第一章结构与设计

技术与设计1我们学习了设计的基本知识，熟悉了设计的一般过程。

通用技术必修2结构与设计流程与设计系统与设计控制与设计

四个主题都是具体的、通用的技术,它们具有典型意义,并与技术的发展密切相关联。学习这些技术与设计的基本思想和基本方法,将使我们终身受益。同时也将使我们适应新世纪的科技发展、知识经济发展以及社会可持续发展的需要,成为有用的人才。第一单元结构与设计一常见结构的认识二稳固结构的探析三简单结构的设计四经典机构的欣赏结构：是指事物的各个组成部分之间的有序搭配和排列。技术上的结构是指可承受力的物体形态，能抵抗引起变形的力。点构成线线构成面面构成体A、同样是水，有液态、气态、固态；B、同样是碳，但有最硬的固体金刚石和最软的固体石墨存在；C、化学有机物结构不同性质不同；D、同样的六个字“这个人表现好”“这个人好表现”，但因排列不同，就形成了一褒一贬；E、用同样的材料，做出的结构不同的小板凳就会有不同的特性，有的稳，有的不稳；F、各种材料组成结构可以使“死的”材料变成“活的”机器。如：发动机、电子计算机、机器人、飞机、火箭……在自然界，相同的物质，不同的结构，表现出不同特性的现象。

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，进而影响着事物的功能(性质不同表现出的性能也就不一样）。科罗拉多大峡谷在自然界，不同的物质，不同的结构，表现出不同特性的现象处见。结构与功能结构不仅是事物存在的一种形式，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。鹰可以在几千米的高空准确无误地辨别地面上的动物,这是因为它的眼部结构比较特殊。人类每只眼睛的视网膜上都有一个凹槽,叫做中央凹。而老鹰眼中的中央凹却有两个,这两个中央凹的作用不同,其中一个专门用于接收来自鹰头侧面物体的像,另一个用于接收来自鹰头前方物体的像。这样,老鹰的视觉范围就宽多了,能兼顾前方和侧面。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。如果在人类的视网膜上象鹰一样有两个凹槽，世界将会如何变化？将来运用技术手段在人的视网膜造出两个凹槽,有这种可能吗？

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。人们将其成果应用到技术领域,更好地服务于人类。

看来我们人类好多地方不如动物,不能象鸟一样在空中自由飞翔,不能象鱼一样在水中欢快游荡,奔跑速度不如狗，打斗力气不如虎。人类凭什么能成为动物界的统治者呢?

合理的结构是事物存在的基础①

结构决定了事物的性质；②

通过对自然界中结构的研究和利用能更好的服务人类；③合理的结构是事物存在的基础。指出下例结构可以抵抗来自外界那些方面的作用力。

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。

一个较复杂的结构由许多不同的部分组成，这些组成部分通常称为构件。2.结构与力外力(严格的说叫载荷）载荷：①主动作用于结构的外力(自重、设备、人员、风、雪等)。②使结构产生内力和变形的因素(温度、基础沉陷、地震等)。使构件发生变形的同时，构件内部随之产生一种抵抗变形的抵抗力，称为内力

。内力，就是用来抵抗外力与变形，并力图使变形部分复原的力。载荷变形内力思考：它可能受到哪些力的作用？还可能有哪些因素使其变形？负荷作用前原子的位置小负荷作用下的应变高负荷作用下的应变

达到高负荷作用下的状态除去负荷后原子的位置形变时晶体中原子的位置

讨论分析生产、生活中常见结构，要抵抗来自外界力的作用情况：硬纸包装箱：建筑物的窗户：课桌：自身重力、墙体的压力、风力、外来撞击力…自身的重力、手臂的压力、桌山个物体的压力、推拉力、地面对其的支撑力…箱内物体的重力、箱内物体向外的挤压力、自身的重力、外界压力、所装载货物的压力…当在一个水平桌面上的A物体上面加上一个B物体时,A物体所受的合外力与未加B物体前一样仍然是零,从所受的合外力来看似乎与它上面不加B物体是一样的。物理学与技术学科研究力的角度不同,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，同时不考虑物体的变形。而技术学则关注一个物体内部受力情况。考虑物体的变形。5N8NFFFF左拉力右拉力内力如何抵抗外力图示内力抵抗左拉力内力抵抗右拉力内力抵抗弯曲力弯曲力内力如何抵抗外力图示拉力：物体所承受的拉拽力。

