技术与设计2___第一章_结构与设计

卢 浮 宫
长城
埃 菲 尔 铁 塔
赵州桥
• 看了以上精妙绝伦的建筑，我们不禁为设 计师们精彩的设计艺术而感叹！ • 大家也注意到这些建筑使用的材料没什么 特殊，却千姿百态，风格迥异，它们在设 计上有什么不同？
• 主要是结构不同。
• 那么，什么是结构呢？
• 结构（structure)：是指事 物的各个组成部分之间的有 序搭配和排列。 • 世界上任何事物都存在结构, 结构多种多样且决定着事物 存在的性质。
刚连接：被连接的构件在连接处既不能相对移动， 也不能相对转动，具体有榫接、胶接、焊接等。
榫接
胶接
焊接
影响结构强度的主要因素
结构的强度与结构的形状、使用的材料、构件 之间的连接方式等因素有密切的关系。
结构与功能
结构不仅是事物存在的一种形式，而且 对事物的功能和作用产生着直接影响， 结构的改变可能导致功能的变化。
• 结论2：结构的重心落在支撑面内。
静态自行车
• 结论3：结构的稳定性与结构的形状有关。
问题：三角形和四边形那个结构最稳定？ 你能说出生活中应用三角型稳定性的事例吗？
相机支撑架
• 结论3：结构的稳定性与结构的形状有关。
桁架
3. 结构稳定性的应用
一方面人们利用稳定的结构抵抗外力、承受负载。 另一方面人们又利用不稳定的结构实现某些功能。 例如在地震多发地区，人们将酒瓶之类的物体倒置在地上，利用这一不 稳定的结构实现感知地震的功能。
2 结构与强度
结构的强度是指结构具有抵抗被外力破坏的能力。
海啸
拔河：绳子的强度
大坝
结构强度与稳定性的区别 稳定性：指在外力的作用下不容易翻倒
强度：指在外力的作用下结构体本身 不容易遭到破坏
影响结构强度的主要因素 一、结构的形状
1、结构的外部形状
三角形是框架结 构最基本的形状之一， 结实、稳定、材料最 少。在四边形、六边 形构件中，加上三角 形支撑件，就可大大 增加构件的牢固程度。
动动脑找一找 1、栅栏 ２、圆形陶瓷装饰品 ４、高层建筑的穹顶５、钢化玻璃锅盖 ７、汽车外壳 ８、人的头盖骨 １0、头盔 11、大坝 ３、冰山 ６、竹排 ９、埃菲尔铁塔
实体结构： 框架结构： 壳体结构：
3
11
1 2 9
6 4 5 7 8 10
组合结构：
二、稳固结构的探析
1、结构与稳定性 风中摇坠的行人 2、结构与强度 3、结构与功能
蜂巢
• 蜂巢的结构精巧又美观 • 蜂巢的结构用材最少，容积最大 • 蜂房是六角形的，0.073毫米的巢 壁，蜂房微微向内倾斜，排列成 行，但彼此嵌合得天衣无缝，构 成一个整体，牢固无比。重40克 的蜂房，却能容纳2000克蜜蜂。
1.无处不在的结构
科罗拉多大峡谷
吉隆坡双子大厦
故宫
白金汉宫
克里姆林宫 布达拉宫
结构的改变导致功能的 改变
结构决定着事物的性质， 也直接影响事物的功能
结构设计的目标和主要因素
成本 功能 安全
个性化需求
结构设计
强度
美观 寿命 稳定性 其他
赏析结构设计作品，可从技术与文化两个角度进行。 技术角度：使用功能、稳固耐用、造型设计的创意和
表现力、材料合理性、工艺精湛程度等。 文化角度：文化寓意与传达，美学原则，反映时代、
选择合适的材料制作斜拉索，并在桥 两侧安装足够强度的立柱。
由于小河不能通航，所以可以增加 一个或几个桥墩来加大承重。
在桥面下增加拱形结构，在不影响 桥面通行的情况下，可以增加桥梁 的承重。
在桥的两侧增加钢制的三角形桁架结 构。
4.受扭转
5.受弯曲
马上行动
结构的类型
结构的类型 实体结构 框架结构 壳体结构 组合结构
实体结构
结构体是实心的。 受力情况：外力分布在 整个体积中。
举例：实心墙、实心柱、 实心球、大坝。
• 框架结构：由细长的构体组成。 支撑空间而不充满空间。
可以承受压力和拉力
受力情况：空间框架 体。如铁塔架，脚手 架，建筑框架体。
影队拍摄了下来，该桥因此声名大噪。一座雄伟的单跨桥
，被风吹得像波浪一样起伏，还带有一些摇晃。这段年代 久远的录像记录了1940年11月7日，当时享有世界单跨桥 之王的塔科马大桥，被一阵不太强的风吹垮，坍塌。
• 结构与力
• 从力学角度来说， 结构是指可承受一定力的 架构形态， 它可以抵抗能引起形状和大小改 变的力。 • 每个物体都有它的特定的架构形态，这种架 构形态体现着它的结构。 • 一个较复杂的结构由许多不同的部分组成， 这些组成部分通常称为构件。
民族、习俗方面特征，个性特征等。
课堂小结
实体结构
一、结构的类型
框架结构 壳体结构
二、结构稳定性：是指结构在荷载的作用下，维持原有平衡状态的能力。
影响结构稳定性的因素：
1.重心的位置的高低 2.结构与地面接触所形成的支撑面的大小。结构重心落在支撑面内。 3.结构的形状
