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1、王彬,技术与设计 2,第一章 结构与设计 第二章 流程与设计 第三张 系统与设计 第四章 控制与设计,第一节 初识结构,第一章 结构与设计,了解结构自然界,雪 花,自然界的结构,技术领域的结构,社会领域的结构,苍耳子与尼龙搭扣,鸟与飞机,模仿鹰眼制造出“鹰眼导弹”，它就能像鹰一样自动寻找和识别打击目标，并能自动跟踪目标直到攻击成功为止,鹰眼与导弹跟踪系统,鹰眼有两个中央凹：正中央凹和侧中央凹，它们分布在眼睛的不同区域。正中央凹能敏锐地发现前侧视野里的物体；侧中央凹则能发现鹰头前面的物体。 在鹰头的前方有最敏锐的双眼视觉区，使左右二眼的两个侧中央凹的视野交叠在一起，这样，鹰眼的视野便近似于球形，
2、所以鹰能看到非常宽广的地域。 科学家们经过对鹰眼的研究，发现鹰是用低分辨率、宽视野的部分（视网膜外周）搜索目标，而高分辨率、窄视野的部分（视网膜中央）是用于仔细观察已经发现的目标。 假如我们模仿鹰眼制造出一种“鹰眼导弹”，它就能像鹰一样自动寻找和识别打击目标，并能自动跟踪目标直到攻击成功为止。,了解结构人类创造,山西应县佛宫寺木塔是世界上现存古代最高的木质框架结构建筑。始建1056年，高67m，经历千年仍完整屹立。,埃菲尔铁塔是一座于1889年建成位于法国巴黎战神广场上的镂空结构铁塔，高300米，天线高24米，总高324米。埃菲尔铁塔得名于设计它的桥梁工程师居斯塔夫埃菲尔。铁塔设计新颖独特，是
3、世界建筑史上的技术杰作，因而成为法国和巴黎的一个重要景点和突出标志。,赵州桥是中国现存最著名的一座古代石拱桥结构坚固，雄伟壮观。,日本明石海峡大桥是世界上最长的悬索结构桥。桥长接近4km,总体质量91000吨。,结构普遍存在于自然界的物体中，也存在于人类创造的各种物体中，形式多种多样。,圣索菲亚教堂巍峨壮美，具有浓郁的异国情调，成为哈尔滨市一道独具特色的风景线；她历尽风雨，饱经风霜，是沙俄入侵东北的历史见证和重要遗迹。,结构的定义,结构是指可承受一定应力的物体的形态，结构可以抵抗能引起形状和大小改变的力。,结构的类型,我们知道生活中的结构是千奇百态的，根据物体的结构形态，通常将结构分,实体结构
4、 框架结构 壳形结构,实体结构：结构体本身是实心结构,特点：外力分布在整个体积中,如:实心墙，大坝。,实体结构,实体结构,框架结构：由细长的构体组成的结构,特点：支撑空间而不充满空间,如:铁架塔，建筑用脚手架， 厂房的框架。,框架结构,框架结构,壳体结构：层状的结构,特点：外力作用在结构体的表面上,如:摩托车手的头盔， 飞机的外壳，贝壳。,壳体结构,中国国家大剧院,悉尼歌剧院,壳体结构,实体结构,框架结构,壳体结构,结构,根据物体结构形态在受力时 承受和传递力的方式差别,利用自身来承受荷载，主要承受压力。,通过条状物的连接来承受荷载，可以承受压力和拉力。,壳体结构通过壳形来传递力和承受荷载，特
5、别是当顶部受到压力时，它能将力均匀扩散。,1、下列结构是受自然界事物结构启发而产生的（ ）A、口杯B、衣服C、飞机D、手表,2、我们所用的板凳属于（ ）结构。A、实心结构B、框架结构C、空心结构D、壳体结构,3、悉尼歌剧院的外壳属于（ ）A、实体结构B、框架结构C、壳体结构D、混合结构,C,B,C,4、分析下列物体的结构类型,判断哪个不属于壳体结构。（）A、头盔B、圆形陶瓷饰品C、贝类D、金字塔,D,5、结构是指 （）A、承受力和抵抗变形B、事物的各个组成部分的有序搭配和排列C、构成自身的空间形态D、可承受一定力的非架构形态,B,谢谢！,第二节 典型结构案例分析 结构是怎样受力的,一、单杠的受
