通用技术第二册第一章结构与设计第一二节课课件

1、第一节 认识结构第二册 第一章 结构与设计 在我们的日常生产生活中，如果没有丰富的结构设计，我们的生活就会单调而乏味；如果没有丰富的结构设计，我们的生活会黯淡无光；如果没有丰富的结构设计，我们将生活在没有色彩的世界里。因此，结构设计对我们的日常生产生活起着极其重要的作用。 一、了解结构一方面：结构普遍存在于自然界的物体中 特点是：每间蜂房都是大小相等的六棱柱体，底面由三个全等的菱形面封闭起来，形成一个倒角的锥形。上下距离相等，直径约为0、5公分。每排蜂房平行排列幷相互镶嵌，这种结构的优点是用最少的材料获得最大的容积。 著名桥梁设计 赵州桥又名安济桥，建于隋大业(公元605-618)年间，是著名

2、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。 注意：在对桥梁的结构设计时，不仅要考虑它所承载桥体的长度、跨越的障碍物的性质以及桥梁下方的地质情况。 世界首座弧形钢塔斜拉桥南京建成通车 著名桥梁设计 07年5月13日，法国马拉松赛参赛者在世界最高斜拉桥上飞奔。 该桥横跨法国南部城镇密佑附近的塔恩河上的山谷,高343米，甚至高过了埃菲尔铁塔而且仅仅比帝国大厦低38米，堪称世界最壮观的公路桥。密佑高架桥长2460米，整个结构耗费钢材36000吨，占大桥重量的四分之一，其他部分是用混凝土建造的。 著名桥梁设计杭州湾大桥的设计方案总之：结构是指事物

3、各个组成部分的有序搭配和排列。B、框架结构 桌子、凳子、门窗框、奖状框、进行手机信号发射的铁塔、建筑用脚手架、悬索桥铁架、伞架、奥运会比赛场馆鸟巢。 框架结构的特点：通过条状物的连接来承受荷载（说明：通过条状物分解他所承受的力），既可以承受压力，又能够承受拉力。 那是一个用树枝般的钢网把一个可容10万人的体育场编织成的一个温馨鸟巢！用来孕育与呵护生命的“巢”，寄托着人类对未来的希望。 中国传统文化中镂空的手法、陶瓷的纹路、红色的灿烂与热烈，与现代最先进的钢结构设计完美地相融在一起。 北 京鸟巢 上海又一座浦江大桥卢浦大桥，堪称世界第一“拱”，全长750米，为“一跨过江”。主跨550米，边跨各1

4、00米。 著名桥梁设计C、壳体结构：即空心物体构成。 如：鸡蛋、乒乓球、篮球、电灯泡、西瓜、贝类、帐篷、蒙古包、国家大剧院、悉尼歌剧院、圆形陶瓷饰品（锅、碗、瓢、盆、水杯等）、摩托车驾驶员的头盔、汽车发动机盖。国家大剧院悉尼歌剧院 现在大多建筑的结构是由若干基本结构类型组合而成的，往往地基、支柱和支撑梁等是实体结构、整体是框架结构，屋顶建筑是壳体结构。 圣彼得大教堂 索菲亚大教堂三、结构与力椅子一般是由椅面、椅背、4条腿和横档构成。 在工程上，通常将椅子构成各个成分叫做构件。 将大的（主要部分）如：椅面、椅背、4条腿叫做部件， 小的（次要部分）如：横档、楔子叫做零件 对于我们坐的椅子来说：首先

5、，要满足的条件是它能够支撑其自身的重力。然后，要满足人坐上去对椅子产生的压力。这个压力主要承担着是椅子的4条腿，人们为了使椅子在力的作用下不发生形变，常用的方法之一是在椅腿之间增加“横档”，以保持稳固。同时，要求椅背能支持人往后靠时产生的向后的压力，并且椅背不变形。因此，在结构设计时，首先，应考虑因素是结构必须能够承受功能所要求的外力。为了更好理解结构与力的关系，我们通过实验的方法了解结构与力 。2、压力：挤压物体的力。压订书机、桥墩受到压力、压路机压路使用弓、使用臂力器、撑杆跳高、单杠的横杆承受的力、支撑单杠横梁的柱子受到的力也是弯曲力 钓 鱼！由垂直于杆件轴线的横向力（当作用在杆件上的载荷

6、和支反力都垂直于杆件轴线时， ）或由纵向平面内的一对大小相等，方向相向的力偶引起。杆件的轴线因变形由直线变成了曲线，这种变形称为弯曲变形。 工程中以弯曲变形为主的杆件称为 “梁”3、弯曲力剪刀剪纸、钢丝钳钳钢丝、上刀梯、剪剪指甲时指甲受到的力 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的力。5、剪 切 力： 连线拉力 作用于物体 ,使它产生弯曲的力 压 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 剪切力 挤压物体的力扭转力 物体所承受的拉拽力 弯曲力 反方向向物体两端均匀施力,使物体发生扭转形变的力小结：第一节 认识结构一、了解结构：一方面、结构普遍存在于

