高中通用技结构与设计ppt

《技术与设计2》结构与设计

1.无处不在的结构

结构是指事物的各个组成部分之间的有序搭配和排列。

蜻蜓苍耳子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。

应力概念

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。应力是结构的单位横截面上所产生的内力，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σ=F/s,其中,F

是内力,S是受力面积,σ是应力。

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

第二节

稳固结构的探析在日常生活中，我们时常会看到翻到在地的物体。是什么原因出现了图上所示的现象？结构的稳定性：结构的稳定性是指结构在负载的作用下，维持原有平衡状态的能力。结构的稳定性与什么因素有关？想一想：（一）影响结构稳定性的主要因素：[实验探究1]：拿一本书，让它直立在桌面上，它马上倾倒了，显然，其稳定性不好。同样的一本书，把它的下端各书页展开一定的角度，仍旧将它直立在桌面上，它就能很好的挺立住。因素一：支撑面积的大小1.稳定性与支撑面积的大小有关支撑面越大越稳定，越小越不稳定。C.为什么许多课桌椅的支撑脚要做成往外倾斜？

这是为了进一步增大与地面接触所形成的支撑面积，增加稳定性。注意：支撑面≠接触面。接触面:是物体与地面接触形成的面。支撑面:是物体与地面接触形成支撑点的连线与地面构成的面。接触面支撑面[实验探究2]：落地扇为什么不易倾倒？

落地扇的底座采用较重的材料，风扇比底座轻很多，使落地扇的重心降低。

2．结构的稳定性与重心位置有关。物体重心越低，越稳定。因素二：重心位置A.不倒翁为什么不倒？如果在它脖子上挂上一定数量的铁环，它还会不倒吗？

一摞书，整齐放置时的稳如泰山；另一种放法,每本都往一边慢慢往外放置，到一定程度时一摞书就全倒了。小实验3、结构的稳定性与它的几何形状有关。

A、A字形梯为什么载人时能够保持稳定？如果没有梯子中间的拉杆将会怎么样？

一般情况下，梯子打开的时候，梯面与地面组成三角形，梯子本身就能站得稳。当连接两个梯面的横杆拉直时，两个梯面的上半部分就与横杆构成了稳定的三角形，这就进一步加强了梯子的稳定性，保证梯子能承受人体的压力。如果没有梯子中间的拉杆，载人时就不能保持稳定。

因为三角支架与地面有三个接触点，形成的三角形结构使照相机的支撑架更容易稳定。B、照相机的支撑架为什么常使用三脚架而不用其他形状？因素三：结构的稳定性与它的几何形状有关。

2.走钢丝的人为什么要拿一条长棒？3.静止状态下陀螺会倾倒，而当它高速旋转时却可以立起来？

这个谜，直到上世纪八十年代初才解开。一位美国的物理系研究生，通过电脑进行复杂的运算，终于从理论上解决了。问题就出在旋转速度和摩擦上了。陀螺在旋转起来时，支持点周围也不免与支持面（桌面）产生摩擦，而这种旋转的物体总是使运动趋向于摩擦更小的状态。当陀螺摇摇晃晃地立起来，终于使一个尖端着地时，就逐渐达到了支持点面积最小，稳定旋转的状态，水平的能量转化成为绕对称轴旋转的动作。当然，由于摩擦，它的转速又会慢慢减小。然后开始摇晃，最后，倒下来，因为这时它要趋向重心更低，更稳定的状态。

陀螺效应：凡是高速旋转的物体，都有一种使转动轴保持不变的能力，这种能力使得陀螺即使在不平的支持面上转动也不会倒下。所以一旦自行车运动起来后，转动的车轮也具备这种能力，这种能力使得自行车即使发生了倾斜，也能自动地把自行车调整过来，这就是自行车不倒的原因。不稳定的结构应用：１.倒置的啤酒瓶可以预报地震。２.在打水的桶口边挂一重物，在水面时能自动翻倒打水。（二）结构的强度这条板凳、这个防盗网的强度是怎样的，也就是指它受到外力作用的情况下，它不被外力破坏的能力如何。结构具有的抵抗被外力破坏的能力。所以说结构的强度是指：

我们知道稳定性是研究物体的保持平衡状态的能力，强度是研究不被外力破坏的能力。例如我们刚才举的椅子的例子，椅子能够承受人的重力这是一个强度问题，那么椅子会不会左右晃动，摇摆，那就是一个稳定性问题了。强度与稳定性的联系与区别：

