技术与设计2第一单元、结构与设计、第2节、 稳固结构的探析

(共129张PPT)
第二节、
稳固结构的探析　
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。
汶川大地震中灾难性的画面
为什么北川希望小学在地震中屹立不倒？
日本的五重佛塔
建立于1300年前，它曾经遭遇过很多次地震和强风的袭击 ，但依然保持1300年前的风貌。是世界上最古老的木建筑群 。
当物体受到外力时，原有的平衡状态被打破而出现的不稳定现象
马上行动
1、结构与稳定性
结构的稳定性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。
结构的稳定性：
注：
外力消失后其恢复原有平衡状态的能力。不是倒与不倒的问题。
对于构件来说，在外力的作用下，其平衡形式不能发生突然变化。
如果一个物体的结构不能有效地抵御常见外力的作用，那么该物体是很难承受负载而保持平衡的。
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：
1、重心位置的高低
2、结构与地面接触所形成的支撑面的大小
3、结构的形状等
探究试验一：铁块和泡沫的组合体：
铁块
泡沫
泡沫
铁块
．
．
重心
不倒翁为什么不倒
结论：
影响结构稳定性因素一：
注：重心越低，稳定性越好
重心越高，稳定性越差
重心的高低。
比萨斜塔为什么会斜而不倒？
它从1174年始建1350年竣工，经历了176年。但由于塔身过重，地质松软，因此塔身仍以每年1．25毫米的速度向南倾斜。到1999年1月，塔顶比中轴线偏斜已达4．8米。
用刚才的知识想一下他们为什么倾而不倒
小资料二：中国的斜塔
辽宁瑞州古塔，现存塔身高10米，塔身向东北方向倾斜12度，塔尖水平位移1.7米。该塔建成之后虽几经地震与洪水破坏，却始终斜而不倒，堪称奇迹。
探究性试验二：
活动方形架
对于一个结构而言，如果重心所在点的垂线落在结构底面的范围内，就是稳定的，不会出现倾倒。
重心点的垂线位置，落在结构底面的范围内
仔细观察它们有何特点
卫星电视接收天线
支撑杆有螺丝固定在大框架上
结论二:
底座大小（结构与地面所形成的支撑面）影响结构的稳定性。
支撑面越大，稳定性越好
支撑面越小，稳定性越差
想一想：
为什么大坝的横截面总是建成梯形的？
木雕圆桌、圆凳 受地面积大 摆放稳定
为什么许多课桌椅的支撑脚要做成往外倾斜？
想一想：
结构的支撑面
结构的接触面：
提示：注意接触面与支撑面的区分。
摄影棚的摄象机、射灯均为三角架支撑
五重佛塔的结构简图
探究性试验三：
不同结构形状的框架。
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？
探究
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、稳定程度。
桁架结构
空调安装架
空调
观察学校的篮球架，如果要使篮球架更加稳固，你觉得可采用什么措施？
思考与讨论
结论三:
结构或构件的形状影响结构的稳定性。
三角形结构使支架更容易稳定
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。
影响结构稳定性的因素是相互关联的吗？需不需要综合考虑各种因素来讨论结构的稳定性？
A字形梯为什么载人时能够保持稳定？
如果没有梯子中间的拉杆将会怎么样？
想一想：
想一想：
单脚支撑的自行车放稳的原因分析
自行车的重心落在前轮与支撑架构成的支撑面内，它是稳定的。
观察一下静止状态的单车如何保持平衡
残疾人专用电动车
一种人力驱动的冰上自行车，有车架、踏板曲柄、链轮、前转向轴及后轴。其特点是∶在前转向轴的一端处装有一只前冰刀，在后轴的两端对称地刚性联接两个倾斜的盘状冰刀，从而形成一种三点支撑的可在冰面上前进、倒退、前后滑行及刹车的冰上自行车。
如何进行改进能使这张椅子更加稳定？
鸡蛋的结构稳定吗？有什么方法能使鸡蛋竖起来？
探究性试验四：倒立和正立的两瓶矿泉水
不稳定的结构应用：
１.倒置的啤酒瓶可以预报地震。
２.在打水的桶口边挂一重物，在水面时能自动翻倒打水。
