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第二節(jié) 探究結(jié)構(gòu)
四
川
彩
虹
橋
坍
塌
前
后
一.結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性
超
高
的
車
輛
容
易
翻
倒
超
高
的
車
輛
容
易
翻
倒
（一）什么是結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性？
結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性是指結(jié)構(gòu)在
荷載的作用下維持其原有
的平衡形式的能力。
（二）影響結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的主要因素有哪些
A形鋁梯
結(jié)論1：結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性與它的幾何形狀有關(guān)
三角形結(jié)構(gòu)
結(jié)論：
三角形結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和
穩(wěn)定性較強(qiáng)
底座
結(jié)論2：結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性與支撐面積大小有關(guān)
比薩斜塔
結(jié)構(gòu)穩(wěn)定
重力所在點(diǎn)的垂線落在支撐面內(nèi)
結(jié)論3：結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性與重心位置有關(guān)
重心位置的高低
1.結(jié)構(gòu)的形狀
2.結(jié)構(gòu)與地面接觸所形成的支撐面積的大小
3.重心的位置
影響結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的主要因素
不穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的利用
你知道 生活中不穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)一定功能的例子嗎？
不穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的利用
跨
欄
二.結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度
(一)強(qiáng)度與應(yīng)力
1.強(qiáng)度:構(gòu)件和材料具有的抵抗破壞的能力,不同材料的構(gòu)件強(qiáng)度不相同
2.應(yīng)力：構(gòu)件單位橫截面積所受的內(nèi)力稱為構(gòu)件的應(yīng)力
(內(nèi)力：構(gòu)建內(nèi)部各質(zhì)點(diǎn)之間的相互作用力)
δ=N/A δ：應(yīng)力 單位：帕 、 兆帕
N：內(nèi)力 單位：牛
A：橫截面積單位：平 方米
構(gòu)件被破壞的情況，與外力大小和構(gòu)件的橫截面積有關(guān)
討論與分析
1.建筑物的支柱是怎樣承受壓力的
支柱與基礎(chǔ)結(jié)合處既要承受梁和荷載的壓力,又要承受支柱自身的全部重力,所以此處截面應(yīng)力最大
如圖,一混土方柱支柱的橫截面積為邊長L=400mm的正方形,支柱頂受軸向壓力P=45kN,支柱重力G=22kN.求支柱的底截面上的應(yīng)力
取截面以上柱體為研究對象:
此處截面壓力
N=P+G=45+22(kN)=67000N
求應(yīng)力δ=N/A=67000N/(0.4m×0.4m)
=418750N/m ≈0.419MPa
2.扭絞的繩子為什么不容易拉斷？
拔河時(shí)的繩子時(shí)什么樣的 為什么做成這個(gè)樣子？
多股細(xì)繩絞合在一起的粗繩
多股細(xì)繩絞合一起—可以防止細(xì)繩間的相對移動，使各股細(xì)繩同時(shí)受力，有效的增大了繩子的橫截面積，減少了繩子的應(yīng)力
懸索橋，起吊機(jī)用的鋼索也是由多股鋼絲擰絞組成的
（二）強(qiáng)度與材料
1. 強(qiáng)度與材料有關(guān)
現(xiàn)代建筑物都是用鋼筋混凝土梁、柱構(gòu)成的框架
利用的就是混凝土耐壓不耐拉力，而鋼筋耐拉力的特點(diǎn)
許用應(yīng)力：作為設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)力的最高限度值
材 料 抗拉應(yīng)力 抗壓應(yīng)力