特点：使构件沿力的作用方向伸长，作用在杆件轴线上方向相反指向向外的平衡力系。拔河！拉拉面、拉油条、拉拉力器压力：挤压物体的力。趁热打铁！压订书机、桥墩受到压力、压路机压路弯曲力：由垂直于杆件轴线的横向力（当作用在杆件上的载荷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钓鱼！使用弓、使用臂力器、撑杆跳高什么是力偶力偶的性质力偶的两个推论力偶什么是力偶某些物体受到两个力的作用同时大小相等方向相反作用线不在同一直线上力偶∶具有上述特点的一对力用(F,F`)表示力偶作用平面力偶臂力偶的性质力偶是一基本力学量

没有合力本身不平衡即不能用一个力来代替，也不能用一个力来平衡。ABF1F2根据反向平行力的合成可得合力RR=F1-F2

R与F1同向在F1的外侧CR力偶的性质问题∶有(F，F’)O是任意点求∶m(F,F’)=?FF’BAKOdxMo=mo(F)+mo(F’)=F(d+x)-F`x=Fd以后，m(F,F’)=m=士Fd+力偶使物体逆钟旋转或有此趋势-

力偶使物体顺钟旋转或有此趋势

N.mkN.m力偶对其作用面内任意点之矩与矩心位置无关，恒等于力偶矩。两个力偶是等效的，则它们力偶矩∶大小相等，旋向相同。力偶的性质两个推论力偶可以在其作用平面内任意移转，而不影响它对刚体的效应。保持力偶矩的大小和旋向不变，可以任意改变力偶中力的大小和力偶臂的长短，而不影响它对刚体的效应。力偶的图上表示用力和力偶臂表示ABF1F1d用m或m表示.m表示大小.

表示旋向扭转力：受力特征：杆受一对大小相等、方向相反的力偶，(力偶（couple），大小相等、方向相反、作用线不在同一直线上的一对力。力偶对物体产生转动效应。)力偶作用面垂直于轴线。变形特征：横截面绕轴线转动。拧干衣服！拧瓶盖拧麻花条

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的力。修理草坪！剪刀剪纸、钢丝钳钳钢丝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杆受一对大小相等、方向相反的力偶。变形特征：横截面绕轴线转动。弯曲力由垂直于杆件轴线的横向力（当作用在杆件上的载荷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。作用于物体,使它产生弯曲的力构件的基本受力形式：拉力、压力、剪切力、扭转力和弯曲力。

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马上行动:请连线典型案例分析－－结构是怎样受力的

(单杠的受力和变形分析)(把单杠看成结构，构件有：杠体、立柱、拉杆。)球球球球F球

小球对固定点的作用力的方向，从固定点指向小球球心所处的瞬间位置。单摆实验示意图运动员在杠体上转动，其侧视图与单摆类似：杠体相当于固定点，人相当于小球。所以，任意时刻，人对杠体的作用力方向都是指向人重心所处的瞬间位置。结论一：杠体总是朝着人体所在的瞬间位置的方向上发生弯曲。杠体和立柱的上端相连，人的作用力通过杠体作用于立柱，将可能发生弯曲变形,如果要向前发生弯曲，请问同学们有什么方法可以抵消这种弯曲呢？立柱埋深一点、用一个力从反方向拉，都可以帮助立柱抵抗变形结论二：

任意时刻，对于立柱，由人运动所产生的弯矩M1，都有一个由立柱埋在地下部分和拉杆共同产生的反弯矩M2来平衡，以保持单杠整体的稳定。1.