1.影响结构强度的主要因素①完成课本P17页案例

吊兰支撑使用的三角形支架结构，而不使用由一根直杆挑起的结构。从材料方面考虑，吊兰的三角形支架使用的是钢管而不是木条或塑料，钢管抗拉力性能好。从连接方式考虑，吊兰的三角形支架的构件是焊接而不是捆缚，这种连接方式更牢固。1)影响结构强度的几个主要因素结构的形状使用的材料构件之间的连接方式结构外部形状结构的构件截面形状铰连接刚连接p22(1)结构的形状:

A.不同横截面形状的构件所能承受力的程度是不一样的。注意：结构对强度的影响有两点，一是结构的外部形状，二是结构的构件截面形状。C.相同材料，相同截面积，不同截面形状的构件强度不同。B.结构的外形相同，构件的截面不同，其强度不一样。D.三角形形状:

三角形是框架结构中最基本的形状之一,它结实、稳定、所用材料最少。

在长方形或六边形的框架中间，加上支撑构件，构成三角形，就可以大大增加它的牢固程度。小实验：P019（2）因素2：使用的材料①结构的强度与材料有关纸杯钢杯塑料杯②混凝土材料。

使用钢筋混凝土结构的好处是什么？

混凝土抗压性能较好，而抗拉能力就比钢筋要小得多。因此在制造时可在梁的受拉区放置钢筋，组成钢筋混凝土梁，在这种梁中，钢筋受拉，混凝土受压，它们合理组成一个整体，共同承担载荷的作用。

（3）因素3：构件之间的连接方式：

结构的连接是指通过一定的连接物将构件组成整体结构。结构构建的连接通常有以下两类：铰连接刚连接铰连接：被连接的构件在连接处不能相对移动，但可以相对转动，具体有松螺栓、松铆等。

刚连接：被连接的构件在连接处不能相对移动，也不能相对转动，具体有榫接、胶接、焊接等。胶接榫接

结点是从连接的效果来划分。一个结点可以有多种连接方式。不同的材料有不同的连接方式；构件的连接方式不同，结构的强度也不同。

（1）．对一个用4根小木条钉成的相片框,使它更牢固的做法是什么?（2）．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。马上行动可用直角铁片固定在连接处的背面。刚连接；铰连接铰连接。（3）．比较左图中同一结构的几种连接方式,请预言哪种连接方式的强度更好。

左边的榫卯连接的强度最大，上下、左右、前后各方向都被牢牢固定住，所以强度最大。中间的连接方式强度最小，钉子是从侧面钉进去的，中间的横梁不能承受较重物体的压力，所以强度最小。补充1、结构连接方式：铆接膨胀螺栓连接榫接胶接焊接2、结构种类：壳形结构实体结构框架结构小结一、结构的稳定性影响结构稳定性的三个因素：重心位置、支撑面积的大小和结构的形状二、结构的强度影响结构强度的三因素：结构的形状、结构的材料与连接三、结构与功能复习设计的一般过程是怎样的？

1.发现和明确问题

2.制定设计方案

3.制作模型或原型

4.测试、评估及优化

5.产品的使用和维护制作评价在实现基本功能的基础上,增加多种功能注意结构的灵活应用注意提高技术性注意融入文化,增强文化底蕴增加修饰,增强美感中西经典结构赏析阅读：课本30页案例分析赵州桥赵州桥又名安济桥，建于隋大业(公元605-618)年间，是著名匠师李春建造。桥长64.40米，跨径37.02米，是当今世界上跨径最大、建造最早的单孔敞肩型石拱桥。因桥两端肩部各有二个小孔，不是实的，故称敞肩型，这是世界造桥史的一个创造（没有小拱的称为满肩或实肩型）。赵州桥距今已1400年，经历了10次水灾，8次战乱和多次地震，特别是1966年邢台发生的7.6级地震，邢台距这里有40多公里，这里也有四点几级地震，赵州桥都没有被破坏，著名桥梁专家茅以升说，先不管桥的内部结构，仅就它能够存在1300多年就说明了一切。1963年的水灾大水淹到桥拱的龙嘴处，据当地的老人说，站在桥上都能感觉桥身很大的晃动。据记载，赵州桥自建成至今共修缮8次。在主拱券的上边两端又各加设了二个小拱，一是可节省材料，二是减少桥身自重（减少自重15%），而且能增加桥下河水的泄流量。

