資源簡介

(共67張PPT)
1.2 穩固結構的探析
結構與設計
1.3 結構與強度及結構與功能
思考
請觀察下面兩種磚頭堆法哪一種會壘的更高，并談談其緣由。
為什么廣告牌東倒西歪？　　摩托車、三輪車翻到？
物體受到外力作用，原有的平衡狀態被打破而出現的不穩定現象。
結構的穩定性(Stability)：
是指結構在負載的作用下維持其原有平衡狀態的能力。它是結構的重要性質之一。
1.結構與穩定性
馬上行動　
重力
風力
說明下列物體有可能因受哪些力的作用而出現不穩定現象，并根據你的生活經驗，簡要說明原因？
物體 受到的外力 不穩定的主要原因
重心偏高，風太大
馬上行動　
說明下列物體有可能因受哪些力的作用而出現不穩定現象，并根據你的生活經驗，簡要說明原因？
物體 受到的外力 不穩定的主要原因
重力
碰撞
底座不夠重，重心偏高。
馬上行動　
說明下列物體有可能因受哪些力的作用而出現不穩定現象，并根據你的生活經驗，簡要說明原因？
物體 受到的外力 不穩定的主要原因
重力
碰撞
與地面接觸所形成的支撐面較小，重心偏高。
結構的穩定性與什么因素有關？
想一想：
影響結構穩定性的主要因素
不倒翁為何不倒呢？
重心低
獨腳茶幾為何能穩定？
茶幾高度設計比較低；
底座采用較重的材料；
臺面采用比底座輕的材料。
重心低
影響結構穩定性的主要因素
為何比薩斜塔出現傾斜后沒有立刻倒掉呢？
塔體重心的垂點位于塔的底座范圍內。
影響結構穩定性的主要因素
遼寧瑞州古塔，現存塔身高10米，塔身向東北方向傾斜12度，塔尖水平位移1.7米。該塔建成之后雖幾經地震與洪水破壞，卻始終斜而不倒，堪稱奇跡。
小資料：中國的斜塔
因素一：結構的重心
重心越低，穩定性越好；重心越高，穩定性越差。
重心所在點的垂線落在結構底面的范圍內，就是穩定的，不會出現傾倒。
影響結構穩定性的主要因素
高塔為什么一般上面很小，下端面積很大？
把啤酒瓶（礦泉水瓶）倒立為什么容易到？
影響結構穩定性的主要因素
結構與地面接觸所形成的支撐面的大小。
支撐面越大越穩定，越小越不穩定。
因素二：結構的底座
影響結構穩定性的主要因素
為什么大壩的橫截面總是建成梯形的？
為什么許多課桌椅的支撐腳要做成往外傾斜？
照相機、攝像機為什么用三角架支撐而不用四角架？五角架……？
屏風隔斷為什么通常都擺成Z字型，而不擺成一字型？
影響結構穩定性的主要因素
結構的形狀不同，其穩定性也不同。
兩條腿的板凳能穩定嗎？
有三條腿，但在同一直線上能穩定嗎？
因素三：結構的形狀
影響結構穩定性的主要因素
案例分析
單腳支撐
支撐腳與地面的接觸點A與前、后輪與地面的接觸點B、C構成三點支撐，在地面形成△ABC。
靜態的自行車是如何保持穩定的？
A
B
C
自行車的重心能否落在△ABC內取決于單腳支撐架的傾斜度。
在一定范圍內，支撐架與地面的夾角越小（自行車的車身越斜），△ABC的面積越大，自行車的重心越容易落在三角形內，穩定性越好。
影響結構穩定性的主要因素
馬上行動　
電動自行車常見的一種支撐形式如圖，請分析：
支撐點與地面構成的幾何形狀
前、后輪的受力
重心位置
穩定情況
三角形
穩定
重心落在兩支撐點與前輪與地面的接觸點構成的三角形中
前輪著地，后輪不受力
影響結構穩定性的主要因素
生活中我們有這樣的經驗，一個物體要有三個支撐點才能穩定，如果只有兩個就會倒下。但是我們也看到過這樣的現象：
影響結構穩定性的主要因素
靜
止
時
傾
倒
高
速
旋
轉
立
起
來
物體在運動狀態中和在靜止狀態中穩定條件是不同的。
