1、結構與設計復習一 、常見結構的認識1.無處不在的結構世界上任何事物都存在結構,結構多種多樣且決定著事物存在的性質。結構（structure）：是指事物的各個組成部分之間的有序搭配和排列。通過對自然界中形形色色的結構的分析和研究，給了人們無限的創(chuàng)造靈感和啟示。案例分析：蒼耳子與尼龍搭扣 P3 鳥與飛機 P3鷹眼與導彈跟蹤系統(tǒng) P3根據鷹眼的結構,人們正在研制“ 鷹眼”導彈系統(tǒng)。這種導彈系統(tǒng)能自動尋找、識別目標并跟蹤攻擊。閱讀案例：魁北克大橋的坍塌。P4 大橋坍塌的原因是什么？擅自改變橋的結構。在社會領域,也普遍存在著結構現象。一篇文章的內容結構影響文章的表達與質量, 一家企業(yè)的人員結構關乎企業(yè)的

2、運行與效率。2.結構與力從力學角度來說, 結構是指可承受一定力的架構形態(tài)，它可以抵抗能引起形狀和大小改變的力。每個物體都有它的特定的架構形態(tài)，這種架構形態(tài)體現著它的結構。物理學與通用技術研究力的角度不同,物理學往往研究外力,把物體當質點,哪怕是地球,在研究它繞太陽轉動時,仍把它當作質點。而技術學則關注一個物體內部受力情況。當一個結構受到外力作用時,內部各質點之間的相互作用會發(fā)生改變，產生一種抵抗的力，稱為內力。應力是構件的單位橫截面上所產生的內力。當應力達到某一極限值時，結構就會遭到破壞。用公式表示應力為：=F/s，其中F是內力，S是受力面積，是應力。構件的基本受力形式：拉力、壓力、剪切力、扭

3、轉力和彎曲力。拉 力物體所承受的拉拽力壓 力擠壓物體的力剪切力兩個距離很近 ,大小相等,方向相反,且作用于同一物體上的平行力扭轉力反方向向物體兩端均勻施力 ,使物體發(fā)生扭轉形變的力彎曲力作用于物體 ,使它產生彎曲的力案例分析： 探究：看右圖說明石磨的推桿為什么要用一根繩子吊起來？.結構的類型： 實體結構、框架結構、殼體結構實體結構：結構體本身是實心的。它的受力特點是：外力分布在整個體積中，如實心墻，大壩?？蚣芙Y構：結構體由細長的構件組成的結構。受力特點：支撐空間而不充滿空間。如鐵架塔，建筑用腳手架，廠房的框架。殼體結構：通常是指層狀的結構。受力特點是：外力作用在結構體的表面上，如摩托車手的頭盔

4、，飛機的外殼，貝殼。二、穩(wěn)定結構的探析1.結構與穩(wěn)定性（1）結構的穩(wěn)定性：是指結構在負載的作用下維持其原有平衡狀態(tài)的能力。例如：臺風過后，東倒西歪的廣告牌或標牌；因貨物堆得過高而彎道處返倒的三輪車；路邊倒地的自行車等。（因為當物體受到外力作用時，原有的平衡狀態(tài)被打破而出現的不穩(wěn)定現象。）結構的穩(wěn)定性是結構的重要性質之一。如果一個物體的結構不能有效地抵御常見外力的作用，那么該物體是很難承受負載而保持平衡的。（2）影響結構穩(wěn)定性的主要因素主要有：重心位置的高低、結構與地面接觸所形成的支撐面的大小和結構的形狀等。1.重心位置的高低重心越低,穩(wěn)定性越好;重心越高,穩(wěn)定性越差。結構重心所在點的垂線是否落

