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蘇教版《技術與設計2》第一單元結構與設計學案
無處不在的結構
結構是指事物的各個組成部分之間的搭配和排列。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。
自然界中的結構：地球的結構、金剛石的結構、樹的結構等；
技術領域的結構：汽車的結構、自行車的結構、一些建筑物的結構等；
社會領域的結構：教育管理系統的結構、家庭的結構、企業的管理結構等。
2. 結構與力
結構：從力學角度來說，結構是指可承受一定力的架構形態，它可以抵御能引起形狀和大小改變的力。
構件：一個較復雜的結構由許多不同的部分組成，這些組成部分通常稱為構件。
內力：當構件受到外力作用時,內部各質點之間的相互作用會發生改變，產生一種抵抗外力與形變的力，稱為內力。
應力：構件的單位橫截面上所產生的內力。 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 σ= F/s, 其中, F是內力, S是受力面積, σ是應力。
構件的基本受力形式：拉力、壓力、剪切力、扭轉力、彎曲力。
受力形式
概 念
拉力
物體所承受的拉拽力
壓力
構件承受被擠壓的力
剪切力
構件承受兩個距離很近、大小相等、方向相反的平行力
扭轉力
構件兩端承受方向相反的均勻的力,使它發生扭轉形變的力
彎曲力
構件承受使它產生彎曲的力
3. 結構的類型
根據物體的結構形態，通常將結構分為實體結構、框架結構和殼體結構。
結構類型
概 念
受力特點
舉 例
實體結構
結構體本身是實心的結構
外力分布在整個體積中
實心墻、鉛球
框架結構
結構體由細長的構件組成的結構
支撐空間而不充滿空間
通信鐵塔、建筑用的腳手架
殼體結構
結構體是層狀的結構
外力作用在結構體的表面上
貝殼、頭盔
4．結構與穩定性
1）結構的穩定性：是指結構在荷載的作用下維持其原有平衡狀態的能力。(例：跨欄在跑步中被碰倒)
2）影響結構穩定性的主要因素：重心位置的高低、結構與地面接觸所形成的支撐面的大小、結構的形狀等。
重心位置的高低：結構的重心越低，結構越穩定。例如，獨腳茶幾的高度設計的比較低，底座采用較重的材料，臺面采用比底座輕的材料，使茶幾的重心降低，以提高穩定性。
結構與地面接觸所形成的支撐面的大小：結構的底座越大，結構越穩定。例如，建筑、橋梁這類大型的固定結構，底座越大越堅實，穩定性越好。
結構的形狀：例如，不在同一直線上的三條腿的板凳就比兩條腿的板凳穩定性好。
材料也是影響結構穩定性的因素。例如，汽車的車體采用殼體結構和薄鋼板制造，殼體結構可以將結構表面所受到的力分散，薄鋼板使車體的質量較輕。
5．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。（例：地震中樓房的倒塌）
2）影響結構強度的主要原因：結構的形狀、使用的材料、構件之間的連接方式等。
結構的形狀：一是結構的外部形狀，二是結構的構件截面形狀。
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。
構件使用的材料：不同材料構成的結構強度各不相同。如一根兩端被托起的梁，它的下部經受拉力，上部經受壓力。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，他們共同形成了非常牢固的結構。
構件之間的連接方式常見的有兩類：
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。
剛連接：被連接的構件在連接處不能相對移動，但可相對轉動，具體有榫接、膠接、焊接等，如固定鐵床間的連接、不可移動的桌腿與桌面的連接等。
6、結構設計
1）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，應滿足設計規范，滿足使用者的基本需要。
2）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定性和強度要求，安全因素，公眾和使用者的審美需求，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。
3）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。在考慮結構的穩定性和強度，使結構在規定的條件下和規定的使用期限內，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。
4）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。
5）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，還可以引導學生思考是否還有其他需要考慮的因素。
7、經典結構設計的欣賞
1）技術的角度：結構使用功能的實現、結構的穩固耐用、結構造型設計的創意和表現力、材料使用的合理性、工藝制造的精美程度等。
2）文化的角度：結構的文化寓意與傳達、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。
鞏固提高
1．下圖中，吊蘭的支撐架承受__________力，橋墩承受來自橋面及橋上負載的_________力，兩端被托住的橋梁受_____________力，大壩承受______________力。
2.觀察學校的籃球架，并思考：籃球架要有較高的穩定性，需具備哪些條件？
3、設計一個簡易的壁掛書架，綜合考慮它的穩定性和強度，并選擇合適的材料加以制作。

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