資源簡介

通用技術學案5
1. 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、大壩
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 鐵架塔、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
2. 結構與力
結構：從力學角度界定，結構是指可承受一定應力的架構形態，結構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生改變，產生一種抵抗的力，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 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,使物體發生扭轉形變的力
彎曲力 作用于物體,使它產生彎曲的力
3．結構與穩定性
1）結構的穩定性：是指結構在負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。
4．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既不能相對移動又不能相對轉動，具體有榫接、膠接、焊接、鉚接、螺接等，如固定鐵床間的連接、不可移動的桌腿與桌面的連接等。
5、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。
6、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？
4、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。
5、2004年5月23日，巴黎戴高樂機場2E候機廳頂棚發生坍塌事故，造成包括兩名中國公民在內的4人死亡，3人受傷。事后法國戴高樂機場2E候機廳坍塌事故專門調查委員會15日公布調查報告認為：由于最初的安全準備不足，頂棚處于“瀕臨死亡”狀態，雖然支撐了一段時間，但抵抗外力的能力卻逐漸減弱。一系列結構上的問題使頂棚抗外力強度逐漸受損，最終導致結構坍塌。
調查委員會還指出該建筑的一些缺陷：鋼筋混凝土骨架強度不夠或定位不好、缺乏當某一局部構件出現問題時向其他區域分散壓力的可能性、連接水泥頂棚和下層玻璃的承梁抗擊外力的能力不足等。
調查報告分析認為，由于頂棚的抗外力強度不斷減弱乃至消失，在某些因素的觸發下，頂棚就會發生坍塌。調查委員會認為，事故有兩個可能的觸發因素。其中一個是氣溫，事故發生那天早晨的氣溫是4.1攝氏度，為當月最低溫度。另一個因素是頂棚支柱的卡箍松弛。
請你從上述案例分析影響結構穩定性的原因是什么？以及結構的穩定性在工程技術設計中的重要性。
構件的橫截面形狀
功能
成本
強度
人的個性化需要
壽命
安全
穩定性
美觀
……
結構設計

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