结构与设计复习

1、结构与设计复习一 、常见结构的认识1.无处不在的结构世界上任何事物都存在结构,结构多种多样且决定着事物存在的性质。结构（structure）：是指事物的各个组成部分之间的有序搭配和排列。通过对自然界中形形色色的结构的分析和研究，给了人们无限的创造灵感和启示。案例分析：苍耳子与尼龙搭扣  P3 鸟与飞机 P3鹰眼与导弹跟踪系统 P3根据鹰眼的结构,人们正在研制“ 鹰眼”导弹系统。这种导弹系统能自动寻找、识别目标并跟踪攻击。阅读案例：魁北克大桥的坍塌。P4  大桥坍塌的原因是什么？擅自改变桥的结构。在社会领域,也普遍存在着结构现象。一篇文章的内容结构影响文章的表达与质量, 一家

2、企业的人员结构关乎企业的运行与效率。2.结构与力从力学角度来说, 结构是指可承受一定力的架构形态，它可以抵抗能引起形状和大小改变的力。每个物体都有它的特定的架构形态，这种架构形态体现着它的结构。物理学与通用技术研究力的角度不同,物理学往往研究外力,把物体当质点,哪怕是地球,在研究它绕太阳转动时,仍把它当作质点。而技术学则关注一个物体内部受力情况。当一个结构受到外力作用时,内部各质点之间的相互作用会发生改变，产生一种抵抗的力，称为内力。应力是构件的单位横截面上所产生的内力。当应力达到某一极限值时，结构就会遭到破坏。用公式表示应力为：=F/s，其中F是内力，S是受力面积，是应力。构件的基本受力形式

3、：拉力、压力、剪切力、扭转力和弯曲力。拉  力物体所承受的拉拽力压  力挤压物体的力剪切力两个距离很近 ,大小相等,方向相反,且作用于同一物体上的平行力扭转力反方向向物体两端均匀施力 ,使物体发生扭转形变的力弯曲力作用于物体 ,使它产生弯曲的力 案例分析： 探究：看右图说明石磨的推杆为什么要用一根绳子吊起来？.结构的类型： 实体结构、框架结构、壳体结构实体结构：结构体本身是实心的。它的受力特点是：外力分布在整个体积中，如实心墙，大坝。框架结构：结构体由细长的构件组成的结构。受力特点：支撑空间而不充满空间。如铁架塔，建筑用脚手架，厂房的框架。壳体结构：通常是指层状的

4、结构。受力特点是：外力作用在结构体的表面上，如摩托车手的头盔，飞机的外壳，贝壳。二、稳定结构的探析1.结构与稳定性（1）结构的稳定性：是指结构在负载的作用下维持其原有平衡状态的能力。例如：台风过后，东倒西歪的广告牌或标牌；因货物堆得过高而弯道处返倒的三轮车；路边倒地的自行车等。（因为当物体受到外力作用时，原有的平衡状态被打破而出现的不稳定现象。）结构的稳定性是结构的重要性质之一。如果一个物体的结构不能有效地抵御常见外力的作用，那么该物体是很难承受负载而保持平衡的。（2）影响结构稳定性的主要因素主要有：重心位置的高低、结构与地面接触所形成的支撑面的大小和结构的形状等。1.重心位置的高低重心越低,

5、稳定性越好;重心越高,稳定性越差。结构重心所在点的垂线是否落在结构底面的范围内，落在就是稳定的，没有就是不稳定的。.结构的底座，结构与地面接触所形成的支撑面的大小。支撑面越大越稳定，越小越不稳定。如：高塔的共同特点都是上端小而下端大。.结构的形状结构的形状不同，其稳定性也不同，如板凳只有两条腿就不稳定，而有不在同一条直线上的三条腿就有比较好的稳定性。往往，影响结构稳定性的因素是相互关联的，需要综合考虑各种因素来讨论结构的稳定性。案例分析：看右图比萨斜塔，他为什么斜而不倒？ 注意：运动状态下与静止状态下物体的稳定条件有所不同。如：自行车，高空走钢丝手持长杆。案例分析：静态的自行车是如何

