2冊第一章《結構與設計》導學案

1、姓名 班級 學習評價第一章結構與設計知識梳理一、初識結構1、結構的含義結構是指事物的各個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和形態(tài)。結構的各組成部分，通常稱為構件。架構：物體的主體框架與構造形式。結構的本質：物體會受到各種各樣的力，結構是可承受一定力的架構形態(tài)，可用來抵抗引起形態(tài)和大小改變的力。簡單地說，結構是為了 承受力和抵抗變形，這便是結構的本質2、常見結構的類型（從力學的架構與形態(tài)考慮）（1）實體結構 實體結構通常是指結構體本身是實心的結構。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。它的受力特點是能

2、承受較大的壓力，外力分布在整個體積中。（2）框架結構 框架結構通常是指結構體由細長的構件組成的結構。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，可以是實心的， 也可以是管材。 幾何特征及受力：幾何外形較為復雜，其特點是支撐空間而不充滿空間，能承受垂直和水平荷載。依據功能和使用條件的不同，可以設置成不同框架的組合。（3）殼體結構 殼體結構通常是指層狀的結構。例如：飲水杯、文具盒、裝甲車、油罐、雞蛋、西瓜、 貝類、龜等。 結構特征：殼體內空時，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

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

4、載荷，都是拉、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，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。4、拱結構的應用 拱結構：中間高四周低，呈弧形的曲面。 應用：在跨度較大的情

5、況下，建筑物多采用拱結構。這樣的結構既有利于承載，又美觀。三、結構的強度與穩(wěn)定性結構的強度結構具有的抵抗被外力破壞的能力。1、應力與強度（ 1）內力：外力使構件發(fā)生變形的同時，構件內部分子之間隨之產生一種抵抗變形的抵 抗力。（2）應力（意義等同于壓強，而不是作用力）：作用在單位面積上的內力。c =F/S，式 中，F(xiàn)為內力，單位為牛，S為構件截面積。應力c的計量單位為 N/mm或N/cmL（ 3）通常，物體結構抵抗變形的能力，都以強度表示。而用應力來衡量強度，即科學又 準確。2、影響結構強度的因素：形狀；材料；材料的連接方式。 結構的穩(wěn)定性1、什么是穩(wěn)定？ 穩(wěn)定指的不是狀態(tài)絕對不變，而是指受擾后

6、，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 結構具有阻礙翻倒或移動的特性，就是結構穩(wěn)定性。 （如不倒翁、大壩等）3、影響穩(wěn)定性的因素（ 1）結構的形狀：結構形狀不同 （ 與支撐面形狀、底面積大小有主要關系 ） ，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、巧妙地增加結構的穩(wěn)定性a、減小長細比 b 、利用三角形框架及其組合結構 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生著直接影響。結構的改 變可能導致功能

7、的變化。不同結構的物體其功能不同，這是我們認識結構的關鍵。物體的結構是由物體的功能和需要決定的，而物體的結構又決定了物體的性質和形態(tài)。如碳原子排列結構不同決定了石墨和金剛石的不同性質！四、簡單結構的設計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：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。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

8、的因素。2、結構的設計一般有以下步驟設計項目；設計要求：達到什么樣的功能，具有一定的穩(wěn)定性和強度，裝飾性, 尺寸要求等；設計分析：分析結構的組成部分、連接方式等；設計方案；呈現(xiàn)草圖。五、欣賞和評價典型結構設計賞析結構設計作品，可以從技術與文化兩個角度進行。技術角度主要有：結構的使用功能的實現(xiàn)；結構的穩(wěn)固耐用；結構造型設計的創(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。文化角度主要有：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。檢測練習1、小華喜歡做家務，他發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)長臂式晾衣架不方便撐起掛圓領衣物， 于是嘗試對衣架進行改造并制作出木制

9、可變形衣架（右圖）。改造后他 發(fā)現(xiàn)衣架出現(xiàn)了結構不穩(wěn)定的問題。為此他設計了 4種改進方案，其中 最穩(wěn)定的是2、山西懸空寺始建于北魏時期，是一處木質框架結構古建筑, 法正確的是 北魏時期佛教已傳入我國緊貼崖壁，半懸空中。下列說 該建筑架構簡單，穩(wěn)定性差 木柱和橫梁之間的連接方式主要為釘連接 插進巖石內的橫木飛梁和木柱起主要支撐作用AB C D3、分析下列物體的結構類型，判斷哪個不屬于殼體結構。 （ ）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構，而不用由一根直桿挑起的結構，這說明影響結 構強度的因素是？（ ）A、材料 B 、形狀 C 、構件 D 、連接方式5 、走

10、鋼絲的人手上拿著一條長棒的目的是（ ）A、美觀 B 、重心低 C、保護 D、支撐6、 下列結構是受自然界事物結構啟發(fā)而產生的（）A、口杯 B 、衣服 C、飛機 D 、手表7、可以用受力結構的穩(wěn)定性來解釋的事實是 （ ）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、廣告牌被臺風吹倒 D 、耳機與電腦主機的插口接觸不良，聽不到音樂8 、分析下列物體的結構類型，不屬于殼體結構的是（ ）A 、摩托車頭盔 B 、飛機外殼 C 、貝類 D 、金字塔9 、分析下列物體的結構類型，屬于實體結構的是（）A、電燈泡 B、乒乓球C 、橡皮擦 D 、籃球10 、最穩(wěn)定的結構是（ ）A 、三角形 B

11、 、四邊形C 、五邊形 D 、六邊形11 、與影響結構強度的因素無關的是（）A 、長度 B 、形狀 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量的重物，竹竿比脆性塑料桿能掛更多重物而不會斷裂，說明影響結構強度的因素是（）A 、結構的形狀B、材料C 、構件橫截面形狀D、構件的連接方式13 、材質相同、橫截面面積不同的兩個桿件，在相同的拉力作用下，細橫截面的桿件先 被破壞，原因是（ ）A 、橫截面面積越大，桿件的內力越大 B 、橫截面面積越小，桿件的內力越小C 、橫截面面積越大，桿件承受的應力越小 D 、橫截面面積越小，桿件承受的應力越大14 、幾乎所有的礦泉水瓶上都有向上凸起的橫向紋路，它說明影響著結構強度的是（）A 、支撐面大小 B 、構件的形狀 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金片，而用長方形截