6、力和变形分析二、棚室屋架结构分析,从力学的角度来说，结构是指可承受一定力的架构形态，它可以抵抗能引起形变的力。,一、单杠的结构受力和变形,体操全能男子体操全能有六项：跳马，自由体操，鞍马，单杠，双杠，吊环女子体操全能有四项：跳马，自由体操，平衡木，高低杠,把单杠看成结构，构件有：杠体、立柱、拉杆。,单杠的结构,构件受外力作用时，要发生形状或大小的改变，这种改变称为变形。第一节的实例中，吊车的吊绳承受的力是拉力，拉力所产生的形变为拉伸，组成材料的粒子被拉开；板凳腿承受的外力是压力，压力所产生的变形为压 缩，组成材料的粒子被推近。拉力和压力都是荷载作用的结果。,当杆件受到与杆纵轴线相垂直的外力作用
7、时，杆件 产生的弯曲，发生弯曲变形时的构件称为梁。当板凳很长时，櫈面可视为梁。此种櫈面在人的体重等外力的作用下，会发生弯曲变形。只是这种变形可能很小，肉眼不易看出来。而跳水的跳板发生的弯曲变形，却是非常明显。弯曲变形如图：,如果我们在杠体的中间吊一个重物，将可能发生怎样的变形？,杠体是有两个支点的梁,如果撤掉拉杆4和拉杆6，而抓着拉杆3和5用力拉，立柱将可能发生怎样的变形？,立柱是只有一个支点的垂直梁,二、棚室屋架结构分析,6 后墙 7 通道 5 立柱 1 草帘 3 后屋面 2 塑料棚膜 4 拱架（梁） 9 防渗膜固定槽 10 防渗膜 8 防寒沟11 混凝土墙,（1）构件梁(拱架)的受力,对于
8、梁（拱架）来说：恒载：塑料棚膜、后屋面、梁（拱架）的自重活载：雪载、风载等,（2）构件墙的受力,对于墙（和立柱）来说：恒载：梁（拱架）的质量、屋面（草帘、塑料棚膜）活载：雪载、风载等,2、粱的受力,粱受力变形示意图,思考：怎样防止梁过分弯曲？梁的变形与哪些因素有关,3、拱结构的应用,拱结构:即中间高四周低 呈弧形的曲面,荷载压力作用于拱上，圆拱再把力传到其四周的支撑上。,拱结构的应用,拱结构十分美观，很多建筑物都采用了拱结构。,小试验比较不同形状的纸板承受压力的大小,1、哪种情况下纸板的抗压能力最强？,拉力：物体所承受的拉拽力。,拔河！,拉 拉面、拉 油条、拉 拉力器,压力：挤压物体的力。,趁
9、热打铁！,压订书机、桥墩受到压力、压路机压路,剪切力：两个距离很近，大小相等，方向相反， 且作用于同一物体上的平行的力。,修理草坪！,剪刀剪纸、钢丝钳钳钢丝,弯曲力：作用于物体，使它产生弯曲的力,钓 鱼！,使用弓、使用臂力器、撑杆跳高,扭转力：反方向向物体两端均匀施力， 使物体发生扭转形变的力。,拧干衣服！,拧瓶盖、拧麻花条,观察上图,说明石磨的推杆为什么要用一根绳子吊起来。,1、保持人在推磨过程时推杆始终在平行于地面的平面上运动；2、防止推杆弯曲变形。,拉 力,压 力,剪切力,扭转力,弯曲力,作用于物体，使它产生弯曲的力,两个距离很近，大小相等，方向相反，且作用于同一物体上的平行力,挤压物体
10、的力,物体所承受的拉拽力,反方向向物体两端均匀施力，使物体发生扭转形变的力,1、体操运动员在单杠上做大回环姿势时,会使杠体产生（）变形。A、拉伸B、弯曲C、压缩D、断裂,2、上刀梯是湘西苗族的传统活动,表演者为保证脚不受割伤.必须力求脚面垂直落在刀刃上,绝不滑动,此时脚面承受。( ) A、拉力 B、压力 C、剪切力 D、弯曲力,B,B,3、日常生活中，使用螺丝刀时，螺丝刀需要承受什么力（ ） A、拉力 B、压力 C、弯曲力 D、扭曲力,D,谢谢！,第三节 结构的稳定性,1、结构的稳定性。,2、影响结构稳定性的主要因素。,稳定： 成绩稳定 工作稳定 情绪稳定 物价稳定 在一段时间内没有太大的变化