6、保持稳定的？材料也是影响结构稳定性的因素。如：汽车的车体采用壳体结构和薄钢板材料制造，是因为壳体结构表面能分散所受的力，薄钢板使车体质量较小探究：自行车骑起来时，只有两个支撑点，为什么不会倒下呢？静止状态下陀螺会倾倒，而当它高速旋转时却可以立起来？结构的稳定性在日常生活中有着广泛的应用，一方面人们利用稳定的结构抵抗外力、承受负载，另一方面又利用不稳定的结构实现某些功能。如：倒置的啤酒瓶可以预报地震：在打水的桶口边挂一重物，在水面时能自动翻倒打水。2.结构与强度（1）结构的强度：是指结构具有的抵抗被外力破坏的能力。如：在拔河比赛中，绳子被拉断了，说明绳子不具有抵抗两队拉力的能力；6级地震中一幢小

7、楼倒塌了，说明这座小楼不具有抵抗6级地震的能力。（2）影响结构强度的主要因素：结构的强度与结构的形状、使用的材料、构件之间的连接方式等因素有密切的关系。案例分析：强度不同形状的结构有着不同的强度。例如：吊兰支撑架使用三角支架结构，而不使用由一根直杆挑起的结构；在建筑物两根平行支撑柱之间增加一根斜柱；A字形梯子不采用铝合金薄片，而采用长方形截面的构件。这些都是为了增加结构的强度。材料方面：吊兰的三角形支架使用的是钢管而不是木条或塑料，是因为钢管抗拉力性能好。连接方式：吊兰的三角形支架的构件是焊接的而不是捆绑的，是因为这种连接方式更牢固。结构的形状: 三角形是框架结构中最基本的形状之一,它结实、稳

8、定，所用材料最少。结构的材料与连接：不同材料构成的结构，其强度各不相同。一个坚固的梁的材料必须具有好的抗拉力、压力、剪切力和扭曲力的性能，所以，梁通常由不止一种材料制成。如一根混凝土梁含有加固钢筋，混凝土擅长抗压力，而钢筋擅长抗拉力，它们共同形成了非常牢固的结构。结构构件的连接通常有两种：1）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，具体有松螺栓、松铆等。如：折叠伞伞骨间的连接、门与门框的连接等。2）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，如：固定铁床架的连接、不可移动的桌腿与桌面的连接等。3.结构与功能结构不仅是事物存在的一种形式，

9、而且对事物的功能和作用产生着直接影响。结构的变化可能导致功能的变化。案例分析：伞与拐杖        多用起子   案例分析：自行车的结构与功能 P21三、简单结构的设计结构设计对于我们的日常生活、对于各种各样的生产活动都非常重要。日常生活中，没有丰富的结构设计，产品将会造型单一、功能单调, 那些大型建筑物、交通运输工具等更是无法产生，生产活动中，产品制造技术、结构安全性及耐久性评估、维修加固技术等，都离不开结构的设计和研究。1.结构设计应考虑的主要因素（1）结构设计的目标及要求结构设计应以一种或几种功能

10、的实现为基本目标，应满足设计规范，满足使用者的基本需要。，（2）结构设计应考虑的主要因素结构设计应考虑的主要因素有：符合使用者对设计对象的稳定性和强度要求，安全因素，公众和使用者的审美需求，使用者的个性化需要，对设计对象的成本控制要求和一定的使用寿命等。在工程的结构设计中，应考虑结构的安全性、适用性和耐久性。在考虑结构的稳定性和强度，使结构在规定的条件下和规定的使用期限内，能实现一定的功能的同时，还要考虑经济因素，如做到用料省、成本低等，也就是说，力求以最低的成本使所建造的结构达到预定的要求。不同的结构设计，应考虑的因素各有侧重，但无论在哪一类用途的结构设计中，安全都是至关重要的因素。在结构设