5、在結構底面的范圍內，落在就是穩(wěn)定的，沒有就是不穩(wěn)定的。.結構的底座，結構與地面接觸所形成的支撐面的大小。支撐面越大越穩(wěn)定，越小越不穩(wěn)定。如：高塔的共同特點都是上端小而下端大。.結構的形狀結構的形狀不同，其穩(wěn)定性也不同，如板凳只有兩條腿就不穩(wěn)定，而有不在同一條直線上的三條腿就有比較好的穩(wěn)定性。往往，影響結構穩(wěn)定性的因素是相互關聯的，需要綜合考慮各種因素來討論結構的穩(wěn)定性。案例分析：看右圖比薩斜塔，他為什么斜而不倒？注意：運動狀態(tài)下與靜止狀態(tài)下物體的穩(wěn)定條件有所不同。如：自行車，高空走鋼絲手持長桿。案例分析：靜態(tài)的自行車是如何保持穩(wěn)定的？材料也是影響結構穩(wěn)定性的因素。如：汽車的車體采用殼體結構和薄

6、鋼板材料制造，是因為殼體結構表面能分散所受的力，薄鋼板使車體質量較小探究：自行車騎起來時，只有兩個支撐點，為什么不會倒下呢？靜止狀態(tài)下陀螺會傾倒，而當它高速旋轉時卻可以立起來？結構的穩(wěn)定性在日常生活中有著廣泛的應用，一方面人們利用穩(wěn)定的結構抵抗外力、承受負載，另一方面又利用不穩(wěn)定的結構實現某些功能。如：倒置的啤酒瓶可以預報地震：在打水的桶口邊掛一重物，在水面時能自動翻倒打水。2.結構與強度（1）結構的強度：是指結構具有的抵抗被外力破壞的能力。如：在拔河比賽中，繩子被拉斷了，說明繩子不具有抵抗兩隊拉力的能力；6級地震中一幢小樓倒塌了，說明這座小樓不具有抵抗6級地震的能力。（2）影響結構強度的主要

7、因素：結構的強度與結構的形狀、使用的材料、構件之間的連接方式等因素有密切的關系。案例分析：強度不同形狀的結構有著不同的強度。例如：吊蘭支撐架使用三角支架結構，而不使用由一根直桿挑起的結構；在建筑物兩根平行支撐柱之間增加一根斜柱；A字形梯子不采用鋁合金薄片，而采用長方形截面的構件。這些都是為了增加結構的強度。材料方面：吊蘭的三角形支架使用的是鋼管而不是木條或塑料，是因為鋼管抗拉力性能好。連接方式：吊蘭的三角形支架的構件是焊接的而不是捆綁的，是因為這種連接方式更牢固。結構的形狀: 三角形是框架結構中最基本的形狀之一,它結實、穩(wěn)定，所用材料最少。結構的材料與連接：不同材料構成的結構，其強度各不相同。

8、一個堅固的梁的材料必須具有好的抗拉力、壓力、剪切力和扭曲力的性能，所以，梁通常由不止一種材料制成。如一根混凝土梁含有加固鋼筋，混凝土擅長抗壓力，而鋼筋擅長抗拉力，它們共同形成了非常牢固的結構。結構構件的連接通常有兩種：1）鉸連接：被連接的構件在連接處不能相對移動，但可相對轉動，具體有松螺栓、松鉚等。如：折疊傘傘骨間的連接、門與門框的連接等。2）剛連接：被連接的構件在連接處既不能相對移動，也不能相對轉動，具體有榫接、膠接、焊接等，如：固定鐵床架的連接、不可移動的桌腿與桌面的連接等。3.結構與功能結構不僅是事物存在的一種形式，而且對事物的功能和作用產生著直接影響。結構的變化可能導致功能的變化。案例

9、分析：傘與拐杖 多用起子 案例分析：自行車的結構與功能 P21三、簡單結構的設計結構設計對于我們的日常生活、對于各種各樣的生產活動都非常重要。日常生活中，沒有豐富的結構設計，產品將會造型單一、功能單調, 那些大型建筑物、交通運輸工具等更是無法產生，生產活動中，產品制造技術、結構安全性及耐久性評估、維修加固技術等，都離不開結構的設計和研究。1.結構設計應考慮的主要因素（1）結構設計的目標及要求結構設計應以一種或幾種功能的實現為基本目標，應滿足設計規(guī)范，滿足使用者的基本需要。，（2）結構設計應考慮的主要因素結構設計應考慮的主要因素有：符合使用者對設計對象的穩(wěn)定性和強度要求，安全因素，公眾和使用者的