分析题:大跨度承受压力一般用“人”字形梁，其结构形状如图所示，主要由四个杆件AB、AC、BC和AD组成，A、B、C为结点。AD为钢筋，杆件AB下方由螺栓拧紧。当A点承受向下的压力时，分析“人”字形梁构件AB、BC所受的主要外力，说明哪个构件更适合用钢筋。构件AB、AC所受的主要外力是压力，构件BC所受的主要外力是拉力；钢筋抗拉能力强，大跨度抗压能力差，故构件BC更适合用钢筋。

2.吊扇在启动瞬间，吊杆的主要受力形式有()①拉力②压力③剪切力④扭转力A．①④B．①②C．①③D．②③A本题考查“构件受力的形式”。构件基本受力形式主要有拉力、压力、剪切力和扭转力等。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：反方向对物体两端均匀施力，使物体发生扭转形变的力。很多时候，构件可能同时受到几种不同形式的力的作用，吊扇在刚刚启动的过程中，吊杆要克服吊扇的拉力、电扇启动时产生的扭转力。观察右图,说明石磨的推杆为什么要用一根绳子吊起来。3.探究：答案：1、保持人在推磨过程时推杆始终在平行于地面的平面上运动；2、防止推杆弯曲变形。4.如图所示“纸张承重试验”，纸张结构受力形式是：（）A．拉力B．压力C．弯曲力D.扭转力5.水泥梁在受力后会发生形变，见图，此时它的上、下表面（沿表面）的受力：（）A．上表面受到压力，下表面受到压力；B．上表面受到压力，下表面受到拉力；C．上表面受到拉力，下表面受到压力；D．上表面受到拉力，下表面受到拉力。3、结构的类型变形固体及其假设连续性假设：认为整个物体所占空间内到处无空隙地充满物质均匀性假设：认为物体内任何部分，其力学性能相同各同向性假设：认为在物体内各个方向上的力学性能相同几个公理刚化公理：变形体在某一力作用下处于平衡，如将此变形体刚化为固体，其平衡状态保持不变。力的可传递原理：作用在刚体上的某点力。可以沿着作用线移到刚体内的任一点，并不改变该力对刚体的作用。力的平移原理：作用于某点上的力，可以平移到平面内的任一点，平移时需附加一力偶。1实体结构受力情况：力承受在物体的整个体积中，如大坝、实心墙、实体物2框架结构框架结构：结构体由细长的构件组成的结构；特点：支撑空间而不充满空间。受力特点：框架结构的受力特点是构件间相互传递；如楼房：荷载传给楼板，再传给次梁、主梁、柱、基础、地基。常见的框架结构如铁架塔，建筑用脚手架，厂房的框架。3壳体结构受力特点：外力作用在结构体的表面上，如建筑，汽车外壳，贝壳。壳体结构３.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，（结构体与所形成的空间在同一数量级）它的受力特点是：外力分布在整个体积中，如实心墙，大坝。(主要承受垂直方向的力)框架结构：结构体由细长的构件组成的结构；特点：支撑空间而不充满空间。受力特点：框架结构的受力特点是构件间相互传递；如楼房：荷载传给楼板，再传给次梁、主梁、柱、基础、地基。常见的框架结构如铁架塔，建筑用脚手架，厂房的框架。（能承受水平和垂直方向的力，抗震能力强）壳体结构：通常是指层状的较薄的曲面结构。受力特点是：外力作用在结构体的表面上，在表面向四周分散，如摩托车手的头盔，飞机的外壳，贝壳。（能承受较大的充击力）如图所示是竹、木混合材质的躺椅，其结构类型主要体现为()A．壳体结构B．实体结构C．框架结构D．其他结构大型电器包装箱一般在侧面开有二端是圆角的长方形手提孔，以方便搬移电器，二端的圆角主要是为了：（）A．圆形比较美观 B．相同周长，圆面积最大，可省材料C．眼睛是圆的，便于住里面观察 D．有利于力均匀分散，防止破坏包装箱课外作业:

