专题五、结构与设计（65张幻灯片）
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(共66张PPT)
专题五、结构与设计
常山一中 饶正海
结构与设
计
探析稳固的结构
认识结构
结构与强度
结构与稳定性
设计简单的结构
---结构设计案例评价
结构的受力
结构的含义
结构的类型
欣赏经典的结构
结构与功能
结构设计案例（相框）
结构模型或原型制作（P26-29）
1 无处不在的结构
结构(Structure)是指事物的各个组成部分之间的有序搭配和排例。世界上任何事物都存在着结构，结构多种多样决定着事物存在的性质。
一 常见结构的认识 2
蜂巢
蜘蛛网
恐龙骨骼
人体骨骼
树
树
上海松江有个100米深石场，还有一个小湖。 Atkins设计公司就在这里设计了一个22世纪风格的五星级的松江大酒店。建筑宏伟壮观，有一组瀑布状的玻璃幕墙，非常漂亮。这还是一座极为环保的建筑，整个酒店的屋顶种满绿草，石场为酒店提供了良好的温度控制。酒店总共能住1000位客人，他们可以享受酒店里的餐厅、咖啡厅、健身房、宴会厅、水下水族馆、会议厅、泳池、攀岩......
利用自然地形结构 水坑里竟然设计出这样一座大酒店
松江大酒店
苍耳子 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。
应用 .用于不闻香臭、时流浊涕，鼻渊头痛，外感风寒，恶寒无汗，风寒头痛。本品温和疏达，味辛散风，苦燥湿浊，通窍止痛，常配伍辛夷、白芷、薄荷同用，即苍耳子散。
案例1
与尼龙搭扣
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。
中国的大飞机在研制中
鹰眼
与导弹跟踪系统
2 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，它可以抵抗能引起形态和大小改变的力。
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。
自行车轮的结构
F
S
F是内力，Ｓ是受力面积， σ 是应力，应力是结构的单位横截面上产生的内力，当内力达到某一极限时，结构就会遭到破坏。
σ ＝
拉力 作用于物体 ,使它产生弯曲的力
压 力 两个距离很近 ,大小相等,方向相反,且作用于同一物体上的平行力
剪切力 挤压物体的力
扭转力 物体所承受的拉拽力
弯曲力 反方向向物体两端均匀施力 ,使物体发生扭转形变的力
观察 图,说明石磨的推杆为什么要用一根绳子吊起来。
探究：
美国明尼苏达州一座跨越密西西比河的公路桥07．8．１傍晚发生坍塌
3 结构的类型
（1） 实体机构
受力情况：力承受在物体的整个体积上，如大坝、实心墙、实体物
（2） 框架结构
受力情况：空间框架体。如铁塔架，脚手架，建筑框架体。
（3） 壳体结构
国家大剧院在建设中
受力特点：外力作用在结构体的表面上，如建筑，汽车外壳，贝壳。
1 结构与稳定性
结构的稳定性(Stability)是指结构在负载的作用下维持其原有平衡状态的能力。它是结构的重要性质之一。
台风过后的灾害
打破原有的平衡状态出现了不稳定现象
04年5月23日，巴黎戴高乐机场2Ｅ候机厅顶棚发生坍塌事故，事故原因：金属构件本来也负担着顶棚的重量，但弧度结构上的裂痕使这个构件逐渐穿过了顶棚，不再支撑数十吨重的顶棚，最终导致拱形顶棚发生坍塌。
马上行动
影响结构稳定性的主要因素
影响结构稳定性的因素有多种，主要有：
重心位置的高低
结构与地面接触所形成的支撑面的大小
结构的形状等
木雕圆桌、圆凳 受地面积大 摆放稳定
卫星电视接收天线 支撑杆有螺丝固定在大框架上
摄影棚的摄象机、射灯均为三角架支撑
比萨斜塔(CAMPANILE DI PISA)是世界建筑史上的一大奇迹。由于塔身压力过重和地质松软，南面的地基比北面约低２米。在施工期间塔身既出现轻微倾斜，随着工程的进度，倾斜度不断增加。到塔身建到第三层时，可明显看出倾斜，曾一度停工。一百多年以后，经工程师托马索·皮萨诺精心测量和计算，证明比萨斜塔虽倾斜，但不会倒塌，使工程继续按原设计继续施工，直到竣工。
重心点的垂线位置，落在结构底面的范围内
双脚支撑轻骑车
单脚支撑自行车
履带式小轿车
想一想
分析不同垒法的墙，当施加同样的力时，哪种垒法的墙不容易推倒？稳定性最强，你认为最好的垒法是什么？
2 结构与强度
结构的强度(Strength)是指结构具有抵抗被外力破坏的能力.
