2冊(cè)第一章《結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)》導(dǎo)學(xué)案

1、姓名 班級(jí) 學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)第一章結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)知識(shí)梳理一、初識(shí)結(jié)構(gòu)1、結(jié)構(gòu)的含義結(jié)構(gòu)是指事物的各個(gè)組成部分之間的有序搭配和排列，確定的搭配和排列決定了物體的性質(zhì)和形態(tài)。結(jié)構(gòu)的各組成部分，通常稱為構(gòu)件。架構(gòu)：物體的主體框架與構(gòu)造形式。結(jié)構(gòu)的本質(zhì)：物體會(huì)受到各種各樣的力，結(jié)構(gòu)是可承受一定力的架構(gòu)形態(tài)，可用來抵抗引起形態(tài)和大小改變的力。簡單地說，結(jié)構(gòu)是為了 承受力和抵抗變形，這便是結(jié)構(gòu)的本質(zhì) 。2、常見結(jié)構(gòu)的類型（從力學(xué)的架構(gòu)與形態(tài)考慮）（ 1）實(shí)體結(jié)構(gòu)實(shí)體結(jié)構(gòu)通常是指結(jié)構(gòu)體本身是實(shí)心的結(jié)構(gòu)。如：房屋的墻體、水庫的大壩、古代的城墻等。幾何特征及受力：幾何外形簡單，通常有桿（柱） 、板、體等之分。它的受力特點(diǎn)是

2、能承受較大的壓力，外力分布在整個(gè)體積中。（ 2）框架結(jié)構(gòu)框架結(jié)構(gòu)通常是指結(jié)構(gòu)體由細(xì)長的構(gòu)件組成的結(jié)構(gòu)。如：教室的門、窗常用木框架，蔬菜大棚的棚體、建筑用腳手架、輸電鐵塔等。組成：由梁、柱、桿、管等組成，也有用板件組成的。這里的桿或板，可以是實(shí)心的，也可以是管材。幾何特征及受力：幾何外形較為復(fù)雜，其特點(diǎn)是支撐空間而不充滿空間，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(shè)置成不同框架的組合。（ 3）殼體結(jié)構(gòu)殼體結(jié)構(gòu)通常是指層狀的結(jié)構(gòu)。例如：飲水杯、文具盒、裝甲車、油罐、雞蛋、西瓜、貝類、龜?shù)?。結(jié)構(gòu)特征：殼體內(nèi)空時(shí)，受力合理、形態(tài)穩(wěn)定。殼的幾何形狀有折線式（方形、長方形、多邊形）的、圓弧形

3、的和拱形的等。受力特點(diǎn)：殼受沖擊力時(shí)，外力由弧面整體分擔(dān)承受，抵抗變形。（ 4）組合結(jié)構(gòu)在日常生活中我們常見的結(jié)構(gòu)大部分都是組合結(jié)構(gòu)，如：大壩是拱形和實(shí)體結(jié)構(gòu)的組合體；圓頂大廈的頂部都是框架結(jié)構(gòu)和殼體結(jié)構(gòu)的組合。二、結(jié)構(gòu)與受力作用在結(jié)構(gòu)上的載荷（力）結(jié)構(gòu)承受的外力有各種各樣，但以它們對(duì)結(jié)構(gòu)的影響來說，主要有以下幾種。1、受拉力：構(gòu)件承受拉拽力。2、受壓力：構(gòu)件承受使之被擠壓的力。3、受剪切力：構(gòu)件承受兩個(gè)距離很近、大小相等、方向相反的平行力。4、受扭轉(zhuǎn)力：構(gòu)件兩端承受方向相反的均勻的力，使它發(fā)生扭轉(zhuǎn)形變。5、受彎曲力：構(gòu)件承受使之產(chǎn)生彎曲的力。結(jié)構(gòu)受載荷實(shí)例（了解）1、任何結(jié)構(gòu)承受的外載荷，都