三、结构强度：结构具有的抵抗被外力破坏的能力。 影响结构强度的因素： 1. 材料 2. 形状 3. 连接方式
如自行车的车轮，它是由辐条、轮胎、车圈、 气门等构件组成的。
2. 构件的受力形式
受拉 受剪切
受弯曲
受压 受扭转
3. 请连线，把左右对应的项目连接起来： A.构件承受使之产生弯曲的力
1.受拉 2.受压 3.受剪切
B.构件承受两个矩离很近、大 小相等、方向相反的平行力
C.构件承受使之被挤压的力 D.构件承受拉拽力 E.构件两端承受方向相反的均 匀的力，使它发生扭转形变
案例1
案例2
人类飞翔的梦想源于展翅高飞的鸟， 鸟因为有它自由流畅的体形和翅膀 结构，飞机原型源于飞鸟形体结构 的仿生。
鹰眼
与导弹跟踪系统
马上行动 在生产生活中那些产品的结构是受到自然物 体的结构的启发而产生的? 请阅读
魁斗克大桥的坍塌
P4
塔科马海峡大桥
• 塔科马海峡大桥位于美国华盛顿州的塔科马海峡。第一座 塔科马海峡大桥，绰号舞动的格蒂，于1940年7月1日通 车，四个月后戏剧性地被微风摧毁，这一幕正好被一支摄
技术分析:
你能帮帮我吗？
如图所示，某村庄旁边的小河上原有一座限重1.5吨的简易梁式桥。 桥下的河水较浅，不能通航。现在由于经济的发展．运输量有了极 大的增加．必须使桥梁的承重能力加以提高。但是又不能把桥拆掉 后重新再建．因为这是该村唯一的公路桥。那么我们应该如何进行 改进，设计出符合要求的桥梁结构呢?请同学们设计出3种以上的改 良方案。
• 3、某些支撑阳台的梁做成如下图所示形状 ，这主要是出于对（ B ）的考虑。 A．美观 B．强度 C．安装 D．稳定 性
台面
挑梁 墙体
• 4、使用A字形（人字）梯，往往在梯子中 间用一根拉杆或绳子固定，其主要目的是 （C ） A．增加梯子强度 B．减小人对梯子的压力 C．增加梯子的稳定性 D．促使梯子美观
石墨与金刚石
金刚石
石墨
苍耳子与尼龙搭扣
植物形态 一年生草本，三角状卵形，先端锐尖， 基部心形。边缘有缺刻或3～5浅裂，有不规则粗锯 齿，两面有粗毛；头状花序顶生或腋生，雌雄同株， 雄花序在上，球形，花冠筒状，5齿裂；雌花序在下， 卵圆形，外面有钩刺和短毛。花期7～10月，果期 8～11月。 生于荒地、山坡等干燥向阳处。分布于全国各地。
翻倒的自行车
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？
1. 什么叫做结构的稳定性？
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。
在建筑中必须考虑到结构的稳定性。
在日常生活设计产品时也要考虑到结构的稳定性。
2. 影响结构稳定性的主要因素 比萨斜塔“斜而不倒”
影响结构稳定性的主要因素 • 结论1： • 结构的稳定性 与重心的位置 的高低有关。
图1
图2
问题：你是如何理解支撑面和接 触面的呢？请你说说图1~3中那个椅 子最稳定？对支撑面而言，说说在图 1~3中哪个最大哪个最小？
图3
• 结论2： • 结构的稳定性与结构与地面接触所 形成的支撑面的大小有关。
壳体结构
受力特点：外力作用在 结构体的表面上。特别 是当顶部受到压力时， 它能将力均匀扩散。
• 经典壳体建筑欣赏。
悉 尼 歌 剧 院
• 壳体结构：经典壳体建筑欣赏。
广州新体育馆
国家大剧院
练习：当出现交通事故时，摩托车手的头盔是 如何避免外力对头骨的撞击的？ 参考：摩托车手头盔的某一部位受到一个大的 撞击力，由于头盔的壳体结构，使得所受力迅速分 布到其表面，形成整个头盔表面均匀受力，而不是 某一点受很大的力……
影响结构强度的主要因素
一、结构的形状
2、结构的构件横截面形状
不同横截面形状的构件所能承受力的程度是不一样的。
金刚石分子为四面体，每个四面体有四个角、四个面， 且每个面为三角形。
二、使用的材料
结构的强度与材料有关
钢杯
纸杯
塑料杯
三、构件之间的连接方式
来自百度文库
铰连接 刚连接
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。
铰连接 刚连接
小试身手
• 1、吊兰支撑架使用三角形支架结构，而不 用由一根直杆挑起的结构，这说明以下哪 个因素（ B ）影响着结构强度？
A．材料 C．构件 B．形状 D．连接方式
• 2、分别在一根竹竿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，竹竿 比脆性塑料杆能挂更多重物而不会断裂， 说明在这个试验中影响结构的强度主要是 ：（ A ） 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