拓展：不稳定的结构应用
自行车骑起来时，只有两个支撑点，为什么不会倒下呢？
为什么会发生这些现象
什么原因建筑结构被破坏？
普洱地震
唐山地震
结构的强度不够而垮了
大雪改变了物体所受的力
2 、结构与强度
（1）结构的强度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
拔河
绳子的强度
应力达到极限，结构遭到破坏！
受力构件的单位横截面上所产生的内力称为应力。用公式表示应力为：
　　　　σ=F/s
其中 ,F 是内力 ,S 是受力面积 ,
σ是应力。
应力可以作为表示结构构件强度的基本指标。
弯曲 当外力使一个物体的一端发生偏转而另外一边仍然保持不变。
在发生弯曲的点，在顶上的分子正在被分开，在底部的分子则正在被压缩。如果这些力超过分子结合一起的力, 横梁就会断裂。
当外力像下面这些图片显示的方式作用在物体上的时候，就会出现应力：
想一想
分析不同垒法的墙，当施加同样的外力时，哪种垒法的墙不容易推倒？稳定性最强，结构的强度最强？
（2）影响结构强度的主要因素
结构的强度与结构的形状、使用的材料、构件之间的连接方式等因素有密切的关系。
交绰搭建增加结构强度
结构的形状、
结构的材料、
结构构件之间的连接方式
（2）影响结构强度的主要因素
结构的形状
相同材料，相同截面积，不同截面形状的构件强度不同。
结构的形状
空调架
金刚石及其结构
结构的形状
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。
问题：
下图是两位同学制作的筷子支架结构。为什么右边这个只能支撑一个5千克的铅球，而左边这个却能支撑两个共8千克的铅球？请分析原因。
分析：因为结构的强度与结构的形状有关。左边的结构内部有三角形支撑结构，所以它的强度更强，能支撑2个铅球。而右边结构的内部没有三角形支撑结构，所以它只能支撑1个铅球。左边的结构更加稳定，因为它的支撑面积比右边的大。
如图所示，某村庄旁边的小河上原有一座限重1.5吨的简易梁式桥。桥下的河水较浅，不能通航。现在由于经济的发展．运输量有了极大的增加．必须使桥梁的承重能力加以提高。但是又不能把桥拆掉后重新再建．因为这是该村唯一的公路桥。那么我们应该如何进行改进，设计出符合要求的桥梁结构呢 请同学们设计出3种以上的改良方案。
你能帮帮我吗？
选择合适的材料制作斜拉索，并在桥两侧安装足够强度的立柱。
由于小河不能通航，所以可以增加一个或几个桥墩来加大承重。
在桥面下增加拱形结构，在不影响桥面通行的情况下，可以增加桥梁的承重。
在桥的两侧增加钢制的三角形桁架结构。
结构的材料
不同材料构成的结构，其强度各不相同。一个坚固的梁必须具有好的抗拉、抗压、抗剪切和抗扭曲的性能，所以梁通常由不止一种材料制成。在不同结构不同要求中，选择不同特性的材料。
压力
梁的示意图
拉力
使用钢筋混凝土结构的好处是什么？
一根混凝土梁含有加固钢筋，混凝土擅长抗压性，而钢筋擅长抗拉力，它们共同形成了非常牢固的结构。
结构的强度与材料有关
VS
纸杯
钢杯
结构的材料
结构构建的连接通常有以下两类：
铰连接 刚连接
结构构件的连接方式
1）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，具体有松螺栓、松铆等。
结构构件的连接方式
铰连接：被连接的构件在连接处不能相对移动，但可以相对转动，具体有松螺栓、松铆等。
2）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、固定铆接等。
结构构件的连接方式
榫接
胶接
焊接
结件连接方式
同一结构有哪几种连接方式？当横梁受到向下的荷载作用时，请分析哪种连接方式的强度更好。
（1）
（2）
（4）
下图结构属哪种连接方式？
3、结构与功能
结构对事物的功能和作用产生着直接影响，结构的改变可能导致功能的改变。
多功能起子
结构的改变导致功能的改变
结构决定着事物的性质，也直接影响事物的功能
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。