方盒子”又能够最佳体现国家游泳中心的多功能要求，从而实现了传统文化与建筑功能的完善结合。在中国文化里，水是一种重要的自然元素，并激发起人们欢乐的情绪。国家游泳中心赛后将成为北京最大的水上乐园，所以设计者针对各个年龄层次的人，探寻

21、水可以提供的各种娱乐方式，开发出水的各种不同的用途，他们将这种设计理念称作“水立方”。希望它能激发人们的灵感和热情，丰富人们的生活，并为人们提供一个记忆的载体。为达此目的，设计者将水的概念深化，不仅利用水的装饰作用，还利用其独特的微观结构。基于“泡沫”理论的设计灵感，他们为“方盒子”包裹上了一层建筑外皮，上面布满了酷似水分子结构的几何形状，表面覆盖的ETFE膜又赋予了建筑冰晶状的外貌，使其具有独特的视觉效果和感受，轮廓和外观变得柔和，水的神韵在建筑中得到了完美的体现。轻灵的“水立方”能够夺魁，还在于它体现了诸多科技和环保特点。合理组织自然通风、循环水系统的合理开发，高科技建筑材料的广泛应用，都

22、共同为国家游泳中心增添了更多的时代气息。泳池也应用了许多创新设计，如把室外空气引入池水表面，带孔的终点池岸，视觉和声音出发信号等，这将使比赛池成为世界上最快的泳池。【参考答案】知识巩固：1、水平板发生弯曲 变形，易发生 弯曲 破坏，必须有足够的 抗弯强度；立柱发生压缩变形，在 最细处最薄弱，因为该处 横截面积 最小，压应力最大，为保证立柱不破坏，必须有足够的抗压强度。连接可采用榫卯连接、 钉连接 、 粘接 等方式 ，其中 榫卯连接的连接强度最高。 2、（1） 加粗立柱。增加截面积，减小应力，使抗压强度增加。（2）增加立柱根数。减小每根上的作用力，减小应力。（3） 变木材为钢材。钢材的强度较高。

23、（成本较高） 3、钢制花架的连接方式有： 焊接 、螺纹连接等。优缺点：焊接连接强度较高，但不能拆。 螺纹连接的连接强度也较高，拆卸容易，便于运输，但加工成本高。【能力提升】一、15 ACADB 610 CBCBB 1115ACDCA 16-18CDC二、1、结构的形状、大小；结构的连接方式；结构的材料等2、结构的稳定性是指结构在外力作用下维持其原有平衡状态的能力。影响因素有重心高低、支撑面大小、结构形状等。 3、焊接、铰接、螺纹连接 三、1、不正确。事物都是一分为二的。一般的技术产品结构稳定性越高越好，如塔、房屋、茶几等，有时人们也利用结构不稳定的功能，如游乐设施的跷跷板、伸缩门等。2、当结构的重心垂足落在支撑面内时，支撑面越大越稳定。否则，不稳定。3、将酒瓶倒置预报地震、游乐设施的跷跷板等。4、稳定。重心都在支撑面内。第二款重心低稳定性更好。第一款使用时应注意不将重物放在边缘。5、答案要点：结构的强度与三方面有关：a形状，大量采用三角形，b材料，使用钢材料，钢材有很高的强度，c构件的连接方式，钢构件之间使用的焊接方式连接，焊接是一种不可相对运动（刚性）连接方式，连接