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結構與設計
Structure
第一單元
一、常見結構的認識
了解結構的含義
從力學的角度理解結構的概念和一般分類
能結合1-2種簡單的結構案例，分析結構是如何承受力的。
重點：結構與力、結構的類型
結構（Structure）
：是指事物的各個組成部分之間的有序搭配和排列。
1：由此概念，你可以想到什么結構？
世界上任何事物都存在結構，結構多種多樣且決定事物存在的性質。
結構設計在日常生活中處處可見，如在大自然界雀鳥的羽毛，人類的骨骼結構，這些都是結構設計應用的好例子
蜂巢
蜂巢由工蜂筑造
蜂巢的結構用材最少，容積最大
蜂房是六角形的，0.073毫米的巢壁，蜂房微微向內傾斜，排列成行，但彼此嵌合得天衣無縫，構成一個整體，牢固無比。重40克的蜂房，卻能容納2000克蜜蜂。
蜂巢的結構精巧又美觀
恐龍
恐龍的身體非常重，體積也很大。它的中心在腰部，整個身體的上部就像一座拱橋。
結構如：
1、自然界中物體的結構：鳥巢、蜂窩、蜘蛛網、大樹、動物的身體與器官等；
2、生活中的飛機、汽車、樓房、橋梁等
3、抽象的結構如語文科的小說、詩詞等，人員結構、計算機方面的數據結構等……
→人類創造物體的結構
→社會領域中的結構
結構與力
從力學角度來說，結構是指可承受一定力的架構形態，它可以抵抗能引起形狀和大小改變的力。
基本的結構力學行為分為軸力、剪力、彎矩、扭力四種力學行為，其余的行為，也大都是這四種力組合而成。
軸力（壓力、拉力）
剪 力（剪切力）


軸力就是軸向的力，受力物體會隨著軸向的力伸長或縮短。
受剪力的物體，會隨著剪力的方向變形!
彎 矩（彎曲力）
扭 力（扭轉力）


彎矩也就是力矩啦!受到彎矩的東西會兩端彎曲。
簡單來說，早上起床擰干毛巾的力就是扭力啦!
軸力、剪力、彎矩、扭力四種力學行為
1.拉力
2.壓力
3.剪切力
4.扭轉力
5.彎曲力
？2：請連線，把左右對應的項目連接起來：
A.作用于物體，使它產生彎曲的力
B.兩個矩離很近，大小相等，方向相反，且作用于同一物體上的平行力
C.擠壓物體的力
D.物體所承受的拉力
E.反方向向物體兩端均勻施力，使物體發生扭轉形變的力
桿
梁
柱



承受軸方向的壓力與拉力
承受彎矩
基本的結構元件
結構力學最基本的元件，分為『桿』 『梁』 與 『柱』三種,分別有其不同的力學行為與作用。在了解這些結構原件的基本行為后，我們就可以依照這些行為與特性去做結構分析與結構設計。下面以表格的方式，詳細的與敘述與比較其個別的行為。
結構原件的比較
承受壓力與彎矩
結構分析
結構分析是土木工程中很重要的一環，說實在的也是相當的專業與艱澀。
分解成結構元件 基本上，要分析一個結構體，必須先將復雜的結構體，分為許多小的結構組件, 再一一地將它分析出來。
分析結構的受力情況時，
首先要清楚組成結構的構件受到哪些力的作用；
其次要清楚在這些力的作用下，構件能否安全、可靠地工作。
2：指出下列結構可以抵抗來自外界哪些方面的作用力：
建筑物的窗戶：
課桌：
硬紙包裝箱：
抵抗來自建筑物墻的正向和側向的壓力、風的作用力，及其自身的重力
承受來自桌面物體的壓力和它自身的重力等
承受箱內物體的重力、箱內物體向外的擠壓力以及自身的重力等
結構分析的方法 (1)
房屋結構
在分析簡單的房屋結構時,是將房子的結構分成梁,柱等簡單的結構原件, 再進行分析
結構分析的方法 (2)
橋梁結構
分析橋梁結構時,是將橋梁結構分成梁,柱等簡單的結構原件, 再去進行分析
結構力學應用于日常生活中
火車站上蓋
書架
古典建筑
材料形狀對結構影響
不同形狀材料對結構有一定影響。
車頂支架
單車車輪
書架和椅子
盛載食物的膠盒
在面上加上凹凸坑紋，令結構更堅固。
3、結構的類型
實體結構：指結構本身是實心的結構；
框架結構：指結構體由細長的構件組成的結構；
殼體結構：指層狀的結構；
3.1實體結構：受力特點：外力分布在整個體積中，如實心墻、大壩等
八達嶺長城
3.2框架結構：特點：支撐空間而不充滿空間，如鐵架塔、廠房的框架等
房屋框架結構
3.3殼體結構：外力作用在結構體的表面上，如頭盔、貝殼、飛機外殼等
物體結構 實體結構 框架結構 殼體結構 組合結構 受力特點
柵欄
圓形陶瓷裝飾品
冰山
高層建筑的穹頂
鋼化玻璃鍋蓋
竹排
汽車外殼
人的頭蓋骨
古羅馬斗獸場
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練習：當出現交通事故時，摩托車手的頭盔是如何避免外力對頭骨的撞擊的？汽車的安全氣囊又是如何保護駕馭員的？
參考：摩托車手頭盔的某一部位受到一個大的撞擊力，由于頭盔的殼體結構，使得所受力迅速分布到其表面，形成整個頭盔表面均勻受力，而不是某一點受很大的力……
當汽車前端發生強烈碰撞時，安全氣囊就會瞬間從汽車方向盤內彈出來，墊在方向盤與駕馭者之間，防止駕馭者的頭部和胸部撞擊到方向盤或儀表板等硬物上。除了駕馭員側有安全氣囊外，有些汽車前排也安裝乘客用的安全氣囊……
小試驗：
了解殼體結構的受力情況。

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