海啸
大坝
普洱地震
唐山地震
影响结构强度的主要因素
交绰搭建增加结构强度
1、结构的形状
2、结构使用的材料
3、构件之间的连接方式
4、构件的截面形状等因素有密切的关系。
铝合金A字形梯
结构形状
各种形状的横截面构件，所承受力的程度是不一样的。
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。
结构的 材料
不同材料构成的结构，其强度各不相同。有抗拉力、压力、剪切力和扭曲力性能的，所以在不同结构不同要求中，选择不同特性的材料。
梁的示意图
压力
拉力
跳板材料
结构构件的连接
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。
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
3 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。结构的变化可能导致功能的变化。反过来，为了使结构产生新的功能往往通过改变结构来实现。
设计的一般原则
创新
实用
经济
美观
道德
技术规范
可持续发展
……
结构设计须考虑的主要因素
人们设计结构是为了完成某种任务或满足特定的需要。在进行结构设计时，必须明确设计的目标和要求，必须抓住主要因素而展开工作。
结构设计应以一种或几种功能的实现为基本目标，应满足设计规范，满足使用者的基本需要。
如何赏析结构设计作品？
赏析结构设计作品,可从技术与文化两个角度进行。
（1）技术的角度主要有：结构功能、稳固耐用、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。
（2）文化的角度主要有：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。
世界首座弧形钢塔
斜拉桥南京建成通车
07年5月13日，法国马拉松赛参赛者在世界最高斜拉桥上飞奔。
该桥横跨法国南部城镇密佑附近的塔恩河上的山谷,高343米，甚至高过了埃菲尔铁塔而且仅仅比帝国大厦低38米，堪称世界最壮观的公路桥。密佑高架桥长2460米，整个结构耗费钢材36000吨，占大桥重量的四分之一，其他部分是用混凝土建造的。
杭州湾大桥
杭州钱江大桥结构
经典结构的欣赏
如何赏析结构设计作品？
可从技术 文化两个角度
结构使用功能的实现
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
结构的文化寓意与传达
公众认可的美学原则
时代、民族、习俗方面的特征
结构的个性特征
文化角度
技术角度
案例分析
赵州桥
饕餮,最贪吃,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。 赵州桥栏板上的饕餮(仿隋朝栏板）
1991年9月，赵州桥被美国土木工程师学会选定取为第十二个“国际土木工程里程碑”，并在桥北端东侧建造了“国际土木工程历史古迹”铜牌纪念碑。
案例分析：
飞檐、斗拱
（课本31页）
岳阳楼
斗拱
斗拱是中国木构架建筑特有的结构构件，在结构上挑出承重，并将屋顶的大面积荷载经斗拱传递到柱上。它有一定的装饰作用，又是屋顶和屋身的过渡。此外，它还是封建社会森严的等级制度的象征和重要的建筑尺度衡量标准。斗拱一般使用在高级的官式建筑中，称为大式建筑。因为斗拱的重要性，历代建筑对它十分重视，使它成为判断建筑时代的重要标志之一。
本单元小结：
结构与设计
认识结构
结构的概念
结构的分类
探析结构
承受应力
稳定性、强度、功能
设计结构
确定结构设计方案
绘制结构设计草图
制作模型或原型
欣赏结构
技术角度欣赏
文化角度欣赏
专题五、结构与设计
常山一中 饶正海
结构与设
计
探析稳固的结构
认识结构
结构与强度
结构与稳定性
设计简单的结构
---结构设计案例评价
结构的受力
结构的含义
结构的类型
欣赏经典的结构
结构与功能
结构设计案例（相框）
结构模型或原型制作（P26-29）
1 无处不在的结构
结构(Structure)是指事物的各个组成部分之间的有序搭配和排例。世界上任何事物都存在着结构，结构多种多样决定着事物存在的性质。
一 常见结构的认识 2
蜂巢
蜘蛛网
恐龙骨骼
人体骨骼
树
树
上海松江有个100米深石场，还有一个小湖。 Atkins设计公司就在这里设计了一个22世纪风格的五星级的松江大酒店。建筑宏伟壮观，有一组瀑布状的玻璃幕墙，非常漂亮。这还是一座极为环保的建筑，整个酒店的屋顶种满绿草，石场为酒店提供了良好的温度控制。酒店总共能住1000位客人，他们可以享受酒店里的餐厅、咖啡厅、健身房、宴会厅、水下水族馆、会议厅、泳池、攀岩......
