通用技术结构与设计

1、第一章结构与设计,技术与设计,白金汉宫,克里姆林宫,故宫,布达拉宫,长城,赵州桥,埃菲尔铁塔,卢浮宫,看了以上精妙绝伦的建筑，我们不禁为设计师们精彩的设计艺术而感叹！ 大家也注意到这些建筑使用的材料没什么特殊，却千姿百态，风格迥异，它们在设计上有什么不同？ 主要是结构不同。 那么，什么是结构呢？结构与设计具有什么关系呢？,第一节 初识结构 一、结构的涵义 “结构”一词，对同学们来说可能并不陌生。请同学们想一想，在学习其它课程中，有哪些课程提到过“结构”？ 在生物课中提到过：人体的结构；在政治课里有社会结构；在化学和物理中，有物质结构、分子结构、原子结构；在语文课里接触过：文章的结构；在地理课中

2、有地质结构 等,结构是指物体的各组成部分之间的搭配、排列及其相互关系。结构的各组成部分，通常称为构件。 物体的主体框架与构造形式，称为架构。,同样的三根棍，首尾相连，就成了武术器械“三节棍”，如将三根棍的一端连在一起就变成了可用来照相和测量的“三角架”。 从以上事例，我们看到结构是如何的重要，结构决定了物体的性质和形态，结构不合理，就会产生严重的后果。 结构的本质：结构是为了承受力和抵抗变形。,贵州一在建大桥坍塌,河北沧州一大桥坍塌造成3人死亡3人伤,在我们这个课里，不去讨论广义的结构。而只限定在“工程结构”的范围内。 什么是工程结构？ 工程结构是指能承受和传递外加荷载的承力系统，包括杆、板、

3、壳等构件及其组合体。也就是说，工程结构可以是单个的构件，如一根杆、一块板、一条绳，也可以是一个由不同构件组合起来的组合体。如一座桥、一张桌子、一架飞机等，它们都可以叫做工程结构。常常简称为结构。,工程结构的主要功能就是承受和传递各种形式的外载，保证结构的可靠工作。如 ： 秋千的吊索，主要承受拉力； 桥梁的桥墩，主要承受压力； 连接齿轮和轴的键，主要承受剪力； 汽车方向盘的轴，主要承受扭力； 单杠的杠体（上面的横杠），主要承受弯力。,为了保证结构的正常工作，这些构件必须有对于主要载荷的足够的承载能力。这是结构设计中必须考虑的重要问题。 二 常见结构的类型 1、根据力学的架构与形态的不同，分为：

4、（1）实心结构：这类结构的特征是几何外形简单，通常有杆（柱）、板、体等之分。 特点:能承受较大的压力。 实例：房屋的墙体、水库的大坝、古代的城墙等。,城墙,三峡大坝,金字塔,（2）框架结构：其特征是几何外形较为复杂，能承受垂直和水平荷载，依据功能和使用条件的不同，可以设置成不同框架的组合。框架结构通常由杆件组成，也有用板件组成的。这里的杆或板，可以是实心的，也可以用管材。 特点：制作方便，节省用料。 实例：门、窗、塑料大棚的棚体、自行车车体、输电铁塔、转台等。,框架结构厂房,框架结构,南京长江大桥,简易衣橱,（3）壳体结构 特征：壳体内空，受力合理，形态稳定。壳的几何形状有折线形的、圆弧形的和

5、拱形的等。 实例：储油罐，水壶、水杯、火箭、飞船、装甲车等。,储油罐,水杯,飞船,枭龙战机,宋级常规潜艇,思考： 1、摩托车头盔，常见的都是圆弧形结构，为什么这样做呢？ 当这种头盔受到外力冲击时，外力将由弧面整体分担承受，抵抗变形。如果将头盔做成长方形体或多面形体时，外力将主要由接触点所在的小平面承受，易使壳体变形。 2、联系生活，还有那些圆弧形、多面体形壳体结构的实例？ 自然界中的椰子、桂圆、西瓜、贝类、蛋、龟等，都属于壳体结构。它们以较薄的外壳，获得了较大的承受外力的卓越性能。,第二节 典型结构案例分析 一、单杠结构分析 1、单杠的结构,杠体、立柱、拉杆,2、杠体的受力与变形 3、立柱、拉

6、杆的受力与变形,二、棚室屋架结构分析 1、棚室的荷载 恒载（永久性荷载）：指作用在结构上长期不变的荷载，如结构自重等。 活载（可变性荷载）：指作用在结构上可变的荷载，如风载、雪载等。 偶然荷载：指出现概率很小，一旦出现量值很大且持续时间很短的荷载，如爆炸力、龙卷风等。 2、立柱的受力,3、梁的受力 4、拱结构的应用,第三节 结构的强度与稳定性 一、简易技术试验 内力如何抵抗外力图示,弯曲力,内力抵抗弯曲力,外力使构件发生变形的同时，构件内部分子之间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。,二、应力与强度 应力：作用在单位面积上的内力。

7、 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。,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。,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。,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

8、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,三、影响结构强度的因素 1、形状：构成的形状略有改变，强度就会改变。 2、材料：不同的材料有承受不同应力极限的能力。 3、材料的连接方式：不同的连接方式，受力传递方式和效果不一样。,四、稳定性的概念 1、摆的平衡与稳定 稳定指的不是状态的绝对不变，而是指受扰后，允许状态有所波动，但当扰动消失后，能重新返回到原平衡状态，则为稳定，不能回到原有平衡状态，为不稳定。 2、结构稳定的含义 结构具有阻碍翻到或移动的特性就是结构稳定性。,不倒翁,五、影响结构稳定性的因素 1、影响因素 （1）结构的形状 （2）重心的位置,2、怎样增加结构的稳定性 尽可能地增大结构的底面积；尽可能地降低结构的整体重心位置。 （1）减小长细比 （2）利用三角形框架及其组合结构，可以有效地增加结构的稳定性,第四节 学做结构设计 一、壁挂式简易衣帽架原型制作 1、衣帽架的构成 2、确定设计方案 3、完成设计制作,银翼衣帽架,洛佳衣帽架,提拉克衣帽架,带衣筐的衣帽架,门厅图片衣帽架,胡桃