通用技術結構與設計

1、第一章結構與設計,技術與設計,白金漢宮,克里姆林宮,故宮,布達拉宮,長城,趙州橋,埃菲爾鐵塔,盧浮宮,看了以上精妙絕倫的建筑，我們不禁為設計師們精彩的設計藝術而感嘆！ 大家也注意到這些建筑使用的材料沒什么特殊，卻千姿百態(tài)，風格迥異，它們在設計上有什么不同？ 主要是結構不同。 那么，什么是結構呢？結構與設計具有什么關系呢？,第一節(jié) 初識結構 一、結構的涵義 “結構”一詞，對同學們來說可能并不陌生。請同學們想一想，在學習其它課程中，有哪些課程提到過“結構”？ 在生物課中提到過：人體的結構；在政治課里有社會結構；在化學和物理中，有物質(zhì)結構、分子結構、原子結構；在語文課里接觸過：文章的結構；在地理課中

2、有地質(zhì)結構 等,結構是指物體的各組成部分之間的搭配、排列及其相互關系。結構的各組成部分，通常稱為構件。 物體的主體框架與構造形式，稱為架構。,同樣的三根棍，首尾相連，就成了武術器械“三節(jié)棍”，如將三根棍的一端連在一起就變成了可用來照相和測量的“三角架”。 從以上事例，我們看到結構是如何的重要，結構決定了物體的性質(zhì)和形態(tài)，結構不合理，就會產(chǎn)生嚴重的后果。 結構的本質(zhì)：結構是為了承受力和抵抗變形。,貴州一在建大橋坍塌,河北滄州一大橋坍塌造成3人死亡3人傷,在我們這個課里，不去討論廣義的結構。而只限定在“工程結構”的范圍內(nèi)。 什么是工程結構？ 工程結構是指能承受和傳遞外加荷載的承力系統(tǒng)，包括桿、板、

3、殼等構件及其組合體。也就是說，工程結構可以是單個的構件，如一根桿、一塊板、一條繩，也可以是一個由不同構件組合起來的組合體。如一座橋、一張桌子、一架飛機等，它們都可以叫做工程結構。常常簡稱為結構。,工程結構的主要功能就是承受和傳遞各種形式的外載，保證結構的可靠工作。如 ： 秋千的吊索，主要承受拉力； 橋梁的橋墩，主要承受壓力； 連接齒輪和軸的鍵，主要承受剪力； 汽車方向盤的軸，主要承受扭力； 單杠的杠體（上面的橫杠），主要承受彎力。,為了保證結構的正常工作，這些構件必須有對于主要載荷的足夠的承載能力。這是結構設計中必須考慮的重要問題。 二 常見結構的類型 1、根據(jù)力學的架構與形態(tài)的不同，分為：

4、（1）實心結構：這類結構的特征是幾何外形簡單，通常有桿（柱）、板、體等之分。 特點:能承受較大的壓力。 實例：房屋的墻體、水庫的大壩、古代的城墻等。,城墻,三峽大壩,金字塔,（2）框架結構：其特征是幾何外形較為復雜，能承受垂直和水平荷載，依據(jù)功能和使用條件的不同，可以設置成不同框架的組合?？蚣芙Y構通常由桿件組成，也有用板件組成的。這里的桿或板，可以是實心的，也可以用管材。 特點：制作方便，節(jié)省用料。 實例：門、窗、塑料大棚的棚體、自行車車體、輸電鐵塔、轉臺等。,框架結構廠房,框架結構,南京長江大橋,簡易衣櫥,（3）殼體結構 特征：殼體內(nèi)空，受力合理，形態(tài)穩(wěn)定。殼的幾何形狀有折線形的、圓弧形的和