7、自然界的物体中 另一方面、结构普遍存在于人类创造的各种物体中 结构是指事物各个组成部分的有序搭配和排列。 二、结构的分类结构分类的依据：根据物体的结构形态在受力时承受和传递力的方式的差别，一般将结构分成3种类型。实体结构的特点：利用自身来承受荷载，主要承受压力。框架结构的特点：通过条状物的连接来承受荷载（说明：通过条状物分解它所承受的力），既可以承受压力，又能够承受拉力。壳体结构的特点：通过壳形来传递力和承受荷载，特别是当壳形顶部受到压力时，它能够将力均匀扩散。 5种不同种类的力，即拉力、压力、扭曲力、弯曲力和剪切力。下次见一、结构的稳定性 结构的稳定性是指结构在荷载的作用下维持其原有的平衡形

8、式的能力，就叫做结构的稳定性。一方面：结构的稳定性是指在荷载作用下维持其原有平衡形式的能力。 另二方面：稳定性与它的几何形状、支撑面积的大小和重心位置密切相关，结构要达到稳定。首先，它的整体几何结构就必须是科学合理； 如：A型铝合金梯拉杆其次，一个物体支撑面积越大，重心越低、其稳定度越大。同时，在结构设计时，尽可能使其重力集中在底部 、降低重心、并使重心垂线落在底面积内，就可以提高结构的稳定性。如：大坝、跨栏、溜冰鞋。不倒翁、家用落地电风扇、电脑的液晶显示器、汽车底盘、大坝、独角茶几的底座一般采用比较重的材料（如大理石），这些都是为了增加结构的稳定性的。重心点的垂线位置，落在结构底面的范围内比

9、萨斜塔(CAMPANILE DI PISA)是世界建筑史上的一大奇迹。由于塔身压力过重和地质松软，南面的地基比北面约低米。在施工期间塔身既出现轻微倾斜，随着工程的进度，倾斜度不断增加。到塔身建到第三层时，可明显看出倾斜，曾一度停工。一百多年以后，经工程师托马索皮萨诺精心测量和计算，证明比萨斜塔虽倾斜，但不会倒塌，使工程继续按原设计继续施工，直到竣工。 再如：2007年8月3日下午五点左右，一场十三级的大风暴雨“突袭”上海国际赛车场，导致临时看台的座椅被整体掀翻，吹到F1赛道上，但整体结构基本没有被破坏。这就是结构的稳定性没有处理好。二、结构的强度（一）、强度与应力 结构的强度是通过构件和材料来

10、体现的。构件在外力作用下会形变，同时各个质点之间的相互作用力发生了改变，这种作用力的改变称作为内力。如何来理解内力呢？把这根绳子承受的合力就叫做内力。用“N表示，单位是“牛” F1+F2+F3+F4 通过研究发现内力的大小与构件单位截面面积有关. 如何来理解呢？ 所以说：内力的大小与构件单位截面面积有关. 在拔河时，绳子受到两边拉力的作用，因此拔河用的绳子往往是用多股细绳绞合在一起而成的，有效地增大了绳子的横截面积，减少了绳子的应力，同时，还可以防止它们之间的相对移动，保证各股细绳同时受力。同样的道理，起重机用的钢丝绳、悬索桥的钢索等都是多股合成的。我们将构件单位截面面积所承受的内力称为应力。

11、用“”表示，单位是“Pa” 用公式表示就是: = N / A(“A”:表示横截面积。单位是平方米（m2)。例如：建筑物混凝土方柱，这个方柱的许用应力为0、5MPa，支柱的横截面积为边长L=400mm的正方形，支柱顶受轴向压力P=45kN，支柱重力G=22kN，求支柱的底截面上的应力是多少？方柱会不会损坏？解： N= P+G = 45Kn + 22kN = 67kN = 67000 N0.419MPa 0.5MPa 答：应力是0.419MPa.不会断S=0、4m X 0、4m=0、16m2= N/A =67000N/0、16 =418750N/m2=0、419MPa（1MPa=106Pa）这就是

12、：许用应力应力故事、古代有几兄弟经常打架，父亲就给他们现身说法：一根筷子容易被人折断，两根筷子还是容易折断，三根筷子有点难十根筷子就折不断了。从此，几兄弟便团结起来。试解释，为何一根筷子容易断，多根筷子不易断？答：一根筷子的截面积小，所受应力就大；多根筷子一起，截面积变大了，所受应力就小了 2、如左图：此结构什么地方受到的应力最大？答：最细处，此处截面积最小，则所受应力最大。答：铁质的容许应力比木质的容许应力大。3、铁质物体与木质物体哪个的容许应力大？4、假设花杆支柱最粗处的直径为3cm，最细处的直径为最粗处的一半，外力冲击所产生的内力为30N，试计算支柱上的最大应力为多少？ 解：最细处的截面