利用整付扑克牌，搭建你心中的结构模型，高度不低于50CM，并简述结构的受力特点

第二节:探究结构04年5月23日，巴黎戴高乐机场2Ｅ候机厅顶棚发生坍塌事故，事故原因：金属构件本来也负担着顶棚的重量，但弧度结构上的裂痕使这个构件逐渐穿过了顶棚，不再支撑数十吨重的顶棚，最终导致拱形顶棚发生坍塌。1结构与稳定性结构的稳定性(Stability)是指结构在载荷的作用下维持其原有平衡状态的能力。它是结构的重要性质之一。马上行动摄影棚的摄象机、射灯均为三角架支撑所谓“三角形稳定性”是一个和工程实践相关的概念.三脚架的稳定性是有公理保证的证三角形的稳定性任取三角形两条边，则两条边的非公共端点被第三条边连接。∵第三条边不可伸缩或弯折。∴两端点距离固定。∴这两条边的夹角固定。又∵这两条边是任取的。∴三角形三个角都固定，进而将三角形固定。∴三角形有稳定性。证多边形无法稳定任取n边形(n≥4)两条相邻边，则两条边的非公共端点被不止一条边连接。∴两端点距离不固定。∴这两边夹角不固定。∴n边形(n≥4)每个角都不固定，所以n边形(n≥4)没有稳定性。原理——

使【照相机的正投影】落在【三点确定的三角形平面区域内部】来保证其【稳定性】

注意：不是说三只脚一定比四只脚稳定，在我们家里三只脚的桌子其实没有四只脚稳定。在我们生产生活中，时常不像家里那样表面很平坦，此时用三点容易确定一个平面，稳定，四点或更多难难找到合适平面，如能找到将比三点更稳定，（还需要考虑支撑面积）一般情况三点就够了，也不用费力去找第四点。试验：我们竖起三角形，一边横放于水平桌面，两手分别按压另外两边，我们发现除非单根木棒本身变形外，三角形的形状，三个内角的大小都没有发生变化。而如果拿起一个四边形，单手拿起至于空中，要是“转轴”处够润滑的话，四边形早就变形（内角发生变化）了。另外，如果也将四边形竖起来，一个角尖接触桌面，两手分别按压上面的两边，我们会发现，四边形变形了（离心机）。

相比三角形模型，四边形多了一个“转轴”点，当想改变相邻两边不相接的两个端点的距离（或者说是对角线的长度）时，这个“转轴”就起了伸缩的作用，而三角形少了这个转轴，上述相邻两边不相接的两个端点的距离恰恰是第三边，边长已固定。力的分析首先要明确什么是三角形的稳定性，所谓的稳定性是指在承受外界压力或拉力的情况下，三角形与其他多边形构造相比，具有形状不变的性质，即能在较大的力作用下还能保持原状两个端点在结构上是连接处，力的传递和平移是建立在均匀性的基础上，由于在连接处均匀性遭到破坏，对力和能量的传递产生了阻碍作用，即形成了力的集中，因此当杆件断裂前，端点（连接处）早就变形，产生转动，因而产生了失稳现象，（原有的平衡状态被打破了）