4、是拉、壓、剪、扭、彎中的一種或幾種的組合。例：a. 秋千的吊索，主要承受拉力；b. 橋梁的橋墩，主要承受壓力；c. 連接齒輪和軸的鍵，主要承受剪力；d. 汽車方向盤的軸，主要承受扭力；e. 單杠的杠體（上面的橫杠） ，主要受彎力； f. 吊扇旋轉(zhuǎn)，吊桿主要受扭力和拉力；2、荷載有恒載與活載之分。 恒載屬于不隨時(shí)間變化而變化的永久性荷載，如棚室的屋面、梁；活載屬于隨情況變化而變化的可變性荷載，如雪載、風(fēng)載。3、梁的受力：梁的上部，受壓力，材料被擠壓；下部，受張力，材料被拉伸。防止彎曲變形大的方法：增加支撐點(diǎn)。4、拱結(jié)構(gòu)的應(yīng)用拱結(jié)構(gòu)：中間高四周低，呈弧形的曲面。應(yīng)用：在跨度較大的情況下，建筑物多采

5、用拱結(jié)構(gòu)。這樣的結(jié)構(gòu)既有利于承載，又美觀。三、結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度與穩(wěn)定性結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度結(jié)構(gòu)具有的抵抗被外力破壞的能力。1、應(yīng)力與強(qiáng)度（ 1）內(nèi)力：外力使構(gòu)件發(fā)生變形的同時(shí)，構(gòu)件內(nèi)部分子之間隨之產(chǎn)生一種抵抗變形的抵抗力。（ 2）應(yīng)力（意義等同于壓強(qiáng)，而不是作用力） ：作用在單位面積上的內(nèi)力。 =F/S，式中， F 為內(nèi)力，單位為牛， S 為構(gòu)件截面積。應(yīng)力的計(jì)量單位為22。N/mm或 N/cm（ 3）通常，物體結(jié)構(gòu)抵抗變形的能力，都以強(qiáng)度表示。而用應(yīng)力來衡量強(qiáng)度，即科學(xué)又準(zhǔn)確。2、影響結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的因素：形狀；材料；材料的連接方式。結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性1、什么是穩(wěn)定？穩(wěn)定指的不是狀態(tài)絕對(duì)不變，而是指受擾后，允許狀態(tài)有所

6、波動(dòng)，但當(dāng)擾動(dòng)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(jié)構(gòu)穩(wěn)定的含義結(jié)構(gòu)具有阻礙翻倒或移動(dòng)的特性，就是結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。（如不倒翁、大壩等）3、影響穩(wěn)定性的因素（ 1）結(jié)構(gòu)的形狀：結(jié)構(gòu)形狀不同 ( 與支撐面形狀、底面積大小有主要關(guān)系 ) ，其穩(wěn)定性也不同（如“ A”字型金字塔、堤壩很穩(wěn)定） 。物體的重心若超出其支撐面，則要翻倒，即失穩(wěn)。（ 2）重心的位置：重心越低越穩(wěn)。4、巧妙地增加結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性a、減小長細(xì)比b、利用三角形框架及其組合結(jié)構(gòu)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。不同結(jié)構(gòu)的物體其功

7、能不同，這是我們認(rèn)識(shí)結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵。物體的結(jié)構(gòu)是由物體的功能和需要決定的，而物體的結(jié)構(gòu)又決定了物體的性質(zhì)和形態(tài)。如碳原子排列結(jié)構(gòu)不同決定了石墨和金剛石的不同性質(zhì)！四、簡單結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)1、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)考慮的主要因素（ 1）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的目標(biāo)及要求結(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。（ 2）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)考慮的主要因素：符合使用者對(duì)設(shè)計(jì)對(duì)象的穩(wěn)定性和強(qiáng)度要求；安全因素；公眾和使用者的審美需求；使用者的個(gè)性化需要；對(duì)設(shè)計(jì)對(duì)象的成本控制要求和一定的使用壽命等。不同的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，應(yīng)考慮的因素各有側(cè)重，但無論在哪一類用途的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，安全都是至關(guān)重要的因素。功能人的個(gè)性化需要壽