13、积最小，所受的应力最大，最容易被破坏，是整个支柱最薄弱的地方，所以支柱所能承受的最大应力取决于最细处的应力。30/（3.14*0.75*0.75）=16.98 N/cm25、截面粗细不同的两根实心直杆件，在相同的拉力作用下，遭受破坏的程度不一样，粗截面的杆件先被破坏，其根本原因与（ ）A外力有关 B内力无关 C应力有关 D材料有关C（二）强度与材料1、强度与材料 揭示了结构强度与材料的关系。即结构强度高，材料不易被破坏。结构强度低，则材料易被破坏。 例如、学校操场上的不锈钢管旗杆的上部被大风吹弯。主要原因是钢管的强度不够 。又如： 人坐在板凳上用力摇几下，板凳坏了。四川汶川在7、8级地震中80

14、%房子倒塌。再如：鸡蛋能支起砖头 这就属于结构强度够形成的。荷载作用传到梁上，梁受力变形趋势如图。钢筋：起着拉力作用 水泥：起着凝固作用碎石：起着骨架作用 砂子：填充料作用钢筋承受拉力，混凝土承受压力。 水泥是胶凝材料，用来包裹砂子、石子。 石子、砂子主要是提供强度。 2、结构形状各种形状的横截面构件，所承受力的程度是不一样的。 值得说明的是：“工”字型钢、十字钢、管材等型材，在相同结构强度中，具有用料少、质量轻等优点被广泛应用。特别值得强调“工”字型钢：他被广泛的应到建筑中，构成建筑物的骨架。角钢：焊制铁床。管材：管道。三、结构的连接 构件连接处的强度是影响整个结构强度和稳定性的重要因素，而

15、构件连接处的强度取决于它的连接方式、连接技术和连接处的牢固程度等。 对于构件间的连接区叫做结点。 结点有两种：铰结点和刚结点 1、铰结点：被连接的构件在连接处不能相对移动，但可以相对转动，即可以传递力，但不能传递力矩。具体有松螺栓、销接、机械连杆与滑块的连接。如：教室门与门框之间（通过折页）的链接。 折叠伞伞骨间的连接、自行车刹车柄与车把的连接。 2、刚结点：被连接的构件在连接处不能相对移动，又不能相对转动，即可以传递力，也可以传递力矩。具体有胶接、焊接.如：自行车的三脚架的连接。 问题：我们来看一下A形铝梯各构件之间采用的连接方式是什么？为什么采用这样的连接方式。 答：A形梯两侧立边与横档之

16、间采用焊接的方式。这样就使构件在连接处既不能相对移动，又不能相对转动，即可以传递力，也可以传递力矩。 A形梯的两面铰结点处采用螺栓接的方式，这样做就使构件在被连接处不能相对移动，但可以相对转动，即可以传递力，但不能传递力矩。 总之：这样做的好处是保证结构和构件的形状稳定，还能增强结构的强度，使他足以支持自身质量及荷载。 四、结构的强度和稳定性试验 技术试验是解决技术问题的重要方法。技术试验有多种作用，如对不同材料进行强度试验，目的在于选择符合设计要求的材料。如对结构进行加载模拟实验，目的在于检测或改进结构强度。技术试验有多种方法，如撞击试验、承载试验和模拟试验等。 为了使同学们更好地理解“结构

17、与设计”的知识，安排如下试验。 1、将三条长30cm，横截面10mm x 10mm的木棍销接在一个圆盘上，组成一个三脚架。将三角架放在光滑的台面上，在三角架上加载重物，观察三脚架的几何形状发生了什么变化，并记录下数据。然后，再将三角架的三个腿上拴上橡皮筋观察。最后，再将三角架的三个腿上拴上弹簧测力计进行观察。 第三节 结构设计 说明：进行结构设计时必须考虑它的受力情况、稳定性、强度、连接方式和材料的选用等。并能对结构设计进行基本的描述（图纸）。还要从功能、实用、安全、经济、美观和人性化等角度综合考虑，以保证结构设计的目的和要求。 以模型桥为对象进行结构设计，要求形成设计方案，绘制简单的设计图纸

18、，做出模型。 具体要求如下：用木条制作桥梁模型，跨度不小于30cm的前提下，桥长不限；要求孔高不低于15cm，桥面宽度不小于8cm，承重的质量不小于500g，承重时间15s以上。第四节 典型结构的欣赏 如何赏析结构设计作品？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。 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。 汉族文

