苏教版2019高中通用技术必修技术与设计2 结构与力(稳定性、强度)

除了以上分析，红酒架结构设计还应考虑的主要因素？
你的红酒架设 计成什么样的？
简易红酒架的设计报告
设计项目： 设计一个简易红酒架
设计要求：
姓名
班级能方便的取放，并
或者金属, 30元人民币以内
设计方案（草图）：
设计的主要过程：
特色说明：
小组成员：
上海世博园中国馆
饕餮，能吃能喝，常饰于鼎的盖子上。因 它能喝水，几乎在古代桥梁外侧正中都能 见到，防止大水将桥淹没。
后坡面
前坡面 梁
立柱
后坡板 梁
前坡面
后墙
立柱
（1）、棚室荷载与立柱受力：棚室屋架结构示意图
恒载和活载 对于立柱来说，承载的荷载包括：屋面、梁 的质量（结构自重）产生的永久性荷载；雪、风 等产生随着情况变化而变化的可变性荷载。
结构自重、雪 P1
风载
后坡板 梁
前坡面
立柱
M
后墙
立柱
P2
弯矩示意图
棚室屋架结构示意图
徽派建筑
技术的角度主要有: 结构的使用功能的实现； 结构的稳固耐用； 结构造型设计的创意和表现力； 材料使用的合理性； 工艺制造的精湛程度等。
文化的角度主要有：
结构的文化寓意与传达 公众认可的美学原则 反映的时代、民族、习俗方面的特征 结构的个性特征等
结构与功能
结构的变化可能导致功能的变化
结构的稳定性。 影响结构稳定性的主要因素。
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？
一、什么是结构的稳定性？
结构在外力作用下维持其原有平衡状 态的能力。抵抗失稳的能力。
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。
二、影响结构稳定性的主要因素
思考1：如下两组汽车，分析哪种结 构更稳定？为什么？
越野车
跑车
比萨斜塔“斜而不倒”
马上行动1：有如下三个支架，分析哪种结构更稳定？为什么？
结论1： 影响结构稳定性的主要因素一
结构重心位置的影响。（重心低，结构稳定性更好）
4、在相同荷载作用下，梁越长，梁的变 形越__大___?。
5、梁的抗变形能力和材料有关，为防止混凝土梁 裂变，通常将钢筋安排在梁受_拉__力一侧。 6、梁的变形与荷载位置有关。荷载越靠近中央， 变形量越__大___。
7、若要加强梁的抗变形能力，将材料加在高度上， 还是宽度上更有效？
F
F
8、棚室屋架结构与受力
（2）铰连接：被连接的构件在连接处不能
相对移动，但可相对转动。 如折叠伞伞骨间的连接，门与门框的连接等
练习：在自行车各部件之间的连接中
刹车连杆之间属于__铰___连接；
练习：在自行车各部件之间的连接中
辐条与钢圈之间属于___刚___连接
练习：在自行车各部件之间的连接中
三角架属于__刚___连接；
通过合理设计，立柱将会抵抗压缩与弯曲两类变形。
如何增加红色梁的抗变形能力？
压力
压力
压力
拱，能够将作用于拱上的荷载压力，传递到四周的
支撑上。
所以，拱结构既利于承载，又美观。一般应用于 较大跨度的情况下。
二、结构与强度
内力——抵抗外力与变形，并力图使变
❖
形部分复原的力。
❖ 应力——构件的单位截面上所产生的内力
立柱 拉杆
2、 a\单杠由哪几部分组成？为什么要如此排列？
b\单杠的杠体、立柱可视为梁。
后拉杆
前拉杆
3、
M M’
c\弯曲? 运动员在杠体上作各种动作时，对杠体施加了 外力，包括人体质量和回转运动产生的离心力， 使杠体产生变形。这种变形称为弯曲。
3、梁受力后，一部分受压力而缩短，另一部分
受拉力而延长，两部分之间有一层不缩短也不伸 长，称为中性层.
