通用技術(shù)結(jié)構(gòu)與設計

1、白金漢宮 克里姆林宮 故宮 布達拉宮 長城趙州橋 埃菲爾鐵塔盧浮宮 看了以上精妙絕倫的建筑，我們不禁為設計師們精彩的設計藝術(shù)而感嘆！ 大家也注意到這些建筑使用的材料沒什么特殊，卻千姿百態(tài)，風格迥異，它們在設計上有什么不同？ 主要是結(jié)構(gòu)不同。 那么，什么是結(jié)構(gòu)呢？結(jié)構(gòu)與設計具有什么關系呢？ 第一節(jié) 初識結(jié)構(gòu) 一、結(jié)構(gòu)的涵義一、結(jié)構(gòu)的涵義 “結(jié)構(gòu)”一詞，對同學們來說可能并不陌生。請同學們想一想，在學習其它課程中，有哪些課程提到過“結(jié)構(gòu)”？ 在生物課中提到過：人體的結(jié)構(gòu)；在政治課里有社會結(jié)構(gòu)；在化學和物理中，有物質(zhì)結(jié)構(gòu)、分子結(jié)構(gòu)、原子結(jié)構(gòu)；在語文課里接觸過：文章的結(jié)構(gòu)；在地理課中有地質(zhì)結(jié)構(gòu) 等 結(jié)構(gòu)

2、結(jié)構(gòu)是指物體的各組成部分之間的搭配、排列及其相互關系。結(jié)構(gòu)的各組成部分，通常稱為構(gòu)件構(gòu)件。 物體的主體框架與構(gòu)造形式，稱為架構(gòu)架構(gòu)。 同樣的三根棍，首尾相連，就成了武術(shù)器械“三節(jié)棍”，如將三根棍的一端連在一起就變成了可用來照相和測量的“三角架”。 從以上事例，我們看到結(jié)構(gòu)是如何的重要，結(jié)構(gòu)決定了物結(jié)構(gòu)決定了物體的性質(zhì)和形態(tài)體的性質(zhì)和形態(tài)，結(jié)構(gòu)不合理，就會產(chǎn)生嚴重的后果。 結(jié)構(gòu)的本質(zhì)：結(jié)構(gòu)是為了承受力和抵抗變形。 貴州一在建大橋坍塌河北滄州一大橋坍塌造成3人死亡3人傷 在我們這個課里，不去討論廣義的結(jié)構(gòu)。而只限定在“工程結(jié)構(gòu)”的范圍內(nèi)。 什么是工程結(jié)構(gòu)？ 工程結(jié)構(gòu)工程結(jié)構(gòu)是指能承受和傳遞外加荷載

3、的承力系統(tǒng)，包括桿、板、殼等構(gòu)件及其組合體。也就是說，工程結(jié)構(gòu)可以是單個的構(gòu)件，如一根桿、一塊板、一條繩，也可以是一個由不同構(gòu)件組合起來的組合體。如一座橋、一張桌子、一架飛機等，它們都可以叫做工程結(jié)構(gòu)。常常簡稱為結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)。 工程結(jié)構(gòu)的主要功能就是承受和傳遞各種形式的外載，保證結(jié)構(gòu)的可靠工作。如 ： 秋千的吊索，主要承受拉力； 橋梁的橋墩，主要承受壓力； 連接齒輪和軸的鍵，主要承受剪力； 汽車方向盤的軸，主要承受扭力； 單杠的杠體（上面的橫杠），主要承受彎力。 為了保證結(jié)構(gòu)的正常工作，這些構(gòu)件必須有對于主要載荷的足夠的承載能力。這是結(jié)構(gòu)設計中必須考慮的重要問題。 二二 常見結(jié)構(gòu)的類型常見結(jié)構(gòu)的類

4、型 1、根據(jù)力學的架構(gòu)與形態(tài)的不同，分為： （1）實心結(jié)構(gòu)：這類結(jié)構(gòu)的特征是幾何外形簡單，通常有桿（柱）、板、體等之分。 特點:能承受較大的壓力。 實例：房屋的墻體、水庫的大壩、古代的城墻等。城墻三峽大壩金字塔 （2）框架結(jié)構(gòu)：其特征是幾何外形較為復雜，能承受垂直和水平荷載，依據(jù)功能和使用條件的不同，可以設置成不同框架的組合?？蚣芙Y(jié)構(gòu)通常由桿件組成，也有用板件組成的。這里的桿或板，可以是實心的，也可以用管材。 特點：制作方便，節(jié)省用料。 實例：門、窗、塑料大棚的棚體、自行車車體、輸電鐵塔、轉(zhuǎn)臺等?？蚣芙Y(jié)構(gòu)廠房框架結(jié)構(gòu)南京長江大橋簡易衣櫥 （3）殼體結(jié)構(gòu) 特征：殼體內(nèi)空，受力合理，形態(tài)穩(wěn)定。殼的