结构力学

W（自由度）=0几何不变

三刚片规则

三个刚片用不在同一直线上的三个单铰两两相连，所组成的平面体系几何不变。

§几何不变体系的构成规则(Geometricconstructionanalysis(Kinematicsanalysis）)接触面支撑面注意区别影响结构稳定性的主要因素影响结构稳定性的因素有多种，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结构的形状等卫星电视接收天线支撑杆有螺丝固定在大框架上比萨斜塔(CAMPANILEDIPISA)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２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。重心点的垂线位置，落在结构底面的范围内问题：三轮车比四轮车稳定?三角形稳定性体现在三角形在其所在平面上不易变形。三轮车倒是因为重心掉落在支撑线外，三轮车与四轮车（汽车）相比，车体质量小，重心高，只要倾斜比较小的角度重心就出去了。在三轮车与四轮车翻到的过程中，底盘的形状都是不变的。所以这和几何图形的稳定性无关。1.如图所示是一款我们日常生活中经常使用的瓷碗，这种碗的碗脚在制作上用料一般都比较厚，采用这种设计的主要目的是为了：（）A.不太烫手 B.美观 C.增加瓷碗的稳定性D.增加瓷碗的强度2．如图是某厂家设计的塑料衣帽架，经测试当较重的衣物挂在顶端挂钩时极易倾倒，下列改进方案中不能提高衣帽架的稳定性的是：（）A．增大衣帽架底座的支撑面积 B．将塑料底座改为大理石底座C．将衣帽架的塑料挂钩改为金属挂钩 D．适当降低衣帽架挂钩的高度3.如图Z-5-7所示为可移动的篮球架，为了使篮球架前运动员更加安全，现需要增加稳定性，实施有效稳定性的方法有()A．增加底座后部面积B.底座后部加重C.减轻底座后部质量D．减少底面积4.如下靠上边图是一张四脚小方凳的直观图及视图，由于天气干燥，榫接部位松动，出现左右摆动，小明准备用方木条、铁钉为原材料．进行加固．如下靠下边图所示，效果最好的方法是()C5.下列不属于结构稳定性范畴的是：（）A．电风扇的底座较重 B．儿童自行车的两个侧轮A. C．户外广告牌的三角形结构 D．A字形梯中间的拉杆A. B. CD2结构与强度结构的强度(Strength)是指结构具有抵抗被外力破坏的能力.普洱地震唐山地震应力：作用在单位面积上的内力。

应力有一个最大值，称为容许应力。对应最大内力。当外力大于内力的最大值，或者结构受到的应力大于容许应力时，结构就会被破坏。同一截面积，容许应力越大，强度也就越大；容许应力越小，强度也就越小。结构的最大内力越大，要破坏它所需的外力也就越大，也可以说，它的强度越大。强度可以通过应力来衡量。一个复杂的结构由许多不同的部分组成,这些组成部分通常称构件。例如自行车的车轮，它是由辐条（钢条）、轮胎、车圈、气门等构件组成的。

当我们给自行车轮胎打气，气压过大时，它的内胎就会爆炸！为什么呢？下面我们来分析结构受到外力的情况：自行车轮的结构FSF是内力，Ｓ是受力面积，σ是应力，内力是结构受到外力，内部产生一种抵抗力，应力是构件的单位横截面上产生的内力，当应力达到某一极限时，结构就会遭到破坏。σ＝“康师傅”矿泉水的瓶子外形结构如图甲所示，A、B两处是矿泉水瓶壳的不同结构．A处有内环圈，B处没有。则A、B两处抵抗外界向内挤压(如图乙)的能力()A．A处比B处大B．B处比A处大C．不能确定D．一样大如何判断外力能否破坏结构1、假设内力等于外力，计算出应力，与容许应力比较，如果大于容许应力，结构会被破坏。2、由容许应力计算出最大内力，如果外力比最大内力还要大，则结构会被破坏。1、已知结构的容许应力为50N/cm2，截面积为4cm2，外力冲击产生的内力为180N，请问结构会被破坏吗？（解法1）180/4＝45N/cm2，小于容许应力，所以不会被破坏（解法2）4*50N/cm2＝200N，外力小于内力的最大值，所以不会被破坏。2、一根筷子和一把筷子的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？3、如左图：此结构什么地方受到的应力最大？4、铁质物体与木质物体哪个的容许应力大？答：最细处，此处截面积最小，则所受应力最大。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，所受应力就小了答：铁质的容许应力比木质的容许应力大。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。δ＝30/（3.14*0.75*0.75）=16.98N/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铝合金A字形梯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。结件连接方式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。三角形是框架结构最基本的形状之一，结实、稳定、材料最少。在四边形、六边形构件中，加上三角形支撑件，就可大大增加构件的牢固程度。小试验:材料清单：一次性筷子若干根，硬纸板，钩码一盒活动任务：搭廊桥1、依据示意图用筷子搭建一座廊桥2、在搭好的桥上放一张硬纸板，然后在纸板上放钩码；观察比较廊桥载重量与桥的稳定性有什么关系。讨论与交流：观察比较廊桥载重量与桥的稳定性有什么关系。理解“在一定范围内，拱形廊桥载重越多越稳定的科学内涵”。结构的材料不同材料构成的结构，其强度各不相同。有抗拉力、压力、剪切力和扭曲力性能的，所以在不同结构不同要求中，选择不同特性的材料。梁的示意图压力拉力跳板材料刚连接：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。焊接焊接榫接结构构件的连接铰连接：被连接的构件在连接处不能相对移动，但能相对转动。1.自行车是我们生活中常见的结构，请根据你所学有关结构的知识回答、以下问题:(1)自行车的结构设计除了考虑稳定性外，还主要考虑什么因素？它跟什么因素有关？(2)自行车的车架为什么采用三角形结构？(3)自行车的支架部分采用了空心钢管材料，请说明使用这种材料的两种优点。（1）强度；结构的强度与结构的形状、材料、连接方式有关。（2）三角形具有较高的稳定性和较大的强度。（3）优点：钢这种材料具有较大的强度；中空能有效的减轻自重，节省材料，但对强度的影响并不大。2.观察以下四个关于三脚架的图，然后判断以下四种说法中，正确的是：（）A.支撑面大的肯定比支撑面小的稳定B.结构越稳定，强度越大C.结构强度越大，越稳定D.重心所在点的垂线落在支撑面内的结构是稳定的3.