19、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。文化技术故宫猜建筑12345 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福建 客 家 土 楼安庆 振风塔的塔身是平面形状为正八边形，塔内空心，有石级直通塔顶。楼阁式砖石结构。为振兴文风所建。振 风 塔 北京就是方形网格的城市格局，所有的民宅、故宫、四合院都是方形。所以“水立方”被设计成方形也反映了中国传统建筑格局。 “水立方”的墙面和屋顶都分内外三层钢质构件

20、，外围形似水泡的ETFE膜（烯-四氟乙烯共聚物）ETFE膜是一种透明膜。 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。 水立方北 京 徽州民居讲究自然情趣和山水灵气，房屋布局重视与周围环境的协调，自古有 “无山无水不成居”之说。 徽州古民居，多为三间、四合等格局的砖木结构楼房，平面有口、凹、日等几种类型。一层多进，各进皆开天井，充分发挥通风、透光、排水作用。粉墙、青瓦、马头墙、砖木石雕以及层楼叠院、高脊飞檐、曲径回廊、亭台楼榭等的和谐组合，构成徽派建筑的基调。 徽 州 民 居天坛祈年殿天坛的主要建筑祈年殿，每年皇帝都在这里举行祭天仪式，祈祷风调雨顺、

21、五谷丰登。它是一座三重檐的圆形大殿，高38米，直径32.72米，宝顶鎏金，碧蓝琉璃瓦盖顶。天坛祈年殿大殿结构十分独特，全砖木结构，没有大梁长檩，全靠28根木柱和36根枋桷支撑。大殿中央4根“龙井柱”代表一年四季，中层12根柱子象征12个月，外圈12根柱象征12个时辰，内外檐柱24根代表24个节气。 岳阳楼 台北101大楼芝加哥席尔斯大楼吉隆坡双子星大楼上海金茂大厦香港国际金融中心纽约帝国大厦 卢沟桥位于北京西南永定洞，修建于800多年之前，是中国桥梁建筑史上的又一杰作，全长265米，宽8米多，共有十一个桥孔。著名桥梁设计东海大桥全长32.5公里世界第一长著名桥梁设计 福斯湾悬臂钢桁架桥位于英国

22、苏格兰东海岸，为19世纪末期世界上最大的双线铁路、悬臂刚桁架桥，该桥1883年开工，1889年竣工。著名桥梁设计 高明桥是一跨越西江的大型公路桥，主通航孔采用中承式钢管混凝土拱，引桥系钢筋混凝土肋拱，属于弓形拱桥。 著名桥梁设计上海世博馆 每一个经典的结构它都是一个功能和形式的统一体。我们可以充分的体会到在欣赏建筑艺术的过程中，欣赏者应从技术和文化两个角度进行欣赏，也就是说欣赏者要了解建筑的一般结构特点并具有较高的审美修养，并且充分调动自己的想象、情感等因素，积极能动地进行审美，只有这样，才能更好地欣赏建筑艺术的美。技术和文化两个角度本 课 总 结反馈练习：1、结构是指 （ ）A、构成自身的空

23、间形态 B、事物各个组成部分的有序搭配和排列 C、承受力和抵抗变形 D、可承受一定力的非架构形态B2、自行车的辐条，一端穿在轴盘上，另一端拧在传过轮圈的空心螺纹上，由辐条在工作中承受的力是（ ）A、拉力 B、压力 C、弯曲力 D、扭转力D3、下面哪一种情况不是受扭转力的作用（ ）A、车的传动轴主要受到的做用力 B、自行车的辐条，一端穿在轴盘上，另一端拧在传过轮圈的空心螺纹上，由辐条在工作中承受C、使用螺丝刀时，螺丝刀所承受的力 D、单杠的杠体所承受的力D5、上刀梯表演的演员，脚面所承受的力（ ）A、扭曲力 B、弯曲力 C、剪切力 D、压力C4、晾晒衣服时，通常的做法是在两根柱子之间系一根软绳，

24、如图所示。在本结构中，柱子主要受到（ ）。A、扭转力 B、弯曲力C、剪切力 D、压力BB7、分析下列物体结构类型，属于壳体结构的是（ ）A、鸟巢 B、橡皮擦 C、篮球架 D、电灯泡D8、下列结构中分类错误的是 （ ）A、实体：墙体 B、壳体：钢化玻璃锅盖 C、框架：窗户 D、壳体：篮球架D6、建筑工地所用的脚手架属于那种结构（ ）A、实体结构 B、空心结构 C、壳体结构 D、框架结构D10、摩托车事故中驾乘人员死亡的70%以上都是没有带头盔或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、合格的头盔视野清晰，可以帮助车主避免交通事故的发生C 9、汽车的引擎盖在结构中属于哪种类型 （ ） A、实体结构 B、框架结构 C、壳体结构 D、其他C11、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