5、幾何形狀有折線形的、圓弧形的和拱形的等。 實例：儲油罐，水壺、水杯、火箭、飛船、裝甲車等。儲油罐 水杯飛船 梟龍戰(zhàn)機宋級常規(guī)潛艇 思考： 1、摩托車頭盔，常見的都是圓弧形結(jié)構(gòu)，為什么這樣做呢？ 當這種頭盔受到外力沖擊時，外力將由弧面整體分擔承受，抵抗變形。如果將頭盔做成長方形體或多面形體時，外力將主要由接觸點所在的小平面承受，易使殼體變形。 2、聯(lián)系生活，還有那些圓弧形、多面體形殼體結(jié)構(gòu)的實例？ 自然界中的椰子、桂圓、西瓜、貝類、蛋、龜?shù)?，都屬于殼體結(jié)構(gòu)。它們以較薄的外殼，獲得了較大的承受外力的卓越性能。 第二節(jié) 典型結(jié)構(gòu)案例分析 一、單杠結(jié)構(gòu)分析 1、單杠的結(jié)構(gòu)杠體、立柱、拉桿 2、杠體的受

6、力與變形 3、立柱、拉桿的受力與變形 二、棚室屋架結(jié)構(gòu)分析 1、棚室的荷載 恒載（永久性荷載）：指作用在結(jié)構(gòu)上長期不變的荷載，如結(jié)構(gòu)自重等。 活載（可變性荷載）：指作用在結(jié)構(gòu)上可變的荷載，如風載、雪載等。 偶然荷載：指出現(xiàn)概率很小，一旦出現(xiàn)量值很大且持續(xù)時間很短的荷載，如爆炸力、龍卷風等。 2、立柱的受力p1p2 3、梁的受力 4、拱結(jié)構(gòu)的應用荷載壓力張力中性層 第三節(jié) 結(jié)構(gòu)的強度與穩(wěn)定性 一、簡易技術(shù)試驗 內(nèi)力如何抵抗外力圖示彎曲力內(nèi)力抵抗彎曲力外力使構(gòu)件發(fā)生變形的同時，構(gòu)件內(nèi)部分子之間隨之產(chǎn)生一種抵抗變形的抵抗力，稱為內(nèi)力 。內(nèi)力，就是用來抵抗外力與變形，并力圖使變形部分復原的力。 二、應

7、力與強度 應力：作用在單位面積上的內(nèi)力。 應力有一個最大值，稱為容許應力。對應最大內(nèi)力。 當外力大于內(nèi)力的最大值，或者結(jié)構(gòu)受到的應力大于容許應力時，結(jié)構(gòu)就會被破壞。SN結(jié)構(gòu)的最大內(nèi)力越大，要破壞它所需的外力也就越大，也可以說，它的強度越大。強度可以通過應力來衡量。如何判斷外力能否破壞結(jié)構(gòu)1、假設內(nèi)力等于外力，計算出應力，與容許應力比較，如果大于容許應力，結(jié)構(gòu)會被破壞。2、由容許應力計算出最大內(nèi)力，如果外力比最大內(nèi)力還要大，則結(jié)構(gòu)會被破壞。 古代有幾兄弟經(jīng)常打架，父親就給他們現(xiàn)身說法：一根筷子容易被人折斷，兩根筷子還是容易折斷，三根筷子有點難十根筷子就折不斷了。從此，幾兄弟便團結(jié)起來。 試解釋，

8、為何一根筷子容易斷，多根筷子不易斷？ 答：一根筷子的截面積小，所受應力就大；多根筷子一起，截面積變大了，所受應力就小了 三、影響結(jié)構(gòu)強度的因素 1、形狀：構(gòu)成的形狀略有改變，強度就會改變。 2、材料：不同的材料有承受不同應力極限的能力。 3、材料的連接方式：不同的連接方式，受力傳遞方式和效果不一樣。 四、穩(wěn)定性的概念 1、擺的平衡與穩(wěn)定 穩(wěn)定指的不是狀態(tài)的絕對不變，而是指受擾后，允許狀態(tài)有所波動，但當擾動消失后，能重新返回到原平衡狀態(tài)，則為穩(wěn)定，不能回到原有平衡狀態(tài)，為不穩(wěn)定。 2、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的含義 結(jié)構(gòu)具有阻礙翻到或移動的特性就是結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。不倒翁不倒翁 五、影響結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的因素 1、影響因素 （1）結(jié)構(gòu)的形狀 （2）重心的位置p1p2 2、怎樣增加結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性 盡可能地增大結(jié)構(gòu)的底面積；盡可能地降低結(jié)構(gòu)的整體重心位置。 （1）減小長細比 （2）利用三角形框架及其組合結(jié)構(gòu)，可以有效地增加結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性 第四節(jié) 學做結(jié)構(gòu)設計 一、壁掛式簡易衣帽架原型制作 1、衣帽架的構(gòu)成 2、確定設計方案 3、完成設計制作銀翼衣帽架洛佳衣帽架提拉克衣帽架帶衣筐的