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必修二·第一單元 《結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)》
一、常見結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)
（一）結(jié)構(gòu)
涵義：事物的各個(gè)組成部分之間的有序搭配和排列。
（二）結(jié)構(gòu)與力
從力學(xué)角度說，結(jié)構(gòu)是指可承受一定力的架構(gòu)形態(tài)，它可以抵抗能引起形態(tài)和大小改變的力。
構(gòu)件的基本受力形式：受拉、受壓、受剪切、受彎曲 和 受扭轉(zhuǎn)。
結(jié)構(gòu)的類型
從力學(xué)的架構(gòu)與形態(tài)考慮，結(jié)構(gòu)可分為：
1、實(shí)體結(jié)構(gòu)
一般是實(shí)心 的，特點(diǎn)是外力分布在整個(gè)體積中，能夠承受比較大的力。
比如 長(zhǎng)城、三峽大壩、錘子、廚房中的菜板 等等。
2、框架結(jié)構(gòu)（A級(jí) 了解 P9）
框架結(jié)構(gòu)形態(tài)比較簡(jiǎn)單，主要由細(xì)長(zhǎng)的構(gòu)件組成，特點(diǎn)是支撐空間而不充滿空間，主要承受水平或垂直方向的力。比如 窗戶、自行車、艾菲爾鐵塔、桌子、人字梯、建筑用的腳手架 等等。
3、殼體結(jié)構(gòu)（A級(jí) 了解 P9）
殼體結(jié)構(gòu)是指 層狀的結(jié)構(gòu) ，能夠巧妙地 將外力分散到整個(gè)表面 。
比如 雞蛋、核桃、瓜子、頭盔、鍋碗瓢盆都是殼體結(jié)構(gòu)。
當(dāng)然對(duì)于生活中的物體，很多并不單純的屬于上面的某一種結(jié)構(gòu)，而是由多種結(jié)構(gòu)共同組成的。比如我們的行政樓整體來看是 框架 結(jié)構(gòu)，而樓頂?shù)拇髨A球卻是 殼體 結(jié)構(gòu)的，具體的一面墻卻又是 實(shí)體 結(jié)構(gòu)的。
二、穩(wěn)固結(jié)構(gòu)的探析
結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性
1、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性是指結(jié)構(gòu)在荷載的作用下維持其原有平衡狀態(tài)的能力。（B級(jí) 理解 P12）
2、影響結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的主要因素有： 重心位置的高低 、結(jié)構(gòu)與地面接觸所形成的支撐面的大小 、 和 結(jié)構(gòu)的形狀 等。（B級(jí) 理解 P13）
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(jié)構(gòu)重心所在點(diǎn)的垂線 是否落在結(jié)構(gòu)底面的范圍內(nèi) ，落在就是穩(wěn)定的，沒有就是不穩(wěn)定的。
2) 結(jié)構(gòu)的底座，結(jié)構(gòu)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(diǎn)都是上端小而下端大。
3) 結(jié)構(gòu)的形狀：結(jié)構(gòu)的形狀不同，其穩(wěn)定性也不同。
影響結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的因素是相互關(guān)聯(lián)的，需要綜合考慮各種因素來討論結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。
結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度
結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度指 具有的的抵抗被外力破壞的能力 （B級(jí) 理解 P17）
表示結(jié)構(gòu)強(qiáng)度大小的量： 應(yīng)力
內(nèi)力：當(dāng)一個(gè)結(jié)構(gòu)受到外力作用時(shí)， 內(nèi)部各質(zhì)點(diǎn)之間的相互作用會(huì)發(fā)生改變，產(chǎn)生一種抵抗的力。
應(yīng)力： 是構(gòu)件的單位橫截面上所產(chǎn)生的內(nèi)力。應(yīng)力達(dá)到一定極限值時(shí)，結(jié)構(gòu)就會(huì)遭到破壞。
用公式表示應(yīng)力為： σ= F/s ，其中， F 是內(nèi)力， S 是受力面積 ， σ 是應(yīng)力。