11、计中还有一些需要考虑的因素，如材料、民俗文化、地域特点等。案例分析：户外广告牌结构设计中的抗风问题  P252.简单结构的设计案例以简易相片架为例说明简单结构的设计过程与方法。案例分析：简易相片架的设计四、经典结构的欣赏1.优秀的结构设计不仅表现在结构的实用功能上,也表现在形式上,特别是功能与形式的统一上。古今中外许多能工巧匠把结构的功能与形式恰当地结合起来，形成了一些经典的结构。2.赏析结构设计作品,可从技术与文化两个角度进行。（1）技术的角度主要有：结构功能、稳固耐用、造型设计的创意和表现力、材料使用的合理性，工艺制造的精湛程度等。（2）文化的角度主要有：文化寓意与传达，公众认可

12、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。案例分析：赵州桥 P30  案例分析：飞檐 P31   案例分析：蛋形椅 P32技术角度：1.功能：2.结构设计：3.技术施工：文化角度： 探究：中国古代建筑的结构多以木材为材料。请你从材料与构件的连接方式等角度, 分析中国古代建筑稳固的原因。中国古建筑以木材、砖块为主要建筑材料，以木构架结构为主要结构方式，此结构式由立柱、横梁、顺模等主要构件建造而成，各个构件之间的连接点以棒卵相吻合,构成富有弹性的框架。木构架结构有很多优点。首先，承重与围护结构分工明确，屋顶重力由木构架来承担，外墙起遮挡

13、阳光、隔热防寒的作用，内墙起分割室内空间的作用。由于墙壁不承重，这种结构赋予建筑物以极大的灵活性。其次, 有利于防震、抗震。木构架结构很类似今天的框架结构，由于术材具有的特性，且构架的结构所用斗拱和棒卵又都有若干伸缩余地，因此在一定限度内可减少由地震对这种构架所引起的危害。“墙倒屋不塌”形象地表达了这种结构的特点。斗拱也是中国木构架建筑特有的结构构件，由方形的斗、升和矩形的拱、斜的昂组成。在结构上挑出承重，并将屋顶的大面积荷载经斗拱传递到柱上。它有一定的装饰作用，又是屋顶和屋身上的过渡。此外，它还是封建社会中森严的等级制度的象征和重要的建筑尺度衡量标准。斗拱一般使用在高级的官式建筑中，称为大式

14、建筑。大体可分为外檐斗拱和内檐斗拱，外檐斗拱中“斗”是最下面的构件，斗口的大小决定着整个建筑的尺寸，“拱”指木，“昂”是斗，拱中斜置的构件室外为下昂，室内为上昂。因为斗拱的重要性，历代建筑对它十分重视，使它成为判断建筑时代的重要标志之一。单元小结：结构对自然界、技术领域和社会领域具有普遍意义。从力的角度来看, 结构是指可承受一定力的架构形态, 它可以抵抗能引起形状和大小改变的力。结构构件的基本受力有拉力、压力、剪切力、扭转力和弯曲力。结构类型主要有实体结构、框架结构和壳体结构。不同的结构类型有不同的受力特点。现实生活中遇到的结构更多的是若干结构类型的组合。结构的稳定性和强度是结构设计必须考虑的

15、重要内容,二者相互联系,相互影响。结构的稳定性主要取决于重心位置的高低、结构与地面接触所形成的支撑面的大小和结构的形状等。结构的强度主要取决于结构的组成形式、构件的几何形状、截面形式、材料以及构件的连接方式等。结构设计中的美学因素、环境因素、安全因素以及时尚、个性、文化等都已成为人们进行结构设计时必须综合考虑的重要因素。结构的牢固、稳定、简约、和谐、美观是结构设计不变的追求。 练一练    一选择题1、下列结构是受自然界事物结构启发而产生的（）A、口杯   B、衣服   C、飞机   

16、 D、手表2、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3、悉尼歌剧院的外壳属于（   ）A、实体结构   B、框架结构   C、壳体结构   D、混合结构4、分析下列物体的结构类型，判断哪个不属于壳体结构。（ ）A、头盔 B、圆形陶瓷饰品 C、贝类  D、金字塔5、体操运动员在单杠上做大回环姿势时

17、，会使杠体产生（    ）变形。A、拉伸   B、弯曲   C、压缩    D、断裂6、上刀梯是是湘西苗族的传统活动，表演者为保证脚不受割伤，必须力求脚面垂直落在刀刃上，绝不滑动。此时脚面承受（    ）。A拉力     B压力    C剪切力      D弯曲力7、我国塔式建筑的结构一般都是由上到下越来越大，这主要是考虑它的（ ）。A稳定性