灰鑄鐵 28~78 18~147
普通碳鋼 137~152 137~152
低碳合金鋼 211~238 211~238
銅 29~118 29~118
鋁 29~78 29~78
松木（順紋） 6.9~9.8 8.6~12
混凝土 0.098~0.69 0.98~8.8
2. 強(qiáng)度與材料的形狀有關(guān)
工業(yè)生產(chǎn)中人們制成的工字梁、角鋼、管材等型材，它們在相同結(jié)構(gòu)強(qiáng)度情況下，用料少、質(zhì)量輕，所以被廣泛應(yīng)用
薄板材料可以通過折疊改變結(jié)構(gòu)來加固
三. 結(jié)構(gòu)的連接
連接就是通過一定的方式把兩件或兩件以上的物體連在一起.常見的連接方法有鉚接、螺栓連接、膠粘、繩系、焊接、榫接等。
構(gòu)件連接處的強(qiáng)度是影響整個(gè)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和穩(wěn)定性的重要因素，而構(gòu)件連接處的強(qiáng)度取決于它的連接方式、連接技術(shù)和連接處的牢固程度等
四.結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和穩(wěn)定性試驗(yàn)
技術(shù)試驗(yàn)是解決技術(shù)問題的重要方法,它的方式有很多,如撞擊試驗(yàn)、承載試驗(yàn)、模擬實(shí)驗(yàn)等
小結(jié):
1.結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性及其影響的因素
2.結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度及其相關(guān)因素
3.結(jié)構(gòu)的連接法方法及測試
1.鋼筋混凝土梁中比無鋼筋水泥梁的( )強(qiáng)度更強(qiáng) A、抗彎 B、 抗壓 C、抗拉 D、抗剪
2.分別在一根竹桿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，竹桿比脆性塑料桿能掛更多重物而不會斷裂，說明了（ ）影響結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度。 A、材料 B、結(jié)構(gòu)的形狀
C、構(gòu)件橫截面形狀 D、構(gòu)件的連接方式
3.我們常用的A形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（ ）影響著結(jié)構(gòu)強(qiáng)度 A、材料 B、構(gòu)件的形狀
C、重心的高低 D、連接方式
C
A
B
4.可以用受力結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性來解釋的事實(shí)是( ) A 、拔河的繩子斷裂 B、 廣告牌被臺風(fēng)吹倒
C、 雞蛋在某種情況下可以承受很大的外力
D、 耳機(jī)與電腦主機(jī)的插口接觸不良，聽不到音樂
5.家用落地風(fēng)扇的底座一般做得比較重,這是為了（ ）。 A、增加風(fēng)扇的強(qiáng)度 B、增加電風(fēng)扇的穩(wěn)定性
C、安裝電線的需要 D、更加美觀
6.在日常生活中，你所見到的以下哪一個(gè)結(jié)構(gòu)是不屬于利用不穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)某些功能的。（ ） A、游樂設(shè)施的蹺蹺板功能結(jié)構(gòu)；
B、房間門口的活頁功能結(jié)構(gòu)；
C、學(xué)校運(yùn)動場的籃球架結(jié)構(gòu)；
D、圓珠筆的筆嘴結(jié)構(gòu)。
B
B
C
7.如果一個(gè)構(gòu)件在5 ㎡的橫截面積上，受到外力的作用，產(chǎn)生了20N的內(nèi)力，那么該構(gòu)件的應(yīng)力是（ ）
A、25Pa B、15Pa C、4Pa D、100Pa
C(共21張PPT)
第一章 結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)
1.1 認(rèn)識結(jié)構(gòu)
深圳地王大廈
杭州灣大橋
北
京
奧
運(yùn)
會
體
育
館
北
京
奧
運(yùn)
會
體
育
館
認(rèn)識結(jié)構(gòu)
萬里長城：
磚筑實(shí)體結(jié)構(gòu)
認(rèn)識結(jié)構(gòu)
古代的木塔：木質(zhì)框架結(jié)構(gòu)建筑
認(rèn)識結(jié)構(gòu)
埃菲爾鐵塔；世界上第一座鋼質(zhì)框架結(jié)構(gòu)的塔