11、，保持一种平衡状态。,稳定是一种平衡状态，这种平衡状态并不是指状态绝对不变而是受扰后，允许状态有所波动但扰动消失后，能重新返回到原来的平衡状态。,大风吹倒的广告牌,翻倒的货车,思考：同样在台风的破坏下，为什么有一些树、房子或广告牌等被刮倒，而其它的却稳如泰山一点都不受台风影响呢？,这些物体在受外力作用时，原有的平衡状态被打破但是这种现象不是物体本身结构强度的问题而是物体结构稳定不稳定的问题。,结构的稳定性：,是指结构在荷载的作用下，维持原有平衡状态的能力。,这是结构的重要性质之一。,1. 什么叫做结构的稳定性？,结构具有阻碍翻倒或移动的特性,2、结构在什么情况下才能稳定？,试验用两根手指支撑笔
12、，使笔保持平衡稳定试验结果当笔的重心在两根手指的支撑范围内时，笔能够保持平衡和稳定。,结论对于一个结构而言，如果重心所在点的垂线落在结构底面的范围内，就是稳定的，不会出现倾倒。,比萨斜塔,辽宁瑞州古塔,平衡红酒架,3、影响结构稳定性的因素,问题1 半瓶水和一瓶水，哪个容易倒？,结论重心的高低影响结构的稳定性,重心越低，稳定性越好；重心越高，稳定性越差。,不倒翁,问题2啤酒瓶正立和倒立两种状态下，我们对其施加同样的力，哪一种状态物体更稳定？,结论结构的稳定性： 和接触面与地面所形成的支撑面有关,支撑面越大越稳定越小越不稳定,结论3：结构的稳定性与结构的形状有关。,三角形和四边形那个结构最稳定？,
13、问题3,二、影响结构稳定性的因素,重心的高低结构与地面接触所形成的支撑面的大小结构的形状,什么是结构的强度？,结构的强度：结构具有的抵抗被外力破坏的能力。,抗压强度、抗拉强度、抗弯强度,三、影响结构强度的因素,1、影响结构强度的主要因素（1）结构的形状,（2）结构的材料,三、影响结构强度的因素,（3）结构的连接方式铰连接被连接的构件在连接处不能相对移动，但能相对转动。刚连接既不能相对移动，也不能相对转动。,三、影响结构强度的因素,结构与强度,一、结构强度：结构具有的抵抗被外力破坏的能力。二、影响结构强度的因素： 1. 材料 2. 形状 3. 连接方式,1、我国塔式建筑的结构一般都是由上到下越来
14、越大，这主要是考虑它的（ ）。A、稳定性 B、强度 C、美观性 D、经济性2、走钢丝的人手上拿着一条长棒的目的是（ ）A、美观 B、重心低 C、保护 D、支撑,A,B,4、在一根竹杆和一根同样尺寸的脆性塑料杆上不断加挂相同质量的重物，竹杆比脆性塑料杆能挂更多重物而不会断裂，说明了（ ）影响结构的强度。 A、材料 B、结构的形状C、构件横截面形状D、构件的连接方式5、影响结构稳定性的因素有（ ）。物体的形状 材料 支撑面积大小 物体重心的位置 A、 B、 C、 D、,A,D,材料：人们最早利用混凝土的时候，只是把它当作人造石材。作为人造石材的混凝土与一般石材一样，虽然有较好的耐压性能，但是经不起拉力。但是它有一个重要的性质，那就是它的膨胀系数与钢材很接近。因此，它可以与钢材紧密结合起来。当人们把混凝土跟钢材结合起来做梁后发现：这样的梁既能受压，也能受拉，其强度比用混凝土做成的梁的强度大得多。回答6、7题。6、钢筋混凝土梁中比无钢筋的水泥梁的（ ）强度更强。A、抗弯 B、 抗压 C、抗拉 D、抗剪7、在下列的钢筋混凝土桥梁中，哪种结构最好（ ）,C,C,谢谢！,