1979年5月，由中国科学院自然史组等四个单位组成联合调查组，对赵州桥的桥基进行了调查，自重为2800吨的赵州桥，而它的根基只是有五层石条砌成高1.55米的桥台，直接建在自然砂石上。这么浅的桥基简直令人难以置信。梁思成先生1933年考察时还认为这只是防水流冲刷而用的金刚墙，而不是承纳桥券全部荷载的基础。他在报告中写道：“为要实测券基，我们在北面券脚下发掘，但在现在河床下约70-80厘米，即发现承在券下平置的石壁。石共五层，共高1.58米，每层较上—层稍出台，下面并无坚实的基础，分明只是防水流冲刷而用的金刚墙，而非承纳桥券全部荷载的基础。因再下30-40厘米便即见水，所以除非大规模的发掘，实无法进达我们据学理推测的大座桥基的位置。”

饕餮,最贪吃,能吃能喝,常饰于鼎的盖子上。因它能喝水,几乎在古代桥梁外侧正中都能见到,防止大水将桥淹没。

赵州桥栏板上的饕餮(仿隋朝栏板）

1991年9月，赵州桥被美国土木工程师学会选定取为第十二个“国际土木工程里程碑”，并在桥北端东侧建造了“国际土木工程历史古迹”铜牌纪念碑。广西特色建筑---程阳风雨桥

程阳风雨桥，形式和结构具有侗族独特的艺术风格。桥上有五座亭阁，亭阁之间长廊相接，长廊之中雕梁画栋，光彩夺目，栩栩如生，充分显示了侗族劳动人民非凡的创造才能。“廊桥”顾名思义，就是有屋檐的桥。按照泰顺先祖们的“交通规划”，在相隔一定里程的大路（石砌路）边上，要建上一座供人歇脚的风雨亭。而“廊桥”这一称谓泰顺其实是最近几年才开始采用的，几百年来，泰顺人一直称木拱廊桥为“蜈蚣桥”。泰顺--廊桥故宫文化：汉族文化的代表。建筑色彩以朱墙黄顶为主，表现皇帝的威严。屋顶的飞檐结构减轻了大屋顶的沉重感，既增添了飞动轻快的美感，同时又体现了高贵华美的风韵，丰富了建筑文化。技术：采用了典型的木结构建筑形式。木结构建筑主要采用榫铆连接。屋顶的飞檐结构扩大了采光面，有利于排泄雨水。苏州园林岳阳楼案例分析：飞檐、斗拱（课本31页）

飞檐5层，从楼的纵向看各层排檐与楼名直接有关，形如黄鹤，展翅欲飞。整座楼的雄浑之中又不失精巧，富于变化的韵味和美感。

黄鹤楼斗拱

斗拱是中国木构架建筑特有的结构构件，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，又是屋顶和屋身的过渡。此外，它还是封建社会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，称为大式建筑。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。

释迦木塔位于应县城内西北佛宫寺内，俗称应县木塔。建于辽清宁二年（公元1056年），金明昌六年（公元1195年）增修完毕。是我国现存最高最古的一座木构塔式建筑。为全国重点文物保护单位。应县木塔的设计，广泛采用斗拱结构，全塔共用斗拱54种，每个斗拱都有一定的组合形式，设计科学严密，构造完美，巧夺天工，是一座既有民族风格、民族特点，又符合宗教要求的建筑，在我国古代建筑艺术中可以说达到了最高水平，即使现在也有较高的研究价值。应县木塔

中国古建筑以木材、砖瓦为主要建筑材料，以木构架结构为主要的结构方式。此结构方式，由立柱、横梁、顺檩等主要构件建造而成，各个构件之间的结点以榫卯相吻合，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，由于木材具有的特性，且构架的结构所用斗拱和榫卯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。中国古代建筑的特点圣彼得大教堂圣彼得大教堂文化：体现了明显的文艺复兴时期提倡的古典主义形式，主要特征是罗马式的圆顶穹窿、希腊式的石柱以及平的过梁相结合，是典型的哥特式教堂。整个教堂采用巨大的石材结构，象征着不朽和永恒。技术：穹顶轮廓浑圆饱满，穹顶上的肋与围绕鼓座一圈的双柱一一对应并向上延伸至顶部的采光亭，肋间以十道断面小强度大的环形铁箍抵抗穹顶向外的侧推力。法国巴黎圣母院德国科隆教堂比利时布鲁塞尔荷兰阿姆斯特丹阅读：案例分析蛋形椅（课本32页）

