结构与设计
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结构指物体的各组成部分之间的搭配和排列，确定的 搭配和排列决定了物体的性质和形态。 物体的结构是多种多样的，其分类也是多种多样的。
实心结构
常见的结构 的类型：
框架结构
壳体结构
1 实心结构
• 实心结构： 结构体本身是实心的
受力特点：外力承受 在物体的外表，是利 用自身来承受荷载， 主要承受压力。如大 坝、实心墙。
杠体总是朝着人体所在的瞬间位置的方向上 发生弯曲。 任意时刻，人对杠体的作用力方向都是指向 人体所处的瞬间位置。
后 侧
弯矩M 弯矩M’
前 侧
弯矩M与弯矩M’大小相等，方 向相反，是一对平衡的弯矩，使单 杠保持整体的稳定。
二、棚室屋架结构分析
• 棚室屋架结构是怎样受力的呢？
• 屋面（棚盖）由前坡面组成， 棚膜（塑料薄膜）覆盖于前坡 面上；屋面由梁承托，各梁分 别由立柱和后墙支撑。
拱结构的应用 拱结构十分美观，很 多建筑物都采用了拱 。
•为什么要采用 拱结构呢？
拱结构受力：
•拱结构对承受荷载有 利。荷载压力作用于 拱上，圆拱再把力传 到其四周的支撑上。 例如雪荷载。
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？ 2、还有 更好的 方案吗？
• 框架结构：结构体由细长的构件组成的结构，支 2 框架结构 撑空间却不充满空间。 • 受力特点：是通过条状物的连接来承受荷载，可 以承受压力和拉力。如铁架塔，建筑用脚手架， 厂房的框架。
3 壳体结构
壳体结构通常是 指层状的结构。
国家大剧院
受力特点：外力作用在结构体的表面 上，壳形结构通过壳形来传递力和承 受荷载，特别是当顶部受到压力时， 它能将力均匀扩散。如建筑，汽车外 壳，贝壳。
组成结构的构件的基本受力形式
拉力 压力 扭曲力 弯曲力 剪切力
二、结构与力
从力学的角度来说，结构是指可承受 一定力的架构形态
结构是为了承受力和抵抗变形，这便 是结构的本质。
每个物体都有它特定的架构形态这种架构 形态体现着它的结构，一个复杂的结构由 许多不同的部分组成,这些组成部分通常 称构件。
三、 结构的类型
第二节 典型案例分析
一、单杠结构分析
杠体：是器械的主体； 立柱、拉杆：共同支撑杠体 并承受荷载。
阅读材料
• 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。
2、弯曲
2、杠体的受力与变形
单摆实验示意图
F
球
小球对固定点的作用力的方向，从固定 点指向小球球心所处的瞬间位置。
• 运动员在杠体上转动，其侧视图与 单摆类似：杠体相当于固定点，人 相当于小球。 • 所以，任意时刻，人对杠体的作用 力方向都是指向人重心所处的瞬间 位置。
离心力
弯曲力
• 结论一：
【实验探究】:纸桥实验——结构具有不同功 能，承受不同的力，抵抗不同变形。
• 用一张纸做桥梁,河面的宽度为15CM，如何只用一张纸让你设计 的桥梁能承受最大的重量？动手实践。得出下面几种桥梁的不同 方式：
• ①平的纸抗弯能力差，故只能承受较少的重量。 ②弯曲的纸的抗压能力较好，故能承受较重的物品。 ③两边被压住的纸的抗拉能力良好，故能承受较重的物 品。 ④减少河面宽度也能增加物体的承受力。 • 总结得出结论：纸张的结构不同，具有的功能、承受力 也不同。 • 通过这个结论我们又可以总结归纳得出结论：不同的结 构，具有不同的功能，能承受不同的力，抵抗不同的变 形。
第一章
结构与设计
第一节 初识结构
一、什么是结构？
结构(Structure)的含义
广义上是指事物的各个组成部分 之间的有序搭配和排列。 组成结构的各组成部分，我们称 为构件，它可以是一个零件也可 以是部件。
什么是结构？
从力学的角度：结构是指可承受 一定应力的物体形态，结构可以抵 抗能引起形状和大小变化的力。
总结：分析结构受力的方法
• 分析结构的受力情况时： • （1）首先要清楚组成结构的构件受到哪些力 的作用。 • （2）其次要清楚在这些力的作用下，构件能 否安全、可靠地工作，也就是对构件进行承载 能力分析。 • （3）构件的受力形式多种多样，基本受力形 式有拉力、压力、剪切力、扭转力和弯曲力， 很多情况下，构件可能同时受到几种不同形式 的力的作用。
• 当杆件受到与杆纵轴线相垂直的外力作用时， 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：
杆件基本变形
1、拉伸、压缩
棚室荷载与立柱受力
• 承受的荷载主要分为恒载和活载。 • 恒载包括屋面、梁的质量，属于不 随时间变化而变化的永久性荷载。 • 活载包括雪载、风载等，属于随情 况变化而变化的可变性荷载。
永久性荷载 P1 和雪载