4、影響結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的主要因素： 結(jié)構(gòu)的形狀 、 使用的材料 、 構(gòu)件之間的連接方式等因素有密切的關(guān)系。（B級(jí) 理解 P17）
①結(jié)構(gòu)的形狀：三角形是框架結(jié)構(gòu)中最基本的形狀之一，它結(jié)實(shí)、穩(wěn)定，所用材料最少。
常見的構(gòu)件的橫截面形狀：工字形、十字形、長(zhǎng)方形、L形、圓形、U形，不同橫截面形狀的構(gòu)件所能承受力的程度是不一樣的。
②、結(jié)構(gòu)的連接方式：
鉸連接 被連接的構(gòu)件在連接處 不能相對(duì)移動(dòng)，但能相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng) （門的合頁(yè)連接、輪子、軸承、風(fēng)扇、人體四肢與軀干等等），
剛連接 被連接的構(gòu)件在連接處 既不能相對(duì)移動(dòng)，也不能相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng) （榫接、膠結(jié)、焊接等等）。（B級(jí) 理解 P19）
③不同材料構(gòu)成的結(jié)構(gòu)，其強(qiáng)度各不相同。有的抗拉力、有的抗壓力、有的抗剪切力、扭曲力，所以在不同結(jié)構(gòu)不同要求中，選擇不同特性的材料。例混凝土擅長(zhǎng)抗壓力，而鋼筋擅長(zhǎng)抗拉力。
結(jié)構(gòu)與功能
結(jié)構(gòu)不僅是事物存在的一種形式，而且對(duì)事物的 功能 和 作用 產(chǎn)生著直接影響，結(jié)構(gòu)的改變可能導(dǎo)致功能的變化。
三、簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)
結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)以一種或幾種功能的實(shí)現(xiàn)為基本目標(biāo)，應(yīng)滿足設(shè)計(jì)規(guī)范，滿足使用者的基本需要。例如，兒童自行車的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，首先應(yīng)以代步、鍛煉兒童的手腳協(xié)調(diào)能力為設(shè)計(jì)目標(biāo)，同時(shí)要滿足童車結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范要求，如自行車的鏈輪、鏈條、車把、車閘有一定的要求。（B級(jí) 理解 P24）
四、賞析結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)作品 可從 技術(shù) 與 文化 兩個(gè)角度進(jìn)行。
（1） 技術(shù) 主要有：結(jié)構(gòu)功能、穩(wěn)固耐用、造型設(shè)計(jì)的創(chuàng)意和表現(xiàn)力、材料使用的合理性，工藝制造的精湛程度等。（A級(jí) 了解 P30）
（2） 文化 主要有：文化寓意與傳達(dá)，公眾認(rèn)可的美學(xué)原則，反映的時(shí)代、民族、習(xí)俗方面的特征、結(jié)構(gòu)的個(gè)性特征等。（A級(jí) 了解 P30）
結(jié)構(gòu)及其設(shè)計(jì)單元練習(xí)題
選擇題
1、重慶是橋都，其中盤龍立交是全世界最復(fù)雜的立交橋，盤龍立交橋橋墩屬于那種結(jié)構(gòu)類型（A ）
A．實(shí)體結(jié)構(gòu) B．框架結(jié)構(gòu) C．殼體結(jié)構(gòu) D．組合結(jié)構(gòu)
2、日常生活中，使用螺絲刀裝螺絲時(shí)，螺絲刀需要承受什么力( D )
A．拉力 B．壓力 C．彎曲力 D．扭轉(zhuǎn)力
3、如圖所示“紙張承重試驗(yàn)”,中間為紙張結(jié)構(gòu)，上面放砝碼以測(cè)試紙張所承受
的最大重量。紙張受到的力是（ C ）
A.拉力 B.壓力 C.彎曲力 D.扭轉(zhuǎn)力
4、如下圖所示是四沖程汽油機(jī)的基本結(jié)構(gòu)圖，當(dāng)氣缸中的氣體膨脹活塞向下
運(yùn)動(dòng)時(shí)，活塞和連桿的主要受力形式是（ D ）
A．活塞受壓、連桿受拉 B．活塞受拉、連桿受壓
C．活塞受拉、連桿受拉 D．活塞受壓、連桿受壓
5、如圖所示是一款多功能文具盒的草圖，對(duì)該方案的分析不正確的是（ C ）
文具盒的蓋子就是相框
支撐板與文具盒間可能是鉸連接
C. 兩邊凸起有利于文具盒豎放
支撐板與相框間是鋼連接.