影響結構穩定性的主要因素
探究
自行車在騎動時，只有兩個支撐點，卻不會倒下的原因？
一個旋轉物體的旋轉軸所指的方向在不受外力影響時，是不會改變的。車輪轉的越快越不容易倒，因為車軸有一股保持水平的力量。
另外，人在反復練習后，掌握了隨時平衡車體平穩的能力也是一個比較重要的原因。
影響結構穩定性的主要因素
結構的穩定性在日常生活中有著廣泛的應用，一方面人們利用穩定的結構抵抗外力、承受負載，另一方面又利用不穩定的結構實現某些功能。例如：
地震多發地區，人們利用倒置的啤酒瓶來預報地震。
影響結構穩定性的主要因素
推拉式防盜門/窗
思 考
這些建筑只是因為缺乏穩定性嗎？
如果一個體重200斤左右的人坐在兒童小板凳上，還用力搖晃，會發生什么現象？
板凳壞
人跌倒
2.結構與強度
結構的強度是指結構具有的抵抗被外力破壞的能力。
以上兩例屬于物體的結構強度不夠（抵抗不住外力的破壞）
穩定性是物體保持平衡狀態的能力，強度是結構不被外力破壞的能力。
強度與穩定性的聯系與區別
一、關于結構強度的概念
內力：當物體受到外力作用時,內部各質點之間的相互作用發生改變,產生一種抵抗外力與形變的力.
應力：構件單位橫截面積上產生的內力.
公式：
當應力達到某一極限值時（容許應力）,
結構就會遭到破壞。
σ讀做“西格瑪”
【中文名】：σ
【外文名】：sigma
【屬 于】：希臘字母
【漢語譯音】：為“西格瑪
馬上行動
根據你的生活經驗填寫下表。
事件 結果 原因
分別在一根竹竿和一根同樣尺寸的脆性塑料上不斷加掛相同質量的重物
沿著垂直于中心線的方向撞擊一根完整的鋼管與同樣的方法撞擊一根中間有焊接縫的鋼管
脆性塑料易斷
中間有焊接縫的鋼管易壞
不同材料的抗拉性能不同
構件的連接方式不同
影響結構強度的主要因素
2.使用的材料
1.結構的形狀
3.構件之間的連接方式
影響結構強度的主要因素
1.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、穩定，所用材料最少。
影響結構強度的主要因素
在長方形或六邊形的框架中間，加上支撐構件，構成三角形，就可以大大增加它的牢固程度。
法國蓬皮杜藝術中心
1.結構的形狀
小試驗
試驗目的：測試不同截面形狀的構件做成的懸梁的強度
試驗準備：剪貼周長相同、截面分別為三角形、圓形、正方形紙筒各一個，重物若干。
試驗過程：
1、分別將不同形狀的紙筒的一端固定在桌子上，形成懸梁結構。
2、分別在不同形狀的紙筒的另一端懸掛相同質量的重物，并依次不斷加相同質量的重物，觀察結果
影響結構強度的主要因素
三個周長相同、截面分別為三角形、圓形、正方形的紙筒哪個可以承受更大的力？
影響結構強度的主要因素
相同材料，相同截面積，不同截面形狀的構件強度不同。
1.結構的形狀
影響結構強度的主要因素
“拱形結構”的歷史起源
生活在中生代的巨型爬行動物恐龍，身長約20m，身高4～8m，體重達30～40t。這么一個龐然大物要走動覓食，生存下去，四肢必須承受相當大的負荷。如果恐龍不具備合理的力學結構，諾大的身軀就會被壓塌。專家們
發現，恐龍巨大的身軀、長頸和粗長尾巴的重心在腰部，整個身體的上部猶如一座拱橋。從力學角度看，它的確是一種承受巨大負荷的理想結構造型，這便是建筑史上的“拱形結構”的歷史淵源。
結構的強度與材料有關
VS
紙杯
鋼杯
影響結構強度的主要因素
2.結構的材料
影響結構強度的主要因素
目前很多橋梁都是使用的鋼筋混凝土結構，它的好處是什么？
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。