❖ 一、结构与力
❖
1、常见的结构-梁、拱
❖
2、 结构与强度
❖
3、结构的稳定性
❖ 二、结构与设计
一、梁的概念：
构件在受到与构件纵轴线相 垂直的外力作用时会发生弯曲变 形，产生弯曲变形的构件，称为 “梁”。
1、梁的三种形式：
垂
常规梁（双支点）
直 梁
悬臂梁（单支点）
柱、索、梁的受力
单杠结构示意图
杠体
②结构的形状 三角形是框架结构中最基本的形状
之一,它结实、稳定，所用材料最少。
②结构的形状
空调安装架
2.影响结构强度的主要因素:
③结构的连接方式
（1）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
刚连接
榫接
胶接
焊接
2.影响结构强度的主要因素:
③结构的连接方式
三、静态结构稳定性分析
马上行动2：如下三种静态结构图，分析它们受到的外 力有哪些？不稳定的主要原因是什么？并填入下表。
马上行动2：
结 构 受到的外力 不稳定的主要原因
广告牌 重力、风力 落地灯 重力、推力 水 桶 重力、推力
重心偏高、风过大
底座不够重，支承面 不够大，重心偏高
支承面较小，重心偏高
设计应该考虑哪些因素？
红酒架设计分析
多功能
应该考虑功能
不够倾斜，没有功能
红酒架设计分析
木材
树脂
金属
材料不同成本、使用寿命不同
红酒架设计分析
结构不同，能保持稳定性和强度吗？
红酒架设计分析
个性化
红酒架设计分析
美 观
红酒架设计分析
功能Biblioteka Baidu
人的个性化需要
寿命
成本
红酒架结构设计
安全
强度
稳定性
美观
……….
思考2：有如下两个纸杯平放在桌上，分析哪个纸杯更稳定？为什么？
图1
图2
问题3：你是如何理解支
图3
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
中那个最大那个最小？
B
分析：
C A
A、B、C三张桌子，哪张稳定性最好？为什么？
与地面形成的接触面积越大， 桌子的稳定性越来越好.
红酒架设计要求
• 功能要求：能方便的取放，并且倾斜放置 红酒。
• 技术指标：至少能存放一瓶750ml红酒， 且具有一定的稳定性和强度。
• 外观要求：美观，具有一定的装饰效果。 • 材料：木材或者金属。 • 成本要求：30元人民币以内。
红酒架设计分析
【讨论分析】 从物、人、环境三个角度分析红酒架
σ＝F/S
二、结构与强度
1、物体结构承受外力时抵抗破坏 的能力，以强度来表述。
1、σ＝F/S；应力小，变形就小， 强度就大
2、影响结构强度的主要因素
高楼清洁工所 用的绳子
供高空作业 用的吊绳
(2)材料
①结构的材料
探究
一个用4根小木条钉成的相框，牢固吗？ 有什么方法可以使它变牢固？
2.影响结构强度的主要因素:
影响结构稳定性的主要因素二
结论2：
结构底座的影响。（与地面接触所形 成的支撑面越大，结构的稳定性越好）
影响结构稳定性的主要因素三
结构的形状的影响。（相同的构件，相 对位置不同，结构的稳定性不同）
小结
结构的 重心位
置
结构与地面接 触形成的支承
面的大小
影响结构稳定性 的三大因素
结构的 形状
其他因 素
结构的强度与稳定性的区别
结构的稳定性：结构在荷载的作用下 保持平衡状态的能力 结构的强度：结构不被外力破坏的能力
大树被吹倒：稳定性问题
大树被吹断：强度问题
稳定性判定条件：静止的结构，如果重心所在的垂线
落在结构的支撑面内，那就是稳定的结构
如何增加结构的稳定性？减少细长 比，增加支柱。
不稳定的应用：小区栏杆。