6、我們常用的A形梯不直接采用實(shí)心鋁合金材料，而用長(zhǎng)方形截面的鋁合金構(gòu)件，比相同質(zhì)量的實(shí)心鋁合金材料結(jié)實(shí)很多，是因?yàn)?C )影響著結(jié)構(gòu)強(qiáng)度
A.材料 B. 重心的高低 C. 構(gòu)件的形狀 D.連接方式
7、如圖所示為竹、木混合材料的躺椅，其結(jié)構(gòu)的主要類型是( C )
A.實(shí)體結(jié)構(gòu) B.殼體結(jié)構(gòu) C.框架結(jié)構(gòu) D.其他結(jié)構(gòu)。
8、下列事物的結(jié)構(gòu)是受自然界事物的結(jié)構(gòu)啟發(fā)而產(chǎn)生的是（ B ）。
A．鋼筆 B．潛艇 C．課桌 D．黑板
9、500m口徑球面射電望遠(yuǎn)鏡被譽(yù)為“中國(guó)天眼”，由我國(guó)天文學(xué)家南仁東于1994年提出構(gòu)想歷時(shí)22年建成，于2016年9月25日落成啟用。是由中國(guó)科學(xué)院國(guó)家天文臺(tái)主導(dǎo)建設(shè),具有我國(guó)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)、世界最大單口徑、最靈敏的射電望遠(yuǎn)鏡。“中國(guó)天眼”的主體結(jié)構(gòu)屬于( D )
A.實(shí)體結(jié)構(gòu) B.框架結(jié)構(gòu) C.殼體結(jié)構(gòu) D.混合結(jié)構(gòu)
10、中國(guó)古代建筑的屋頂結(jié)構(gòu)的特色——飛檐。 使得原有向下的沉重感變得輕盈，同時(shí)也擴(kuò)大了采光和有利排泄雨水。欣賞古代建筑主要從技術(shù)和文 化兩個(gè)角度，以下說法正確的是( D )
A. 飛檐使建筑更高大宏偉，采光面積增大，排泄雨水順暢——出自技術(shù)角度的欣賞
B. 飛檐卸掉了大型建筑的沉重感，使人感到建筑的飛動(dòng)和輕快——出自技術(shù)角度的欣賞
C.飛檐的曲線和房 屋的直線和諧融合，兼顧承重和美觀——出自文化角度的欣賞
D.飛檐結(jié)構(gòu)復(fù)雜,工藝精美,純木材構(gòu)建——出自文化角度的欣賞
11、框架結(jié)構(gòu)在建筑中廣泛使用，下列說法不正確的是( D )
A.是由梁和柱以剛接或者鉸接相連接而成，構(gòu)成承重體系的結(jié)構(gòu)
B.由梁和柱組成框架共同抵抗使用過程中出現(xiàn)的水平荷載和豎向荷載
C.框架結(jié)構(gòu)的房屋墻體不承重，僅起到圍護(hù)和分隔作用
D.框架結(jié)構(gòu)的房屋墻體屬于承重墻，同時(shí)起到圍護(hù)和分隔作用
12、如圖所示的臺(tái)燈，在測(cè)試階段發(fā)現(xiàn)其支撐桿調(diào)整到某些角度時(shí)，臺(tái)燈容易翻倒.
以下改進(jìn)措施中 合理的是( B )
A.增加支撐桿的長(zhǎng)度 B. 增加底座的質(zhì)量 C.增加支撐桿的厚度 D.增加燈罩的質(zhì)量。
13、李明嘗試設(shè)計(jì)一款小木凳,從結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和穩(wěn)定性的角度分析,下列設(shè)計(jì)方案中不合理的是( C )
14、小明想要設(shè)計(jì)一款桌面耳機(jī)支架，構(gòu)思了以下幾個(gè)方案，耳機(jī)掛在凹槽處，下列方案中從穩(wěn)定性的角度考慮最合理的是（C ）
A． B． C． D．
二、分析題
埃菲爾鐵塔是巴黎的標(biāo)志之一，被法國(guó)人愛稱為“鐵娘子”.它和紐約的帝國(guó)大廈、東京的電視塔同被譽(yù)為西方三大著名建筑.1887年1月28日 ,埃菲爾鐵塔正式開工.250名工人冬季每天_工作8小時(shí)，夏季每天工作13小時(shí),終于，1889年3月31日這座鋼鐵結(jié)構(gòu)的高塔大功告成.試分析埃菲爾鐵塔的穩(wěn)定體現(xiàn)在哪些方面。
答：根據(jù)題意和影響結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性因素，埃菲爾鐵塔的結(jié)構(gòu)特征: 下大上小重心低、支撐面大，剖視圖的結(jié)構(gòu)形狀呈三角形狀，整個(gè)塔體的重心落點(diǎn)落在支撐面范圍以內(nèi).故答案為: 1)重心低; 2)支撐面積大; 3)結(jié)構(gòu)的形狀下大.上小、中心對(duì)稱。

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