8、命成本結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)安全強(qiáng)度穩(wěn)定美觀2、結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)一般有以下步驟設(shè)計(jì)項(xiàng)目；設(shè)計(jì)要求：達(dá)到什么樣的功能，具有一定的穩(wěn)定性和強(qiáng)度，裝飾性，尺寸要求等；設(shè)計(jì)分析：分析結(jié)構(gòu)的組成部分、連接方式等；設(shè)計(jì)方案；呈現(xiàn)草圖。五、欣賞和評(píng)價(jià)典型結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)賞析結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)作品，可以從技術(shù)與文化兩個(gè)角度進(jìn)行。技術(shù)角度主要有：結(jié)構(gòu)的使用功能的實(shí)現(xiàn)；結(jié)構(gòu)的穩(wěn)固耐用；結(jié)構(gòu)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。文化角度主要有：結(jié)構(gòu)的文化寓意與傳達(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。檢測(cè)練習(xí)1、小華喜歡做家務(wù)，他發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)長臂式晾衣架不方便撐起掛圓領(lǐng)衣物，于是嘗試對(duì)衣架進(jìn)行改

9、造并制作出木制可變形衣架（右圖）。改造后他發(fā)現(xiàn)衣架出現(xiàn)了結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定的問題。為此他設(shè)計(jì)了4 種改進(jìn)方案，其中最穩(wěn)定的是2、山西懸空寺始建于北魏時(shí)期，是一處木質(zhì)框架結(jié)構(gòu)古建筑，緊貼崖壁，半懸空中。下列說法正確的是北魏時(shí)期佛教已傳入我國該建筑架構(gòu)簡單，穩(wěn)定性差木柱和橫梁之間的連接方式主要為釘連接插進(jìn)巖石內(nèi)的橫木飛梁和木柱起主要支撐作用ABCD 3、分析下列物體的結(jié)構(gòu)類型，判斷哪個(gè)不屬于殼體結(jié)構(gòu)。（）A、飲水杯B 、油罐C、紅磚D、籃球4 、吊蘭支撐架使用三角形支架結(jié)構(gòu)，而不用由一根直桿挑起的結(jié)構(gòu)，這說明影響結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的因素是？（）A、材料B、形狀C、構(gòu)件D、連接方式5 、走鋼絲的人手上拿著一條長棒的目

10、的是（）A、美觀B、重心低C 、保護(hù)D、支撐6、下列結(jié)構(gòu)是受自然界事物結(jié)構(gòu)啟發(fā)而產(chǎn)生的（A、口杯B、衣服C、飛機(jī)D、手表）7、可以用受力結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性來解釋的事實(shí)是()A、拔河的繩子斷裂B、雞蛋在某種情況下可以承受很大的外力C、廣告牌被臺(tái)風(fēng)吹倒D、耳機(jī)與電腦主機(jī)的插口接觸不良，聽不到音樂8 、分析下列物體的結(jié)構(gòu)類型，不屬于殼體結(jié)構(gòu)的是（）A、摩托車頭盔B 、飛機(jī)外殼C、貝類D、金字塔9 、分析下列物體的結(jié)構(gòu)類型，屬于實(shí)體結(jié)構(gòu)的是（）A、電燈泡B 、乒乓球C、橡皮擦D、籃球10 、最穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)是（）A、三角形B 、四邊形C、五邊形D、六邊形11 、與影響結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的因素?zé)o關(guān)的是（）A、長度B 、形狀

11、C、材料D、位置12 、分別在一根竹竿和一根同樣尺寸的脆性塑料桿上不斷加掛相同質(zhì)量的重物，竹竿比脆性塑料桿能掛更多重物而不會(huì)斷裂，說明影響結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的因素是（）A 、結(jié)構(gòu)的形狀B、材料C 、構(gòu)件橫截面形狀D、構(gòu)件的連接方式13 、材質(zhì)相同、橫截面面積不同的兩個(gè)桿件，在相同的拉力作用下，細(xì)橫截面的桿件先被破壞，原因是（）A 、橫截面面積越大，桿件的內(nèi)力越大B、橫截面面積越小，桿件的內(nèi)力越小C 、橫截面面積越大，桿件承受的應(yīng)力越小D、橫截面面積越小，桿件承受的應(yīng)力越大14 、幾乎所有的礦泉水瓶上都有向上凸起的橫向紋路，它說明影響著結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的是（A 、支撐面大小B 、構(gòu)件的形狀C、重心的高低D、連接方式15 、我們常用的 A 型梯不直接采用鋁合