利用自然地形结构 水坑里竟然设计出这样一座大酒店
松江大酒店
苍耳子 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。
应用 .用于不闻香臭、时流浊涕，鼻渊头痛，外感风寒，恶寒无汗，风寒头痛。本品温和疏达，味辛散风，苦燥湿浊，通窍止痛，常配伍辛夷、白芷、薄荷同用，即苍耳子散。
案例1
与尼龙搭扣
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。
中国的大飞机在研制中
鹰眼
与导弹跟踪系统
2 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，它可以抵抗能引起形态和大小改变的力。
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。
自行车轮的结构
F
S
F是内力，Ｓ是受力面积， σ 是应力，应力是结构的单位横截面上产生的内力，当内力达到某一极限时，结构就会遭到破坏。
σ ＝
拉力 作用于物体 ,使它产生弯曲的力
压 力 两个距离很近 ,大小相等,方向相反,且作用于同一物体上的平行力
剪切力 挤压物体的力
扭转力 物体所承受的拉拽力
弯曲力 反方向向物体两端均匀施力 ,使物体发生扭转形变的力
观察 图,说明石磨的推杆为什么要用一根绳子吊起来。
探究：
美国明尼苏达州一座跨越密西西比河的公路桥07．8．１傍晚发生坍塌
3 结构的类型
（1） 实体机构
受力情况：力承受在物体的整个体积上，如大坝、实心墙、实体物
（2） 框架结构
受力情况：空间框架体。如铁塔架，脚手架，建筑框架体。
（3） 壳体结构
国家大剧院在建设中
受力特点：外力作用在结构体的表面上，如建筑，汽车外壳，贝壳。
1 结构与稳定性
结构的稳定性(Stability)是指结构在负载的作用下维持其原有平衡状态的能力。它是结构的重要性质之一。
台风过后的灾害
打破原有的平衡状态出现了不稳定现象
04年5月23日，巴黎戴高乐机场2Ｅ候机厅顶棚发生坍塌事故，事故原因：金属构件本来也负担着顶棚的重量，但弧度结构上的裂痕使这个构件逐渐穿过了顶棚，不再支撑数十吨重的顶棚，最终导致拱形顶棚发生坍塌。
马上行动
影响结构稳定性的主要因素
影响结构稳定性的因素有多种，主要有：
重心位置的高低
结构与地面接触所形成的支撑面的大小
结构的形状等
木雕圆桌、圆凳 受地面积大 摆放稳定
卫星电视接收天线 支撑杆有螺丝固定在大框架上
摄影棚的摄象机、射灯均为三角架支撑
比萨斜塔(CAMPANILE DI PISA)是世界建筑史上的一大奇迹。由于塔身压力过重和地质松软，南面的地基比北面约低２米。在施工期间塔身既出现轻微倾斜，随着工程的进度，倾斜度不断增加。到塔身建到第三层时，可明显看出倾斜，曾一度停工。一百多年以后，经工程师托马索·皮萨诺精心测量和计算，证明比萨斜塔虽倾斜，但不会倒塌，使工程继续按原设计继续施工，直到竣工。
重心点的垂线位置，落在结构底面的范围内
双脚支撑轻骑车
单脚支撑自行车
履带式小轿车
想一想
分析不同垒法的墙，当施加同样的力时，哪种垒法的墙不容易推倒？稳定性最强，你认为最好的垒法是什么？
2 结构与强度
结构的强度(Strength)是指结构具有抵抗被外力破坏的能力.