在纸板承载能力的试验中，下列关于影响纸板承载能力的说法正确的是：（）A．增加纸板的长度，可以提高其承载能力B．把纸板沿长度方向折成瓦楞状，承载能力增强C．纸板承载能力只与它的厚度有关D．将纸板弯成圆拱形，拱形跨度越大，则承载能力越强分析题

如图，路灯立柱与底盘接头，试分析三角状筋板的作用。电线杆与底盘采用刚连接，由于连接面积小，应力大，连接处容易断裂。加三角状筋板，主要是提高连接处的强度，更好地抵抗外力。

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如图所示，一个厂家生产的铁质轴承座的模型，该产品在工作时．轴承座上方圆柱孔受力较小，且孔的内壁各处受力最大值相近。由于近年来钢材价格猛涨，为降低原材料成本，请你对轴承座的结构进行优化，并将优化的方案用草图表达。

用最少的原材料．并达到设计要求，这是结构设计追求的日标。对轴承座的结构优化，有多种方案，右图是其中一例。经典结构的欣赏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。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。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。”岳阳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。

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。

弘扬和体现中华优秀传统文化，一座总高为9.5米的孔子青铜雕像在国家博物馆北广场落成，天安门地区又添文化新地标。雕像正对东长安街，孔子雕像双手合于胸前，目视远方，身体左侧佩戴有一把宝剑。雕像从国家博物馆北门广场的整体建筑环境与周围空间环境出发，以简朴、概括的手法，将人体的结构融入自然的山石形态当中，似巨石，似高山，气势磅礴，与庄严的国家博物馆建筑交相辉映，展示出中华文化的悠久灿烂与正大气象。大桥的长度由原来的500米加到600米，忽略了对桥梁重量的精确计算而倒塌。1913年中间跨度最长的一段桥身在被举起过程中突然掉落塌陷，原因是一个支撑点的材料指标不到位造成的。1907年特奥多罗·库帕称此桥是“最佳、最省的”。工程师之戒，戴上了这枚戒指就意味着要把自己的工作做到最好，它们时刻提醒工程师们，要具有高度的责任感去设计安全、牢固和有用的结构。

第一单元结构与设计复习常见结构的认识经典结构的欣赏简单结构的设计稳固结构的探析１、什么是结构?结构的受力形式有哪些？

２、结构的类型有哪些？各种结构类型受力特点有何不同?4、结构的强度与哪些因素有关？（Ⅱ）3、结构的稳定性与哪些因素有关？（Ⅱ）5、结构改变，功能和性质是否改变？6、结构设计应考虑的主要因素有哪些？7、欣赏经典结构作品一般可从哪两个角度进行？结构与设计复习要点Ⅰ知道、识别:1、2、5、6、7Ⅱ理解、应用：3、4及结构设计方案知识点一：什么是结构？