10、審美需求，使用者的個性化需要，對設計對象的成本控制要求和一定的使用壽命等。在工程的結構設計中，應考慮結構的安全性、適用性和耐久性。在考慮結構的穩(wěn)定性和強度，使結構在規(guī)定的條件下和規(guī)定的使用期限內，能實現一定的功能的同時，還要考慮經濟因素，如做到用料省、成本低等，也就是說，力求以最低的成本使所建造的結構達到預定的要求。不同的結構設計，應考慮的因素各有側重，但無論在哪一類用途的結構設計中，安全都是至關重要的因素。在結構設計中還有一些需要考慮的因素，如材料、民俗文化、地域特點等。案例分析：戶外廣告牌結構設計中的抗風問題 P252.簡單結構的設計案例以簡易相片架為例說明簡單結構的設計過程與方法。案例分

11、析：簡易相片架的設計四、經典結構的欣賞1.優(yōu)秀的結構設計不僅表現在結構的實用功能上,也表現在形式上,特別是功能與形式的統(tǒng)一上。古今中外許多能工巧匠把結構的功能與形式恰當地結合起來，形成了一些經典的結構。2.賞析結構設計作品,可從技術與文化兩個角度進行。（1）技術的角度主要有：結構功能、穩(wěn)固耐用、造型設計的創(chuàng)意和表現力、材料使用的合理性，工藝制造的精湛程度等。（2）文化的角度主要有：文化寓意與傳達，公眾認可的美學原則，反映的時代、民族、習俗方面的特征、結構的個性特征等。案例分析：趙州橋 P30 案例分析：飛檐 P31 案例分析：蛋形椅 P32技術角度：1.功能：2.結構設計：3.技術施工：文化角

12、度：探究：中國古代建筑的結構多以木材為材料。請你從材料與構件的連接方式等角度, 分析中國古代建筑穩(wěn)固的原因。中國古建筑以木材、磚塊為主要建筑材料，以木構架結構為主要結構方式，此結構式由立柱、橫梁、順模等主要構件建造而成，各個構件之間的連接點以棒卵相吻合,構成富有彈性的框架。木構架結構有很多優(yōu)點。首先，承重與圍護結構分工明確，屋頂重力由木構架來承擔，外墻起遮擋陽光、隔熱防寒的作用，內墻起分割室內空間的作用。由于墻壁不承重，這種結構賦予建筑物以極大的靈活性。其次, 有利于防震、抗震。木構架結構很類似今天的框架結構，由于術材具有的特性，且構架的結構所用斗拱和棒卵又都有若干伸縮余地，因此在一定限度內可

13、減少由地震對這種構架所引起的危害?！皦Φ刮莶凰毙蜗蟮乇磉_了這種結構的特點。斗拱也是中國木構架建筑特有的結構構件，由方形的斗、升和矩形的拱、斜的昂組成。在結構上挑出承重，并將屋頂的大面積荷載經斗拱傳遞到柱上。它有一定的裝飾作用，又是屋頂和屋身上的過渡。此外，它還是封建社會中森嚴的等級制度的象征和重要的建筑尺度衡量標準。斗拱一般使用在高級的官式建筑中，稱為大式建筑。大體可分為外檐斗拱和內檐斗拱，外檐斗拱中“斗”是最下面的構件，斗口的大小決定著整個建筑的尺寸，“拱”指木，“昂”是斗，拱中斜置的構件室外為下昂，室內為上昂。因為斗拱的重要性，歷代建筑對它十分重視，使它成為判斷建筑時代的重要標志之一。單

14、元小結：結構對自然界、技術領域和社會領域具有普遍意義。從力的角度來看, 結構是指可承受一定力的架構形態(tài), 它可以抵抗能引起形狀和大小改變的力。結構構件的基本受力有拉力、壓力、剪切力、扭轉力和彎曲力。結構類型主要有實體結構、框架結構和殼體結構。不同的結構類型有不同的受力特點?，F實生活中遇到的結構更多的是若干結構類型的組合。結構的穩(wěn)定性和強度是結構設計必須考慮的重要內容,二者相互聯系,相互影響。結構的穩(wěn)定性主要取決于重心位置的高低、結構與地面接觸所形成的支撐面的大小和結構的形狀等。結構的強度主要取決于結構的組成形式、構件的幾何形狀、截面形式、材料以及構件的連接方式等。結構設計中的美學因素、環(huán)境因素