18、60;    B强度    C美观性    D经济性8、走钢丝的人手上拿着一条长棒的目的是（ ）A、美观 B、重心低 C、保护 D、支撑9、可以用受力结构的稳定性来解释的事实是( )A、拔河的绳子断裂      B、鸡蛋在某种情况下可以承受很大的外C、力广告牌被台风吹倒 D、耳机与电脑主机的插口接触不良，听不到音乐10、以下哪一个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

19、构；C、学校运动场的篮球架结构     D、圆珠笔的笔嘴结构。11、影响结构稳定性的因素有（    ）。物体的形状 材料 支撑面积大小 物体重心的位置A、        B、         C、          D、12、我们常用的A形梯不采用铅合金片，而是采用长方形截面的构件，这说明

20、以下哪能个因素（    ）影响着结构的强度？A、材料  B、形状   C 、构件  D、连接方式材料：人们最早利用混凝土的时候，只是把它当作人造石材。作为人造石材的混凝土与一般石材一样，虽然有较好的耐压性能，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的强度大得多。回答13、14题。13、钢筋混凝土梁中比无钢筋的水泥梁的（   ）强度更强。A、抗弯

21、0;  B、 抗压  C、抗拉  D、抗剪14、在下列的钢筋混凝土桥梁中，哪种结构最好（ C ）15、分别在一根竹杆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会断裂，说明了（     ）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、构件的连接方式第17题16.李敏要使客厅的茶几更具有欣赏价值，那么她应该侧重改变茶几的（     ）。A.功能     

22、B.造型       C.安全        D.强度17、左图“盖里椅”结构传达出一种盘旋上升、奋发向上的精神，具有雕塑般的美感和强烈的时代气息，形成了优雅的浪漫主义设计风格。这是从（）角度欣赏结构。 A、技术  B、文化  C、艺术   D、功能18、李宁自己动手制作了一张座椅，他对座椅的稳定性做了如下试验，你认为合理的一项是（  ）A、亲自坐在椅子上感受一下。  B、放一些重物在椅子上，看是

23、否能承受。C、用电风扇对椅子吹风看能否吹倒。 D、用手左右晃一晃看是否稳固。19、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 C、截面越大，杆件单位面积承受的应力越大B、截面越小，杆件的内力越小 D、截面越小，杆件单位面积承受的应力越大20、钻石的强度很大，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 

24、;  C、构件之间的连接方式   D、稳定性21、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 C、贝类 D、金字塔22、吊兰支撑架使用三角形支架结构，而不用由一根直杆挑起的结构，这说明以下哪个因素（ ）影响着结构强度？A、材料 B、形状 C、构件 D、连接方式23、下列属于拱结构特点的是（    ）。矩形平面。美观。有利于承载。A          B     

25、;    C          D24 、我们常用的A形梯不采用铅合金片，而是采用长方形截面的构件，这说明以下哪能个因素（    ）影响着结构的强度？A材料 B形状   C 构件 D连接方式25、可以用受力结构的稳定性来解释的事实是( )   A 拔河的绳子断裂 B 广告牌被台风吹倒C 鸡蛋在某种情况下可以承受很大的外力 D 耳机与电脑主机的插口接触不良，听不到音乐26、在日常生活中，你所见到的以下哪一个结

26、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、圆珠笔的笔嘴结构。二、填空题27、结构是指事物的各个组成部分之间的_和_。28、结构分为：实体结构、 _、_ 三种最基本的类型。29、影响结构稳定性的主要因素 _、 _、_ 。30、影响结构强度的主要因素有结构的形状、_ 、_.31、结构的稳定性是指结构在负载的作用下维持其原有_ 的能力32、结构构件的连接通常有哪两类？（1）_；（2）_。33、赵州桥最大的科学贡献在于它的“_”的创造。34、欣赏经典结构设计作品一般可从_与_角度进行。三、判断题35、结构强度与