结构是指事物的各个组成部分之间的有序搭配和排列。

从力学角度来说，结构是指可以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。

拉力反方向向物体两端均匀施力,使物体发生扭转形变的力压力作用于物体,使它产生弯曲的力

扭转力

挤压物体的力

剪切力

物体所承受的拉拽力弯曲力两个距离很近,大小相等,方向相反,且作用于同一物体上的平行力马上行动：连连看实体结构:外力分布在整个体积中

灯泡为何能承受如此大的力?框架结构:支撑空间而不充满空间

壳体结构:外力作用在结构体的表面上

知识点二：结构与类型组合结构：动动脑找一找1、栅栏２、圆形陶瓷装饰品３、冰山４、高层建筑的穹顶５、钢化玻璃锅盖６、竹排７、汽车外壳８、人的头盖骨９、埃菲尔铁塔１0、头盔11、大坝12、自行车311167548109122

实体结构：框架结构：壳体结构：

组合结构：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？因素一：支撑面积的大小因素二：重心位置的高低因素三：结构的形状知识点三：结构的稳定性结构重心的位置：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。中国的斜塔：辽宁瑞州古塔塔身高10米，塔身向东北方向倾斜12度，塔尖水平位移1.7米。结构的强度是指结构具有的抵抗被外力破坏的能力.结构的强度与什么因素有关？因素一：结构的形状因素二：结构的材料因素三：构件之间的连接方式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。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。钢管知识点四：结构的强度知识点五：结构与功能的关系结构的改变导致功能的改变结构决定着事物的性质，也直接影响事物的功能如图所示是某厂家生产的塑料凳，很多顾客反映凳脚强度不足，容易变形或断裂。针对这个问题，请根据所学的结构方面知识，就提高凳脚强度给厂家提三点合理的建议。(1)考虑形状：将凳脚截面形状由“L形”改为：“W形”或“圆形”或“半圆形”（见图）（2）考虑材料：将凳脚加厚、加粗；或选用强度大的塑料。（3）考虑连接方式：增加凳脚之间的连接塑料杆（如加斜撑）。李明已设计制作了如图所示的“壁挂书架”，为了测试书架的稳固程度与哪些因素有关，他想做一个试验，请为他起草一份技术试验方案（试验报告）重心位置：降低书架重心，有利于提高稳定性。支撑面大小：书架底面积越大，稳定性越好。试验名称：落地式书架稳定性测试（1分）试验目的：测试书架的稳定性（写出测试或试验1分，稳定性1分）检验左右方向的稳定性：用手抓书架一侧的中间位置，在左右方向推拉书架，观察有无明显晃动和变形（写出左右方向推拉1分，观察~~1分）检验前后方向的稳定性：两手分别抓在书架两侧的中间，在前后方向推拉书架，观察有无明显晃动。（写出前后方向推拉1分，观察~~1分）分析题

如图，路灯立柱与底盘接头，试分析三角状筋板的作用。电线杆与底盘采用刚连接，由于连接面积小，应力大，连接处容易断裂。加三角状筋板，主要是提高连接处的强度，更好地抵抗外力。

结构设计个性化需求强度功能成本安全寿命稳定性美观其他知识点六：结构设计的目标和主要因素知识点七：结构的欣赏“鸟巢”形态如同孕育生命的“巢”，它更像一个摇篮，寄托着人类对未来的希望。设计者们坦率地把结构暴露在外，因而自然形成了建筑的外观。走近去，可以发现“鸟巢”银灰色矿质般的钢网以透明的膜材料覆盖，其中包含着一个土红色的碗状体育场看台。在这里，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。“水立方”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。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。1、结构强度与形状、材料和连接方法有关。（）

2、物体的结构强度越大它的稳定性越大。（）

3、照相机的三角架稳定是因为与地面接触面积大

()

4、结构的形状不同，其稳定性也不同。（）

5、混凝土梁常用钢筋加固，通常钢筋放在上面（）

6、任何结构都是利用它的稳定性。（）概念辨析×√×√××基本知识检测：小试身手不稳定的结构应用：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。知识迁移1、下列事物的结构是受自然界事物的结构启发而产生的是（

）。A、篮球

B、国家体育场（鸟巢）C、足球