15、、安全因素以及時尚、個性、文化等都已成為人們進行結構設計時必須綜合考慮的重要因素。結構的牢固、穩(wěn)定、簡約、和諧、美觀是結構設計不變的追求。練一練 一選擇題1、下列結構是受自然界事物結構啟發(fā)而產生的（）A、口杯 B、衣服 C、飛機 D、手表2、我們所用的板凳屬于（ ）結構。A、實心結構 B、框架結構 C、空心結構 D、殼體結構3、悉尼歌劇院的外殼屬于（ ）A、實體結構 B、框架結構 C、殼體結構 D、混合結構4、分析下列物體的結構類型，判斷哪個不屬于殼體結構。（ ）A、頭盔 B、圓形陶瓷飾品 C、貝類 D、金字塔5、體操運動員在單杠上做大回環(huán)姿勢時，會使杠體產生（ ）變形。A、拉伸 B、彎曲 C

16、、壓縮 D、斷裂6、上刀梯是是湘西苗族的傳統(tǒng)活動，表演者為保證腳不受割傷，必須力求腳面垂直落在刀刃上，絕不滑動。此時腳面承受（ ）。A拉力 B壓力 C剪切力 D彎曲力7、我國塔式建筑的結構一般都是由上到下越來越大，這主要是考慮它的（ ）。A穩(wěn)定性 B強度 C美觀性 D經濟性8、走鋼絲的人手上拿著一條長棒的目的是（ ）A、美觀 B、重心低 C、保護 D、支撐9、可以用受力結構的穩(wěn)定性來解釋的事實是( )A、拔河的繩子斷裂 B、雞蛋在某種情況下可以承受很大的外C、力廣告牌被臺風吹倒 D、耳機與電腦主機的插口接觸不良，聽不到音樂10、以下哪一個結構是不屬于利用不穩(wěn)定的結構實現某些功能的。（ ）A、游

17、樂設施的蹺蹺板功能結構 B、房間門口的活頁功能結構；C、學校運動場的籃球架結構 D、圓珠筆的筆嘴結構。11、影響結構穩(wěn)定性的因素有（ ）。物體的形狀 材料 支撐面積大小 物體重心的位置A、 B、 C、 D、12、我們常用的A形梯不采用鉛合金片，而是采用長方形截面的構件，這說明以下哪能個因素（ ）影響著結構的強度？A、材料 B、形狀 C 、構件 D、連接方式材料：人們最早利用混凝土的時候，只是把它當作人造石材。作為人造石材的混凝土與一般石材一樣，雖然有較好的耐壓性能，但是經不起拉力。但是它有一個重要的性質，那就是它的膨脹系數與鋼材很接近。因此，它可以與鋼材緊密結合起來。當人們把混凝土跟鋼材結合起

18、來做梁后發(fā)現：這樣的梁既能受壓，也能受拉，其強度比用混凝土做成的梁的強度大得多。回答13、14題。13、鋼筋混凝土梁中比無鋼筋的水泥梁的（ ）強度更強。A、抗彎 B、 抗壓 C、抗拉 D、抗剪14、在下列的鋼筋混凝土橋梁中，哪種結構最好（ C ）15、分別在一根竹桿和一根同樣尺寸的脆性塑料桿上不斷加掛相同質量的重物，竹桿比脆性塑料桿能掛更多重物而不會斷裂，說明了（ ）影響結構的強度。A、材料 B、結構的形狀 C、構件橫截面形狀 D、構件的連接方式第17題16.李敏要使客廳的茶幾更具有欣賞價值，那么她應該側重改變茶幾的（ ）。A.功能 B.造型 C.安全 D.強度17、左圖“蓋里椅”結構傳達出一

