章

結(jié)構(gòu)與設計

技術與設計②2021/5/91白金漢宮克里姆林宮故宮布達拉宮2021/5/92長城趙州橋埃菲爾鐵塔盧浮宮2021/5/93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？2021/5/94第一節(jié)

初識結(jié)構(gòu)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2021/5/95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。物體的主體框架與構(gòu)造形式，稱為架構(gòu)。2021/5/96——同樣的三根棍，首尾相連，就成了武術器械“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。

2021/5/97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2021/5/98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)是指能承受和傳遞外加荷載的承力系統(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)。2021/5/99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。2021/5/910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。二常見結(jié)構(gòu)的類型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。2021/5/911城墻三峽大壩金字塔2021/5/912（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)2021/5/913南京長江大橋簡易衣櫥2021/5/914（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2021/5/915梟龍戰(zhàn)機宋級常規(guī)潛艇2021/5/916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。2021/5/917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2021/5/9182、杠體的受力與變形3、立柱、拉桿的受力與變形2021/5/919二、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?；钶d（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2021/5/9203、梁的受力4、拱結(jié)構(gòu)的應用2021/5/921第三節(jié)結(jié)構(gòu)的強度與穩(wěn)定性一、簡易技術試驗內(nèi)力如何抵抗外力圖示彎曲力內(nèi)力抵抗彎曲力2021/5/922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。2021/5/923二、應力與強度應力：作用在單位面積上的內(nèi)力。

δ＝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。2021/5/924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。2021/5/925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。2021/5/926一根筷子和一把筷子的故事古代有幾兄弟經(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，為何一根筷子容易斷，多根筷子不易斷？2021/5/927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2021/5/928三、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。2021/5/929四、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2021/5/930五、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2021/5/9312、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2021/5/932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衣帽架門廳圖片衣帽架胡桃阿美族衣帽架2021