27、形状、材料和连接方法有关。 （ ）36、物体的结构强度越大它的稳定性越大。 （ ）37、照相机的三角架稳定是因为与地面接触面积大( )38、结构的形状不同，其稳定性也不同。（ ）39、任何结构都是利用它的稳定性。（ ）四、 简答题：40、有的矿泉水瓶上有若干凸起的横向纹路，它的作用是什么？41、结构设计应考虑的主要因素？   42、在交通法规中规定，驾乘两轮摩托车必须戴好安全帽，否则会被罚款，扣分。请你从结构的角度说明为什么要戴安全帽？  结构设计趣闻：赵州桥： “百尺高虹横水面，一弯新月出云霄”，这是明代诗人祝万祉赞美安济桥的名句。安济桥坐落在河北省赵

28、县城南五里的洨河上。赵县古时曾称作赵州，所以安济桥又叫赵州桥。赵州桥是隋朝石匠李春设计建造的，距今已有近1400年，是世界现存最古老最雄伟的石拱桥。在漫长的岁月里，它经受了洪水冲击、地震摇撼、车马重压和风化腐蚀等考验，至今仍然比较完整地保持着桥基、桥身的原来结构，这在世界桥梁建筑史上不能不说是一个奇迹，这一奇迹的出现，完全是由于它设计建造的科学精巧决定的。溯其缘由主要有以下三个方面：       首先，赵州桥选址合理，桥基坚实稳固。       其次，赵州桥的结构奇巧精美，坚

29、固实用。       赵州桥只用单孔石拱跨越洨河，由于没有桥墩，既增加了排水功能，又方便舟船往来，石拱的跨度为377米，连南北桥堍（桥两头靠近平地处），总共长5082米。采取这样巨型跨度，在当时是一个空前的创举。石拱跨度很大，但拱矢（石拱两脚连线至拱顶的高度）只有723米。拱矢和跨度的比例大约是1比5。       再次，赵州桥的施工方案极为科学巧妙。砌筑拱洞有两种砌筑法，一是横向联式砌筑法，另一是纵向并列式砌筑法。横向联式砌筑的拱洞是一个整体，比较结实，但这种砌筑法要搭大木

30、架，而且必须整个拱洞竣工才能拆除本架，施工期较长。数学桥(The Mathematical Bridge)数学桥又称牛顿桥，是一座木结构桥，位于王后学院内。数学桥看上去不起眼，关于它的故事却很动听。相传，这座桥是牛顿运用数学和力学原理设计建造的，整座桥上没有使用一根钉子，堪称奇迹。后来，好奇的学生把它拆下来，想看个究竟。谁知拆下容易，恢复难！无论他们用什么方法，就是恢复不了原样，连校方也无能为力。最后，不得不用钉子固定，才重新将木桥架起来。这个故事弘扬了剑桥的一种学风，或者是一种文化传统，说明剑桥大学的学生好奇心强，敢于挑战权威，勇于实践。由此可见，它的影响是积极的。或许正是出于这种考虑，大家

31、才不去考证故事的真实性，普遍采取了宁可信其有，不愿信其无的态度，乐于传颂。其实，这个故事是虚构的。据剑桥权威指南和2002年新版剑桥画册证实，数学桥是1749年由威廉·埃斯里奇(William Etheridge)根据数学原理设计，詹姆斯·埃塞克斯(James Essex)建造的。建造时使用了铆钉(coach screws)。现在的这座桥，是原桥的复制品(replica)，建于1905年，是用螺栓连接、固定的。 22、当出现交通意外时，摩托车手头盔的某一部位受到一个大的撞击力，由于头盔的壳体结构，使得所受力迅速分布到其表面，形成整个头盔表面均匀受力，而不是某一点受很大的力，这样就起到了保护摩托车手安全的目的推磨用绳子：不是省力是保持平衡和稳定控制用的,实际是一费力装置,也就是说,有了这条绳子,在推的时候不用考虑用力的方向一直保持和阻力一致的同时还要抵抗推杆向下掉的力,但也就在同时,因为多了一个分力,所以实际使用的推力略大于阻力,但是如果不用这绳子的话人会感觉更吃力的原因并不是阻里的原因而是需要控制平衡所感觉的“力使不上劲”的感觉，所以宁愿多费点力气也要加上控制平衡的东西（实际上绳子被拉