19、種盤旋上升、奮發(fā)向上的精神，具有雕塑般的美感和強烈的時代氣息，形成了優(yōu)雅的浪漫主義設計風格。這是從（）角度欣賞結構。A、技術 B、文化 C、藝術 D、功能18、李寧自己動手制作了一張座椅，他對座椅的穩(wěn)定性做了如下試驗，你認為合理的一項是（ ）A、親自坐在椅子上感受一下。 B、放一些重物在椅子上，看是否能承受。C、用電風扇對椅子吹風看能否吹倒。 D、用手左右晃一晃看是否穩(wěn)固。19、材質相同，截面粗細不同的兩個桿件，在相同的拉力作用下，遭受破壞的程度不一樣，細截面的桿件先被破壞，原因是（ ）。A、截面越大，桿件的內力越大 C、截面越大，桿件單位面積承受的應力越大B、截面越小，桿件的內力越小 D、截

20、面越小，桿件單位面積承受的應力越大20、鉆石的強度很大，就是因為它的分子結構為四面體，每個四面體都有四個角、四個面和六條邊，每一個面都是一個三角形，說明鉆石的強度與（ ）有關。A、結構的形狀 B、使用的材料 C、構件之間的連接方式 D、穩(wěn)定性21、分析下列物體的結構類型，判斷哪個不屬于殼體結構。（ ）A、西瓜 B、圓形陶瓷飾品 C、貝類 D、金字塔22、吊蘭支撐架使用三角形支架結構，而不用由一根直桿挑起的結構，這說明以下哪個因素（ ）影響著結構強度？A、材料 B、形狀 C、構件 D、連接方式23、下列屬于拱結構特點的是（ ）。矩形平面。美觀。有利于承載。A B C D24 、我們常用的A形梯不

21、采用鉛合金片，而是采用長方形截面的構件，這說明以下哪能個因素（ ）影響著結構的強度？A材料 B形狀 C 構件 D連接方式25、可以用受力結構的穩(wěn)定性來解釋的事實是( ) A 拔河的繩子斷裂 B 廣告牌被臺風吹倒C 雞蛋在某種情況下可以承受很大的外力 D 耳機與電腦主機的插口接觸不良，聽不到音樂26、在日常生活中，你所見到的以下哪一個結構是不屬于利用不穩(wěn)定的結構實現某些功能的（）A、游樂設施的蹺蹺板功能結構；B、房間門口的活頁功能結構；C、學校運動場的籃球架結構；D、圓珠筆的筆嘴結構。二、填空題27、結構是指事物的各個組成部分之間的_和_。28、結構分為：實體結構、 _、_ 三種最基本的類型。2

22、9、影響結構穩(wěn)定性的主要因素 _、 _、_ 。30、影響結構強度的主要因素有結構的形狀、_ 、_.31、結構的穩(wěn)定性是指結構在負載的作用下維持其原有_ 的能力32、結構構件的連接通常有哪兩類？（1）_；（2）_。33、趙州橋最大的科學貢獻在于它的“_”的創(chuàng)造。34、欣賞經典結構設計作品一般可從_與_角度進行。三、判斷題35、結構強度與形狀、材料和連接方法有關。 （ ）36、物體的結構強度越大它的穩(wěn)定性越大。 （ ）37、照相機的三角架穩(wěn)定是因為與地面接觸面積大( )38、結構的形狀不同，其穩(wěn)定性也不同。（ ）39、任何結構都是利用它的穩(wěn)定性。（ ）四、 簡答題：40、有的礦泉水瓶上有若干凸起的

23、橫向紋路，它的作用是什么？41、結構設計應考慮的主要因素？ 42、在交通法規(guī)中規(guī)定，駕乘兩輪摩托車必須戴好安全帽，否則會被罰款，扣分。請你從結構的角度說明為什么要戴安全帽？結構設計趣聞：趙州橋： “百尺高虹橫水面，一彎新月出云霄”，這是明代詩人祝萬祉贊美安濟橋的名句。安濟橋坐落在河北省趙縣城南五里的洨河上。趙縣古時曾稱作趙州，所以安濟橋又叫趙州橋。趙州橋是隋朝石匠李春設計建造的，距今已有近1400年，是世界現存最古老最雄偉的石拱橋。在漫長的歲月里，它經受了洪水沖擊、地震搖撼、車馬重壓和風化腐蝕等考驗，至今仍然比較完整地保持著橋基、橋身的原來結構，這在世界橋梁建筑史上不能不說是一個奇跡，這一奇跡

