冊第一章《結(jié)構(gòu)與設(shè)計》導(dǎo)學(xué)案

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1、 姓名 —————————— 班級 —————————— 學(xué)習(xí)評價 —————————— 第一章 結(jié)構(gòu)與設(shè)計 知識梳理 一、初識結(jié)構(gòu) 1、結(jié)構(gòu)的含義 結(jié)構(gòu)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(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）實體結(jié)構(gòu)①實體結(jié)

2、構(gòu)通常是指結(jié)構(gòu)體本身是實心的結(jié)構(gòu)。如：房屋的墻體、水庫的大壩、古代的 城墻等。 ②幾何特征及受力：幾何外形簡單，通常有桿（柱） 、板、體等之分。它的受力特點是能承受較大的壓力，外力分布在整個體積中。 （ 2）框架結(jié)構(gòu)①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。 ②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。 ③幾何特征及受力：幾何外形較為復(fù)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(jù)功能和使用條件的不同，可以設(shè)置成不同框架

3、的組合。 （ 3）殼體結(jié)構(gòu)①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)取? ②結(jié)構(gòu)特征：殼體內(nèi)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、圓弧形的和拱形的等。 ③受力特點：殼受沖擊力時，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 ㈠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，但以它們對結(jié)構(gòu)的影響來說，主

4、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。 ㈡結(jié)構(gòu)受載荷實例（了解） 1、任何結(jié)構(gòu)承受的外載荷，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

5、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。 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 ㈠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)

6、度 （ 1）內(nèi)力：外力使構(gòu)件發(fā)生變形的同時，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。σ =F/S，式 中， F 為內(nèi)力，單位為牛， S 為構(gòu)件截面積。應(yīng)力σ的計量單位為 2 2 。 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：①形狀；②材料；③材料的連接方式。 ㈡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)絕對不變，而是指受擾后，允許狀態(tài)有所

7、波動，但當(dāng)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(jié)構(gòu)穩(wěn)定的含義 結(jié)構(gòu)具有阻礙翻倒或移動的特性，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) ㈢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

8、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)的物體其功能不同，這是我們認(rèn)識結(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 1、結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)考慮的主要因素 （ 1）結(jié)構(gòu)設(shè)計的目標(biāo)及要求 結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)以一種或幾種功能的實現(xiàn)為基本目標(biāo)，應(yīng)滿足設(shè)計規(guī)范，滿足使用者的基本 需要。 （ 2）結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)考慮的主要因素：①符合使用者對設(shè)計對象的穩(wěn)定性和強(qiáng)度要求；②安全因素；③公眾和使用者的審美需求；④使用者的個性化需要；⑤對設(shè)計對

9、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，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)計中，安全都 是至關(guān)重要的因素。 功能  人的個性化需要 壽命 成本 結(jié)構(gòu)設(shè)計 安全 強(qiáng)度 穩(wěn)定 美觀 ?? 2、結(jié)構(gòu)的設(shè)計一般有以下步驟 ①設(shè)計項目；②設(shè)計要求：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；③設(shè)計分析：分析結(jié)構(gòu)的組成部分、連接方式等；④設(shè)計方案；⑤呈現(xiàn)草圖。五、欣賞和評價典型結(jié)構(gòu)設(shè)計 賞析結(jié)構(gòu)設(shè)計作品，可以從技術(shù)與文化兩個角度進(jìn)行。 技術(shù)角度主要有：結(jié)構(gòu)的

10、使用功能的實現(xiàn)；結(jié)構(gòu)的穩(wěn)固耐用；結(jié)構(gòu)造型設(shè)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(jié)構(gòu)的文化寓意與傳達(dá)；公眾認(rèn)可的美學(xué)原則；反映的時代、民族、習(xí)俗方面的特征；結(jié)構(gòu)的個性特征等。 檢測練習(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， 于是嘗試對衣架進(jìn)行改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

11、說法正確的是 ①北魏時期佛教已傳入我國 ②該建筑架構(gòu)簡單，穩(wěn)定性差 ③木柱和橫梁之間的連接方式主要為釘連接 ④插進(jìn)巖石內(nèi)的橫木飛梁和木柱起主要支撐作用 A①② B ①④ C ②③ D ③④ 3、分析下列物體的結(jié)構(gòu)類型，判斷哪個不屬于殼體結(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的是（ ） A、美觀 B 、重

12、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(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，屬于實體結(jié)構(gòu)的是（ ） A、電燈泡 B 、乒乓球 C 、橡皮擦 D

13、、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 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（ ）

14、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金片，而用長方形截面的鋁合金構(gòu)件，這說明 了影響結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的因素是（ ） A 、材料 B 、構(gòu)件的形狀 C 、重心的高低 D 、連接方式 16 、欣賞評價經(jīng)典結(jié)構(gòu)的技術(shù)角度不包括（ ） A 、材料 B 、制造工藝 C 、民間習(xí)俗 D 、使用功能  ） 17 、反思總結(jié)“結(jié)構(gòu)與設(shè)計”這一主題的學(xué)習(xí)過程，思考并完成下列任務(wù)：（1）說明你最滿意的一項收獲； （2）說明該收獲給自己的啟示與幫助。