阿纳•雅格布森被认为是20世纪丹麦最有成就的建筑师，室内设计师，家具设计师和手工艺品设计师，也是仅有的几个将自己的名字镌刻在建筑与设计这两个领域历史里的设计师。他的作品不仅是博物馆中的经典藏品，更成为丹麦人日常生活中不可缺少的一部分，如一个杯子或者一盏壁灯。

它的作品呈现出一种批判的地方色彩，是传统手法与功能信条的冲撞。他的每一个作品均具有适合的尺度、细节和意念。他还为自己的大部分建筑作品设计家具和配件。对作品，他注重细节，材料的选用，传统与实用的结合。雅格布森是个功能主义者，但他是个浪漫的功能主义者。他的整体设计思想，包括建筑概念，平面设计，构成比例，色彩、质料、陈设、灯光、织物等都应表达相同的内涵和主题。练习：课本33页盖里椅

功能：在使用功能上，盖里椅具有其他椅子相同的功效，唯一的缺点是没有扶手，而且椅子面过于平直，坐久了人会觉得不舒服。结构设计：盖里椅结构上简洁大方,线条明快,有流动感。占地面积小，却十分平稳。但椅子的旋转性差，不能随意转动使得它灵活性也差。制造技术：盖里椅要达到整体统一的完美线条和弯曲效果，还要考虑到重心的位置高低和椅子承受能力的大小，对制造来说，是一次挑战。

审美：盖里椅的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。

作为当代杰出设计大师雅格布森的设计作品，盖里椅流畅柔软的线条带给人轻松的心情，金属的质感透过视觉冲击人们的内心。坐着的人在不知不觉中陷入雅格布森那宁静而又充满想象的世界。“最好的设计便是没有设计。”正如这句话一样，盖里椅的设计其实算不上设计，但它确给了人们另一番感受。

中国式古典建筑，通过复杂的柱、梁、檩等结构工艺，实现“五步一楼、十步一阁”的意境，从而形成一种具有深度空间的庭院或庭园式建筑形式。西洋式古典建筑则以体势雄豪宏壮争胜。通过巨大的岩石堆垒与雕刻，以单体建筑自身的巨大穹顶、高廊伟柱，从而形成一种立体布局的壮伟的城堡式结构。文化：

中国的建筑以土木结构为主体，可以说，从原始社会末期起，一脉相承，形成了一种独特的风格。西方建筑，从埃及和巴比伦到希腊罗马的花岗岩、大理石体建筑，到近代、现代的钢筋混凝土和合金金属建筑，同样一脉相承，形成了另一种独特的西方艺术风格。技术：中国的古典建筑——沉静幽思欧洲的古典建筑——雄壮奔放中国的古典建筑——沉静幽思欧洲的古典建筑——雄壮奔放中国民间建筑赏析福建－客家土楼

客家土楼大多采用了圆形的几何形状,厚实的夯土外墙和木结构为主的内部结构,土楼对外不开窗,表现出客家人具有强烈的家族观念和安全意识贵州－吊脚楼

苗族、水族、侗族、瑶族、土族等少数民族居住的干栏式建筑。这种楼房往往依山傍水建成，体现人与自然的和谐。江苏－水乡民居

江苏气候温和湿润、水域丰富，城镇及乡村民居大都利用地形、自由灵活地散列在流水萦坏的隙地上，临河依水而建或跨溪而筑。住房布局紧凑、一般为2层楼房并建有楼阁，形成独特的水乡人家。内蒙古－蒙古包

蒙古包、毡包是我国蒙古族、哈萨克族、塔吉克族等民族牧民居住的帐篷。蒙古包一般用柳条做骨架，外侧包羊毛毡，再在顶部中央设可支起的圆形天窗，是一种可移动式圆形住宅。上海－石库门

石库门，上海旧的住宅除一部份花园楼外，以“石库门”房子最具代表性。大片住宅成排布置，互相毗连。户内建筑布局紧凑，高2-3层，青瓦铺屋顶，并有小型晒台，在建筑正面和墙头、大门等外常作简美丽的装饰。陕西－窑洞

窑洞是典型西北黄土高原、黄河上游地区，少雨地带的民居。夏季室温比室外低约10度，冬季比室外约高15度。温度比较稳定，可谓冬暖夏凉。北京－四合院

中国北方的传统民居，总的特点是以院落（或天井）为核心，以外实内虚的原则和中轴对称格局规整地布置各种用房。它表现出中国人对家族和谐完整的追求以及抵御外来势力的强烈意识。东北－马架房