立 柱
立柱基础 P2
P’’
P’
M
2.梁的受力
材料被挤压
材料被拉伸
梁的受力
•如平衡木，桥等都 是梁的一种类型。
实心结构
常见的结构 的类型：
框架结构
壳体结构
1 实心结构
• 实心结构： 结构体本身是实心的
受力特点：外力承受 在物体的外表，是利 用自身来承受荷载， 主要承受压力。如大 坝、实心墙。
杠体总是朝着人体所在的瞬间位置的方向上 发生弯曲。 任意时刻，人对杠体的作用力方向都是指向 人体所处的瞬间位置。
后 侧
弯矩M 弯矩M’
前 侧
弯矩M与弯矩M’大小相等，方 向相反，是一对平衡的弯矩，使单 杠保持整体的稳定。
二、棚室屋架结构分析
• 棚室屋架结构是怎样受力的呢？
• 屋面（棚盖）由前坡面组成， 棚膜（塑料薄膜）覆盖于前坡 面上；屋面由梁承托，各梁分 别由立柱和后墙支撑。
拱结构的应用 拱结构十分美观，很 多建筑物都采用了拱 。
•为什么要采用 拱结构呢？
拱结构受力：
•拱结构对承受荷载有 利。荷载压力作用于 拱上，圆拱再把力传 到其四周的支撑上。 例如雪荷载。
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？ 2、还有 更好的 方案吗？
• 框架结构：结构体由细长的构件组成的结构，支 2 框架结构 撑空间却不充满空间。 • 受力特点：是通过条状物的连接来承受荷载，可 以承受压力和拉力。如铁架塔，建筑用脚手架， 厂房的框架。
3 壳体结构
壳体结构通常是 指层状的结构。
国家大剧院
受力特点：外力作用在结构体的表面 上，壳形结构通过壳形来传递力和承 受荷载，特别是当顶部受到压力时， 它能将力均匀扩散。如建筑，汽车外 壳，贝壳。
组成结构的构件的基本受力形式
拉力 压力 扭曲力 弯曲力 剪切力
二、结构与力
从力学的角度来说，结构是指可承受 一定力的架构形态
结构是为了承受力和抵抗变形，这便 是结构的本质。
每个物体都有它特定的架构形态这种架构 形态体现着它的结构，一个复杂的结构由 许多不同的部分组成,这些组成部分通常 称构件。
三、 结构的类型
第二节 典型案例分析
一、单杠结构分析
杠体：是器械的主体； 立柱、拉杆：共同支撑杠体 并承受荷载。
阅读材料
• 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。
2、弯曲
2、杠体的受力与变形
单摆实验示意图
F
球
小球对固定点的作用力的方向，从固定 点指向小球球心所处的瞬间位置。
• 运动员在杠体上转动，其侧视图与 单摆类似：杠体相当于固定点，人 相当于小球。 • 所以，任意时刻，人对杠体的作用 力方向都是指向人重心所处的瞬间 位置。
离心力
弯曲力
• 结论一：
【实验探究】:纸桥实验——结构具有不同功 能，承受不同的力，抵抗不同变形。
• 用一张纸做桥梁,河面的宽度为15CM，如何只用一张纸让你设计 的桥梁能承受最大的重量？动手实践。得出下面几种桥梁的不同 方式：
• ①平的纸抗弯能力差，故只能承受较少的重量。 ②弯曲的纸的抗压能力较好，故能承受较重的物品。 ③两边被压住的纸的抗拉能力良好，故能承受较重的物 品。 ④减少河面宽度也能增加物体的承受力。 • 总结得出结论：纸张的结构不同，具有的功能、承受力 也不同。 • 通过这个结论我们又可以总结归纳得出结论：不同的结 构，具有不同的功能，能承受不同的力，抵抗不同的变 形。
第一章
结构与设计
第一节 初识结构
一、什么是结构？
结构(Structure)的含义
广义上是指事物的各个组成部分 之间的有序搭配和排列。 组成结构的各组成部分，我们称 为构件，它可以是一个零件也可 以是部件。
什么是结构？
从力学的角度：结构是指可承受 一定应力的物体形态，结构可以抵 抗能引起形状和大小变化的力。
总结：分析结构受力的方法
• 分析结构的受力情况时： • （1）首先要清楚组成结构的构件受到哪些力 的作用。 • （2）其次要清楚在这些力的作用下，构件能 否安全、可靠地工作，也就是对构件进行承载 能力分析。 • （3）构件的受力形式多种多样，基本受力形 式有拉力、压力、剪切力、扭转力和弯曲力， 很多情况下，构件可能同时受到几种不同形式 的力的作用。
• 当杆件受到与杆纵轴线相垂直的外力作用时， 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：
杆件基本变形
1、拉伸、压缩
棚室荷载与立柱受力
• 承受的荷载主要分为恒载和活载。 • 恒载包括屋面、梁的质量，属于不 随时间变化而变化的永久性荷载。 • 活载包括雪载、风载等，属于随情 况变化而变化的可变性荷载。
永久性荷载 P1 和雪载
立 柱
立柱基础 P2
P’’
P’
M
2.梁的受力
材料被挤压
材料被拉伸
梁的受力
•如平衡木，桥等都 是梁的一种类型。