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。
影響結構強度的主要因素
是指通過一定的連接物將構件組成整體結構。
不同的材料有不同的連接方式。
連接方式不同，結構的強度也不同。
鉸連接
剛連接
3.結構的連接
按構件之間能否移動及轉動分：
影響結構強度的主要因素
鉸連接：被連接的構件在連接處不能相對移動，但可以相對轉動，具體有松螺栓、松鉚等。
3.結構的連接
影響結構強度的主要因素
剛連接：被連接的構件在連接處不能相對移動，也不能相對轉動，具體有榫接、膠接、焊接等。
榫接
3.結構的連接
膠接
焊接
練習：在自行車各部件之間的連接中
剎車連桿之間屬于_____連接；
鉸
練習：在自行車各部件之間的連接中
輻條與鋼圈之間屬于______連接
剛
練習：在自行車各部件之間的連接中
三角架屬于_____連接；
剛
影響結構強度的主要因素
比較圖中同一結構的幾種連接方式，分析哪種連接方式的強度最大，哪種連接方式的強度最小。
榫接 強度較大 結構最穩定
結構對事物的功能和作用產生著直接的影響，結構的改變可能導致功能的改變。
2.結構與功能
多功能削皮器
瑞士軍刀
多功能起子
課堂小結
一、結構的穩定性
影響結構穩定性的三個因素：重心位置、支撐面積的大小和結構的形狀
二、結構的強度
影響結構強度的三因素：結構的形狀、結構的材料與連接方式
三、結構與功能
【例1】　(2016·10月浙江選考)如圖所示為鋼筋混凝土橫梁的受力變形示意圖。由于混凝土擅長抗壓力，而鋼筋擅長抗拉力，為了合理利用鋼筋，下列對橫梁的分析正確的是(　　)
A.上部彎曲的程度比下部大，應在上部布置粗鋼筋，下部布置細鋼筋
B.上下部都彎曲，應在上部和下部布置相同的鋼筋
C.上部受壓,下部受拉,應在上部布置細鋼筋,下部布置粗鋼筋
D.上部受拉,下部受壓,應在上部布置粗鋼筋,下部布置細鋼筋
答案　C
4、如圖所示為一款機械手。在力F作用下，拉桿通過連桿帶動夾持手繞著銷軸轉動，將工件夾緊。連桿和夾持手的主要受力形式是(　　)
A.連桿受拉、夾持手受彎曲
B.連桿受壓、夾持手受壓
C.連桿受壓、夾持手受彎曲
D.連桿受彎曲、夾持手受彎曲
C　[本題考查的是受力形式分析。對于夾持手來說，以中間的銷軸為支撐點，連桿和工件對它施加了同一方向的力，所以是受彎曲；對于連桿來說，兩頭的銷軸所施加的力主要是向中間的，所以連桿是受壓。]
[變式2]　(2017·4月衢麗湖舟聯考)如圖所示為我國傳統木工工藝中的一種榫接結構。已知構件的橫截面尺寸均為100 mm×
100 mm，以下關于構件2的結構方案中合理的是(　　)
答案　B
【例2】　如圖所示是一款創意三輪車葡萄酒瓶架。若要提高它的穩定性，有效的改進措施是(　　)
A.增加瓶筐材料的直徑
B.縮短前后輪的距離
C.增大兩后輪的直徑
D.增大兩后輪的間距
答案　D
[變式1]　(2017·4月紹興一模)如圖是腳踏式垃圾桶內部杠桿示意圖，腳踩在踏桿A點通過中間的支點作用，使得C點向上運動，從而使連桿BC打開垃圾桶蓋。在打開垃圾桶蓋時，下列對桿件主要受力形式分析中正確的是(　　)
A.踏桿AC受彎曲，連桿BC受拉
B.踏桿AC受壓，連桿BC受彎曲
C.踏桿AC受彎曲，連桿BC受壓
D.踏桿AC受壓，連桿BC受拉
答案　C
[變式5]　小劉家的長木凳凳腳與凳板間的連接處出現了松動，以下加固方法中，既美觀又有效的是(　　)