海啸
大坝
普洱地震
唐山地震
影响结构强度的主要因素
交绰搭建增加结构强度
1、结构的形状
2、结构使用的材料
3、构件之间的连接方式
4、构件的截面形状等因素有密切的关系。
铝合金A字形梯
结构形状
各种形状的横截面构件，所承受力的程度是不一样的。
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。
结构的 材料
不同材料构成的结构，其强度各不相同。有抗拉力、压力、剪切力和扭曲力性能的，所以在不同结构不同要求中，选择不同特性的材料。
梁的示意图
压力
拉力
跳板材料
结构构件的连接
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。
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
3 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。结构的变化可能导致功能的变化。反过来，为了使结构产生新的功能往往通过改变结构来实现。
设计的一般原则
创新
实用
经济
美观
道德
技术规范
可持续发展
……
结构设计须考虑的主要因素
人们设计结构是为了完成某种任务或满足特定的需要。在进行结构设计时，必须明确设计的目标和要求，必须抓住主要因素而展开工作。
结构设计应以一种或几种功能的实现为基本目标，应满足设计规范，满足使用者的基本需要。
如何赏析结构设计作品？
赏析结构设计作品,可从技术与文化两个角度进行。
（1）技术的角度主要有：结构功能、稳固耐用、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。
（2）文化的角度主要有：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。
世界首座弧形钢塔
斜拉桥南京建成通车
07年5月13日，法国马拉松赛参赛者在世界最高斜拉桥上飞奔。
该桥横跨法国南部城镇密佑附近的塔恩河上的山谷,高343米，甚至高过了埃菲尔铁塔而且仅仅比帝国大厦低38米，堪称世界最壮观的公路桥。密佑高架桥长2460米，整个结构耗费钢材36000吨，占大桥重量的四分之一，其他部分是用混凝土建造的。
杭州湾大桥
杭州钱江大桥结构
经典结构的欣赏
如何赏析结构设计作品？
可从技术 文化两个角度
结构使用功能的实现
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
结构的文化寓意与传达
公众认可的美学原则
时代、民族、习俗方面的特征
结构的个性特征
文化角度
技术角度
案例分析
赵州桥
饕餮,最贪吃,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。 赵州桥栏板上的饕餮(仿隋朝栏板）
1991年9月，赵州桥被美国土木工程师学会选定取为第十二个“国际土木工程里程碑”，并在桥北端东侧建造了“国际土木工程历史古迹”铜牌纪念碑。
案例分析：
飞檐、斗拱
（课本31页）
岳阳楼
斗拱
斗拱是中国木构架建筑特有的结构构件，在结构上挑出承重，并将屋顶的大面积荷载经斗拱传递到柱上。它有一定的装饰作用，又是屋顶和屋身的过渡。此外，它还是封建社会森严的等级制度的象征和重要的建筑尺度衡量标准。斗拱一般使用在高级的官式建筑中，称为大式建筑。因为斗拱的重要性，历代建筑对它十分重视，使它成为判断建筑时代的重要标志之一。
本单元小结：
结构与设计
认识结构
结构的概念
结构的分类
探析结构
承受应力
稳定性、强度、功能
设计结构
确定结构设计方案
绘制结构设计草图
制作模型或原型
欣赏结构
技术角度欣赏
文化角度欣赏
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