5、拱形的等。 實例：儲油罐，水壺、水杯、火箭、飛船、裝甲車等。,儲油罐,水杯,飛船,梟龍戰(zhàn)機,宋級常規(guī)潛艇,思考： 1、摩托車頭盔，常見的都是圓弧形結構，為什么這樣做呢？ 當這種頭盔受到外力沖擊時，外力將由弧面整體分擔承受，抵抗變形。如果將頭盔做成長方形體或多面形體時，外力將主要由接觸點所在的小平面承受，易使殼體變形。 2、聯(lián)系生活，還有那些圓弧形、多面體形殼體結構的實例？ 自然界中的椰子、桂圓、西瓜、貝類、蛋、龜?shù)?，都屬于殼體結構。它們以較薄的外殼，獲得了較大的承受外力的卓越性能。,第二節(jié) 典型結構案例分析 一、單杠結構分析 1、單杠的結構,杠體、立柱、拉桿,2、杠體的受力與變形 3、立柱、拉

6、桿的受力與變形,二、棚室屋架結構分析 1、棚室的荷載 恒載（永久性荷載）：指作用在結構上長期不變的荷載，如結構自重等。 活載（可變性荷載）：指作用在結構上可變的荷載，如風載、雪載等。 偶然荷載：指出現(xiàn)概率很小，一旦出現(xiàn)量值很大且持續(xù)時間很短的荷載，如爆炸力、龍卷風等。 2、立柱的受力,3、梁的受力 4、拱結構的應用,第三節(jié) 結構的強度與穩(wěn)定性 一、簡易技術試驗 內(nèi)力如何抵抗外力圖示,彎曲力,內(nèi)力抵抗彎曲力,外力使構件發(fā)生變形的同時，構件內(nèi)部分子之間隨之產(chǎn)生一種抵抗變形的抵抗力，稱為內(nèi)力 。 內(nèi)力，就是用來抵抗外力與變形，并力圖使變形部分復原的力。,二、應力與強度 應力：作用在單位面積上的內(nèi)力。

7、 應力有一個最大值，稱為容許應力。對應最大內(nèi)力。 當外力大于內(nèi)力的最大值，或者結構受到的應力大于容許應力時，結構就會被破壞。,結構的最大內(nèi)力越大，要破壞它所需的外力也就越大，也可以說，它的強度越大。 強度可以通過應力來衡量。,如何判斷外力能否破壞結構 1、假設內(nèi)力等于外力，計算出應力，與容許應力比較，如果大于容許應力，結構會被破壞。 2、由容許應力計算出最大內(nèi)力，如果外力比最大內(nèi)力還要大，則結構會被破壞。,一根筷子和一把筷子的故事,古代有幾兄弟經(jīng)常打架，父親就給他們現(xiàn)身說法：一根筷子容易被人折斷，兩根筷子還是容易折斷，三根筷子有點難十根筷子就折不斷了。從此，幾兄弟便團結起來。 試解釋，為何一根

8、筷子容易斷，多根筷子不易斷？,答：一根筷子的截面積小，所受應力就大；多根筷子一起，截面積變大了，所受應力就小了,三、影響結構強度的因素 1、形狀：構成的形狀略有改變，強度就會改變。 2、材料：不同的材料有承受不同應力極限的能力。 3、材料的連接方式：不同的連接方式，受力傳遞方式和效果不一樣。,四、穩(wěn)定性的概念 1、擺的平衡與穩(wěn)定 穩(wěn)定指的不是狀態(tài)的絕對不變，而是指受擾后，允許狀態(tài)有所波動，但當擾動消失后，能重新返回到原平衡狀態(tài)，則為穩(wěn)定，不能回到原有平衡狀態(tài)，為不穩(wěn)定。 2、結構穩(wěn)定的含義 結構具有阻礙翻到或移動的特性就是結構穩(wěn)定性。,不倒翁,五、影響結構穩(wěn)定性的因素 1、影響因素 （1）結構的形狀 （2）重心的位置,2、怎樣增加結構的穩(wěn)定性 盡可能地增大結構的底面積；盡可能地降低結構的整體重心位置。 （1）減小長細比 （2）利用三角形框架及其組合結構，可以有效地增加結構的穩(wěn)定性,第四節(jié) 學做結構設計 一、壁掛式簡易衣帽架原型制作 1、衣帽架的構成 2、確定設計方案 3、完成設計制作,銀翼衣帽架,洛佳衣帽架,提拉克衣帽架,帶衣筐的衣帽架,門廳圖片衣帽架,胡桃