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結構與設計復習綱要
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。
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(xiàn)著它的結構。一個復雜的結構有許多不同的部分組成，這些組成部分通常成為構件。
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(chǎn)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(chǎn)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：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(chǎn)生彎曲的力
３.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。
框架結構：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，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(xiàn)的不穩(wěn)定現(xiàn)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
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。
２.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。
３.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。
注意：①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。
②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：①自行車騎起來時，只有兩個支撐點，為什么不會倒下呢？
②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(xiàn)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。
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。
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(wěn)定，所用材料最少。
②結構的材料與連接：不同材料構成的結構，其強度各不相同。
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(chǎn)生著直接影響。結構的變化可能導致功能的變化。
案例分析：傘與拐杖 多用起子 案例分析：自行車的結構與功能
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(chǎn)活動都非常重要。日常生活中，沒有豐富的結構設計，產(chǎn)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(chǎn)生，生產(chǎn)活動中，產(chǎn)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(xiàn)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(xiàn)一定的功能的同時，還要考慮經(jīng)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。
四、經(jīng)典結構的欣賞
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(xiàn)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。
單元小結：
㈠結構對自然界、技術領域和社會領域具有普遍意義。
㈡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。
簡約、和諧、美觀是結構設計不變的追求。
㈢結構構件的基本受力有拉力、壓力、剪切力、扭轉力和彎曲力。
㈣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。現(xiàn)實生活中遇到的結構更多的是若干結構類型的組合。
㈤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(lián)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。
㈥結構設計中的美學因素、環(huán)境因素、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、

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