解析　本題考查簡單結構的設計。選項A、D在凳子側面用鐵釘固定木條的方法欠缺美觀，而B、C相對較好；另外凳腳與凳板間松動用一根鐵釘加固強度不夠，連接處容易轉動，效果不好。選項C的榫接效果較好。
答案　C
楔（xie）：填充器物的空隙使其牢固的木片、木釘等
[變式3]　(2017·4月浙江選考)如圖所示是一種手動沖壓機，扳動手柄，通過連桿帶動壓桿運動。下列關于該沖壓機的分析中，正確的是(　　)
A.壓桿只能上下移動，不能轉動，壓桿與機座之間的連接屬于剛連接
B.沖壓時連桿受壓
C.沖壓機重心的垂線偏離支撐面中心，提高了沖壓時的穩定性
D.手柄上施加力F時，壓桿向上運動
答案　C
經典結構的欣賞
最有代表性的八大中國民居建筑
1、永定土樓
永定土樓由客家人所建，是客家文化的象征，以分布廣、數量多、品類豐富、保存完好而著稱。福建土樓的造型、裝飾和建造工藝世所罕見，永定縣高頭鄉高北村的承啟樓是福建土樓的代表，已被列人世界文化遺產名錄。
地址：福建省龍巖市永定縣
2、 南靖土樓
南靖土樓遍布漳州市下面幾個縣的土樓，因其造型奇特、設計巧妙、規模宏大而被譽為“神話般的山區建筑”。成千上萬的南靖土樓堪稱“土樓王國”，在這里，最高的和貴樓、最大的順裕樓、保存最完好的懷遠樓等都是值得一看的土樓代表。
地址：福建省漳州市南靖縣書洋鎮
3、千戶苗寨
西江千戶苗寨是由十余個依山而建的自然村寨相連成片，中國最大的苗族聚居村寨。苗族“原始生態”文化在這里完整地保存著，千戶苗寨灑落在群山之間，夜晚萬家燈火，更是雄偉壯觀。這里就像是一個露天博物館一樣，了解苗族歷史和文化，體驗少數民族風情的必來之地。
地址：貴州省黔東南苗族侗族自治州雷山縣東北部
4、開平碉樓
開平碉樓，是中國鄉土建筑的一個特殊類型，是中國勞動人民智慧與創新的結晶。開平碉樓的獨特之處在于不同風格不同宗教以及中西方的建筑元素在這里和諧的融合。著名的電影《讓子彈飛》也在這里取景過，開平碉樓已被列為世界文化遺產。
地址：廣東省江門開平市五五五縣道
5、 哈尼族村落
哈尼村落建于崇山峻嶺中，巧妙和諧地融入大自然中的森林、江河、梯田之中，隱秘于大自然中的古村落藏著哈尼人的故事，哈尼人就在這幅員廣袤的土地上勤勞耕耘，開鑿出了世界聞名的、壯美的梯田。這里被評為中國最美六大古村落之一。
地址：云南元陽開遠市紅河大羊街鄉哀牢山哈尼村落
6、王家大院
王家大院是清代民居建筑的集大成者，總面積達25萬平方米以上，比占地15萬平方米的北京皇家故宮龐大。裝飾精微、構思巧妙，散發出封建時代豪門大家的雄壯氣魄。這里也是國內數十部影視拍攝基地。
地址：山西省靈石縣靜升鎮
7、 宏村
宏村以徽派建筑為特色的村落，位于黟縣城西北角，地勢高，經常濃墨重彩，如同一幅秀麗的水墨畫，被譽為“中國畫里鄉村”。該村始建于北宋，距今已近千年歷史，古村落人獨創“仿生學”之先河，形成了“中華一絕”的牛形村落和人工水系，被稱為“建筑史上一大奇 觀”。
地址：安徽省黃山市黟縣宏村
8、 傣族竹樓
傣族竹樓是一種干欄式住宅，住宅用竹子建造，留有高腳欄干，分上下兩層，故稱竹樓，樓上住人，樓下堆放什物和關家畜、家禽。傣族竹樓是傣族人智慧的結晶，是克服艱難生活條件的樂觀和智慧的表現，也是中國特色民居的代表。
地址：云南西雙版納
　優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。
賞析結構設計作品，可從技術與文化兩個角度進行。

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