認(rèn)識結(jié)構(gòu)
趙州石拱橋；是中國現(xiàn)存最著名的古代石拱橋，為弧形單孔石拱橋
認(rèn)識結(jié)構(gòu)
回形針
認(rèn)識結(jié)構(gòu)
蜂
巢
蜂巢
認(rèn)識結(jié)構(gòu)
結(jié)構(gòu)普遍存在于自然界的物體中
二.結(jié)構(gòu)與力
結(jié)構(gòu)是指可承受一定應(yīng)力的物體形態(tài)，結(jié)構(gòu)可以抵抗能引起形狀和大小改變的力
在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，首先應(yīng)考慮結(jié)構(gòu)能夠承受功能所要求的力
結(jié)構(gòu)的受力形式
三.結(jié)構(gòu)的分類
根據(jù)物體的結(jié)構(gòu)形態(tài)在受力時(shí)承受和傳遞力方式的差別分為:
1.實(shí)體結(jié)構(gòu) :利用自身來承受荷載，主要承受壓力。如擋土墻 城墻 鉛球
2. 框架結(jié)構(gòu) :通過鏈條物的連接來承受荷載，既可以承受壓力又能承受拉力。如畫框 懸索橋鐵架 幼兒學(xué)步車
3. 殼形結(jié)構(gòu):通過殼形來傳遞力和承受荷載，特別是當(dāng)殼形頂部受到壓力時(shí)，它能將力均勻擴(kuò)散。如帳篷 汽車發(fā)動機(jī)蓋 悉尼歌劇院
小結(jié)：
一.了解結(jié)構(gòu)
二.結(jié)構(gòu)與力
三.結(jié)構(gòu)的分類
練習(xí)：
1.為了方便城鎮(zhèn)人使用水資源,設(shè)計(jì)出了水管輸送方式，設(shè)計(jì)的水管結(jié)構(gòu)類型是（ ） A、框架 B、殼體 C、實(shí)心 D、以上都不是
2.設(shè)計(jì)一個(gè)方使人戶外活動攜帶，保護(hù)衛(wèi)生、環(huán)境污染的水壺，則該產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)應(yīng)是（ ） A 、折疊式不銹鋼杯 B、塑料壺
C、一次性杯 D、鐵水壺
3.分析下列物體的結(jié)構(gòu)類型，判斷哪一個(gè)屬于實(shí)體結(jié)構(gòu)。（ ） 　 A、電燈泡 B、乒乓球
C、橡皮檫 D、籃球架
B
A
C
4.狩獵者從灌木叢走過，褲子沾滿了令人討厭的蒼耳子。仔細(xì)觀察蒼耳子，它的表面布滿了許多小刺，每根刺上都有細(xì)細(xì)的倒鉤，碰到纖維的衣物，便粘在上面。瑞士的喬爾吉·朵青斯經(jīng)過8年的研究，根據(jù)蒼耳子的結(jié)構(gòu)發(fā)明了（ ）
A、拉鏈 B、尼龍搭扣 C、魚鉤 D、飛機(jī)
5.日常生活中，使用螺絲刀時(shí)，螺絲刀需要承受什么力（ ）
A、拉力 B、壓力 C、彎曲力 D、扭曲力
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
B
D
C(共19張PPT)
第四節(jié) 典型結(jié)構(gòu)的欣賞
經(jīng)典結(jié)構(gòu)的欣賞
如何欣賞設(shè)計(jì)作品（以建筑為例）？
技術(shù)：包括結(jié)構(gòu)使用功能的實(shí)現(xiàn)、結(jié)構(gòu)的穩(wěn)固耐用、結(jié)構(gòu)造型設(shè)計(jì)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：具體包括民族特色、歷史性、時(shí)代性、藝術(shù)性等方面。
經(jīng)典結(jié)構(gòu)的欣賞
經(jīng)典結(jié)構(gòu)之一：趙州橋
橋長64.40米，跨徑37.02米，是當(dāng)今世界上跨徑最大、建造最早的單孔敞肩型石拱橋。
觀看時(shí)，注意：①橋的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)？ ②橋的受力分析？ ③橋的文化寓意和民族特色 ？
經(jīng)典結(jié)構(gòu)的欣賞
經(jīng)典結(jié)構(gòu)之二：飛檐
洞庭天下水 岳陽天下樓
經(jīng)典結(jié)構(gòu)的欣賞
經(jīng)典結(jié)構(gòu)之二：飛檐
武當(dāng)山道教古建筑的宮殿屋檐的每條垂脊前端，都有一排栩栩如生的禽獸像，形狀各異，數(shù)量不一。這些禽獸被稱為小獸。
龍，是傳說中一種能興云作雨的神異動物，封建時(shí)代龍又是作為皇帝的象征
經(jīng)典結(jié)構(gòu)的欣賞
經(jīng)典結(jié)構(gòu)之二：飛檐
經(jīng)典結(jié)構(gòu)的欣賞
經(jīng)典結(jié)構(gòu)之二：飛檐
經(jīng)典結(jié)構(gòu)的欣賞