24、的出現，完全是由于它設計建造的科學精巧決定的。溯其緣由主要有以下三個方面： 首先，趙州橋選址合理，橋基堅實穩(wěn)固。 其次，趙州橋的結構奇巧精美，堅固實用。 趙州橋只用單孔石拱跨越洨河，由于沒有橋墩，既增加了排水功能，又方便舟船往來，石拱的跨度為377米，連南北橋堍（橋兩頭靠近平地處），總共長5082米。采取這樣巨型跨度，在當時是一個空前的創(chuàng)舉。石拱跨度很大，但拱矢（石拱兩腳連線至拱頂的高度）只有723米。拱矢和跨度的比例大約是1比5。 再次，趙州橋的施工方案極為科學巧妙。砌筑拱洞有兩種砌筑法，一是橫向聯式砌筑法，另一是縱向并列式砌筑法。橫向聯式砌筑的拱洞是一個整體，比較結實，但這種砌筑法要搭大木

25、架，而且必須整個拱洞竣工才能拆除本架，施工期較長。數學橋(The Mathematical Bridge)數學橋又稱牛頓橋，是一座木結構橋，位于王后學院內。數學橋看上去不起眼，關于它的故事卻很動聽。相傳，這座橋是牛頓運用數學和力學原理設計建造的，整座橋上沒有使用一根釘子，堪稱奇跡。后來，好奇的學生把它拆下來，想看個究竟。誰知拆下容易，恢復難！無論他們用什么方法，就是恢復不了原樣，連校方也無能為力。最后，不得不用釘子固定，才重新將木橋架起來。這個故事弘揚了劍橋的一種學風，或者是一種文化傳統(tǒng)，說明劍橋大學的學生好奇心強，敢于挑戰(zhàn)權威，勇于實踐。由此可見，它的影響是積極的。或許正是出于這種考慮，大家

26、才不去考證故事的真實性，普遍采取了寧可信其有，不愿信其無的態(tài)度，樂于傳頌。其實，這個故事是虛構的。據劍橋權威指南和2002年新版劍橋畫冊證實，數學橋是1749年由威廉埃斯里奇(William Etheridge)根據數學原理設計，詹姆斯埃塞克斯(James Essex)建造的。建造時使用了鉚釘(coach screws)?，F在的這座橋，是原橋的復制品(replica)，建于1905年，是用螺栓連接、固定的。22、當出現交通意外時，摩托車手頭盔的某一部位受到一個大的撞擊力，由于頭盔的殼體結構，使得所受力迅速分布到其表面，形成整個頭盔表面均勻受力，而不是某一點受很大的力，這樣就起到了保護摩托車手安

27、全的目的推磨用繩子：不是省力是保持平衡和穩(wěn)定控制用的,實際是一費力裝置,也就是說,有了這條繩子,在推的時候不用考慮用力的方向一直保持和阻力一致的同時還要抵抗推桿向下掉的力,但也就在同時,因為多了一個分力,所以實際使用的推力略大于阻力,但是如果不用這繩子的話人會感覺更吃力的原因并不是阻里的原因而是需要控制平衡所感覺的“力使不上勁”的感覺，所以寧愿多費點力氣也要加上控制平衡的東西（實際上繩子被拉直時人里在往下壓推桿），其中的平衡力由繩子的拉力反作用給它提供。這樣一來人的感覺控制起來就簡單很多所以就感覺不費力了（應該用吃力合適點）。自行車只有2個輪子，卻為什么可以保持平衡呢？甚至，高手在騎車的時候，可以雙手離開車把，任由車子向前走而不擔心摔倒（但要擔心前面呼嘯而來的汽車）。物理學家拿出