吉林蒙古话马架房是吉林省蒙古族农民住宅中主要的房屋，形如吉林东部山区汉族农民的马架，故称马架房。其房平面近方形上部可用椭圆顶，极似蒙古包，保持了蒙古族的民族习惯。马架房全部用泥壁，不做基础，四面皆土坯墙围绕，当阴雨连绵之际，墙壁会因潮湿而脱落，房屋寿命难以保持长久。山东－民居

其建筑具有东北地区部分汉族住房特点，以石、土混合筑房壁和院墙，屋顶有一层较厚的泥土，以保护房内的温度。有的房顶类似东北地区蒙古族“马架房”的房顶。云南－傣族竹楼

傣族竹楼，相传是傣族祖先根据凤凰降落在傣乡的姿态演化而建造。竹楼分上、下两层。上层住人距离地面2.5米左右，以木桩或青竹为柱。下层无墙，用以饲养牲畜及堆放杂物，屋顶为双斜面呈人字型，覆盖“草排”或瓦。室内用竹墙隔开，内间卧室，外间为客室。地板富有弹性，阳光和风经竹缝透入，雅致舒服。安徽－民居

其布局一般都以三合院或四合院为基本单位，但宏观世界与北京的院落形式有别。根据当地气候、地形的特点，安徽传统的民居建筑多为各种造型的二层楼房，有的依山傍水，有的参差起伏，有的层楼叠院，精致朴素、堂皇俊秀。

山西－瓦房

山西民居以土坯大砖为建筑材料，常为瓦房。瓦房的布局、结构一般以三间为主，院墙和房屋形成四合院，院墙大门和房顶都建有独特的装饰。四川－楔式民居

采用全楔式木结构建造，并因地制宜、就地取材、随势而筑，以石下基础，以木制梁、楔、柱、椽，以竹隔墙夹楼，以砖或土、石砌墙，以草、瓦盖顶，空间丰富多变，层次错落有致。浙江－黄岩天长街住宅

黄岩天长街住宅，全宅的中间部分分三层，第二层空间仅有2.2米高。以顶阁楼三面凸出，窗台做得较低，三面都开窗，阁楼窗子开得合宜，住在顶层并不觉得压抑。整个住宅造型有虚有实，有高有低，轮廓线明显。广西－广西民居广西民居建筑主要是木、竹结构，漓江沿岸主要以竹为建筑材料，有类似傣族竹楼的竹房。房屋下部有一高度不大的底层，房前一般设有小走廊，类似城市建筑中的阳台。在壮乡，房屋往往依水而建。宁夏－回族民居宁夏主要是回族聚居，其民居旧地取材以土为主。院墙、屋墙均用泥土而筑，土墙上加有一定民族风格、习俗装饰，房檐为单面，形成独特的风格。青海－高原民居青海民居青海地处高原，是汉族、藏族、回族、土族、撒拉族、蒙古族、哈萨克族聚居的地区，是因地理环境、自然条件，丰富的建筑材料使其民居富丽堂皇而典雅。前房为高台阶平房，大门凹进，左右两扇窗户形式各异。后院的房屋为一楼一底，楼上有凸出的明式走廊。

湖南－风火墙湖南民居建筑平面多为前后两个一明两暗的三间组成，中为内院，植以花木，房屋空间高，设有阁楼，建筑选型均衡；青瓦粉墙，墙内设有风火墙，背山面水，环境优美。一般的农民房屋并没有高大的山墙，如毛泽东同志的韶山旧居就是典型的湖南农宅。

台湾－三合院卑南王家三合院为传统三合院形制，庭院分内埕、外院，门樘上还崁有“瑞村堂”的大理石刻，为砖造１层楼建筑，为钢筋混凝土，为闽日合璧建筑，采闽式三合院建筑格式，内部格局与外部工构都充满了浓浓的日本风味。西藏－碉房碉房多为多层建筑，底层可以作牲畜的圈，二层可以作人的居室、储藏室等，三层可以作经堂，供佛像、点酥油灯等。最地道的碉房为石头所砌。墙壁最厚处甚至达１米，大多数墙壁上面都比下面薄，整面墙呈梯形。也有的碉房为土木结构，都是冬暖夏凉。清末至民国初年西关的传统民居建筑，从建筑的平面布局、立面构成、剖面