中西經(jīng)典結(jié)構(gòu)欣賞
故宮
文化：漢族文化的代表。建筑色彩以朱墻黃頂為主，表現(xiàn)皇帝的威嚴(yán)。屋頂?shù)娘w檐結(jié)構(gòu)減輕了大屋頂?shù)某林馗?，既增添了飛動輕快的美感，同時(shí)又體現(xiàn)了高貴華美的風(fēng)韻，豐富了建筑文化。
技術(shù)：采用了典型的木結(jié)構(gòu)建筑形式。木結(jié)構(gòu)建筑主要采用榫鉚連接。屋頂?shù)娘w檐結(jié)構(gòu)擴(kuò)大了采光面，有利于排泄雨水。
經(jīng)典結(jié)構(gòu)的欣賞
中西經(jīng)典結(jié)構(gòu)欣賞
圣彼得大教堂
文化：體現(xiàn)了明顯的文藝復(fù)興時(shí)期提倡的古典主義形式，主要特征是羅馬式的圓頂穹窿、希臘式的石柱以及平的過梁相結(jié)合，是典型的哥特式教堂。整個(gè)教堂采用巨大的石材結(jié)構(gòu)，象征著不朽和永恒。
技術(shù)：穹頂輪廓渾圓飽滿，穹頂上的肋與圍繞鼓座一圈的雙柱一一對應(yīng)并向上延伸至頂部的采光亭，肋間以十道斷面小強(qiáng)度大的環(huán)形鐵箍抵抗穹頂向外的側(cè)推力。
法
國
巴
黎
圣
母
院
德
國
科
隆
教
堂
荷
蘭
阿
姆
斯
特
丹
比
利
時(shí)
布
魯
塞
爾
經(jīng)典結(jié)構(gòu)的欣賞
我國城市的標(biāo)志性建筑
北京 天安門
經(jīng)典結(jié)構(gòu)的欣賞
課堂練習(xí)
選定大佛山本地的一個(gè)經(jīng)典建筑結(jié)構(gòu)，通過你對該建筑的認(rèn)識及瀏覽相關(guān)網(wǎng)頁資料，談?wù)勀闳绾螐奈幕⒓夹g(shù)兩個(gè)角度欣賞該結(jié)構(gòu)。
小結(jié)：
從技術(shù)和文化欣賞建筑
1.范仲淹的“先天下之憂而憂，后天下之樂而樂”使岳陽樓聞名天下。它是一座三層的純木結(jié)構(gòu)建筑，斗拱、飛檐的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，工藝精美，令人驚嘆。斗拱使屋面凹曲，飛檐使沉重的建筑增添了輕快欲飛的美感，體現(xiàn)了高貴華美的風(fēng)韻，豐富了中國古代建筑文化。可以從那兩個(gè)角度來欣賞評價(jià)經(jīng)典結(jié)構(gòu)（ ）（①技術(shù)②工藝③民俗④文化）
A. ①② B．③④ C．①④ D．②③
2.我國塔式建筑的結(jié)構(gòu)一般都是由上到下越來越大，這主要是考慮它的（ ）。
A．穩(wěn)定性 B．強(qiáng)度 C．美觀性 D．經(jīng)濟(jì)性
C
A
3.賞析結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)作品，可從技術(shù)角度和文化角度進(jìn)行，下面不屬于技術(shù)角度的是（ ）
A、結(jié)構(gòu)的穩(wěn)固耐用
B、材料的使用
C、工藝的精湛程度
D、公眾認(rèn)可的美學(xué)原則
D
八、教學(xué)反思１、本節(jié)教學(xué)內(nèi)容涉及的知識面廣，而且較為抽象，教師在上課前要搜集相關(guān)資料，作好充分的知識準(zhǔn)備。２、借助多媒體教學(xué)，通過視頻播放經(jīng)典案例，將抽象具體化，帶給學(xué)生真正美的感受，感受中國傳統(tǒng)建筑文化的博大、精深，形成愛國熱情。３、課文中的案例只是從技術(shù)角度和文化角度進(jìn)行欣賞，教師要選取有代表性的案例（如故宮），拓展學(xué)生的視野，能從多角度進(jìn)行賞析。４、作業(yè)的安排也很重要，作業(yè)的完成是學(xué)生自我學(xué)習(xí)、領(lǐng)會學(xué)習(xí)的過程，讓學(xué)生學(xué)會怎樣去學(xué)習(xí)。 (共16張PPT)
第三節(jié) 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
1.設(shè)計(jì)框圖：
設(shè) 計(jì)
設(shè)計(jì)的過程
設(shè)計(jì)的交流
設(shè)計(jì)的評價(jià)
2.設(shè)計(jì)流程圖：
發(fā)現(xiàn)與明確
問題
制定設(shè)計(jì)
方案
模型或
原型制造
優(yōu)化和改進(jìn)
設(shè)計(jì)的一般過程
結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是屬于設(shè)計(jì)中的一種類型，它必須遵循一般的設(shè)計(jì)方法和過程
同時(shí)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)還必須考慮它自身的特點(diǎn)，即結(jié)構(gòu)的受力情況，其穩(wěn)定性、強(qiáng)度、連接方式和材料的選用等，并能對結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行基本的描述（圖紙等），還要從實(shí)用和美觀的角度考慮造型設(shè)計(jì)。
結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的一般方法和過程:
例： 防燙鍋蓋扳手的發(fā)明
（ 本設(shè)計(jì)是一位中學(xué)生的實(shí)際發(fā)明個(gè)案，曾或國家專利和全國第十三屆發(fā)明展覽會銅獎。）
一次，喝完礦泉水之后，發(fā)現(xiàn)礦泉水瓶上的方便夾設(shè)計(jì)得很巧妙，我靈機(jī)一動：動手設(shè)計(jì)制作防燙鍋蓋扳手……
礦泉水的方便夾
防燙鍋蓋扳手制作與應(yīng)用：
防燙鍋蓋扳手結(jié)構(gòu)圖
1.制作：
2.應(yīng)用：
①用扳手卡住鍋蓋鈕
②用扳手掀起鍋蓋
結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的一般流程：
設(shè)計(jì)方案
設(shè)計(jì)圖紙
做出模型
技術(shù)試驗(yàn)
展示與交流
一、明確設(shè)計(jì)目標(biāo)及要求
*設(shè)計(jì)目標(biāo)及要求
用木條制作橋梁模型，結(jié)構(gòu)形式不受限制。要求結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，造型美觀。
在跨度不小于30cm的前提下，橋長不限；要求橋孔高度不低于15cm，橋面寬度不小于8cm，承重物的質(zhì)量不小于500g，承重時(shí)間15s以上。
在滿足目標(biāo)及要求的前提下，荷載的質(zhì)量與橋自身質(zhì)量的比例越大越好。
*材料與連接方式
模型材料以木條為主，粗繩、細(xì)繩為輔，連接方式不限。
二、形成初步設(shè)計(jì)方案
*收集和整理信息
在進(jìn)行設(shè)計(jì)前，應(yīng)對有關(guān)橋梁信息進(jìn)行整理和分析。
*發(fā)現(xiàn)問題
橋受到壓力時(shí)，橋面會彎曲變形，如果把這些力傳遞到其他地方，就可以使橋面不過分彎曲變形。
*橋梁結(jié)構(gòu)類型的選擇
圖1-47 拱架橋
圖1-48 梁架橋
圖1-49 綱索斜拉橋
圖1-50 懸梁橋
圖1-51 懸索橋
圖1-52 弓形橋
三、模型制作
制作提示：①挑選紙張、木條等材料并進(jìn)行必要的加工……
②制作橋的各部分構(gòu)件
③將構(gòu)件合成橋身
四、檢測、優(yōu)化和改進(jìn)設(shè)計(jì)
試驗(yàn)檢測
對模型橋的試驗(yàn)檢測采用承載試驗(yàn)
優(yōu)化和改進(jìn)設(shè)計(jì)
針對檢測出現(xiàn)的問題提出改進(jìn)，嘗試一些新的創(chuàng)意，優(yōu)化和完善結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，并對外觀進(jìn)行改進(jìn)
五、評價(jià)
1.對各組模型進(jìn)行評價(jià)
組 號
項(xiàng) 目 模型橋1 模型橋2 模型橋3 模型橋4 ……
橋孔跨度/cm
橋孔高度/cm
承重/kg
橋體自身質(zhì)量/kg
連接方式
承重物的質(zhì)量/橋自身質(zhì)量
強(qiáng)度和穩(wěn)定性
造型美觀
表1-5 各組模型橋評價(jià)表
2.收集全班同學(xué)的評價(jià)表，相加統(tǒng)計(jì)得出各個(gè)模型橋的總分，排出名次。
表1-5 各組模型橋評價(jià)表
模型橋 模型橋1 模型橋2 模型橋3 模型橋4 ……
總分
排列名次
模型橋 優(yōu)點(diǎn) 缺點(diǎn)（不足）
模型橋1
模型橋2
模型橋3
模型橋4
3.比較各個(gè)模型橋的評價(jià)，列出它們各自的優(yōu)點(diǎn)和不足。
表1-7 各組模型橋優(yōu)缺點(diǎn)評價(jià)表
4.我的收獲及建議:
收獲:
建議:
小結(jié)：
結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過程
明確設(shè)計(jì)目標(biāo)及要求
形成初步設(shè)計(jì)方案
模 型 制 作
檢測、優(yōu)化和改進(jìn)設(shè)計(jì)
評 價(jià)

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