第一章 结构与设计

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第一章 结构与设计
教学目标
1. 了解结构的含义，能从力学的角度理解结构的概念和一般分类。
2.能结合1～2种简单的结构案例，能够分析结构是如何承受力的。
3. 通过人字梯、桌子、不倒翁等实践活动，能够分析影响结构稳定性的因素，并写出试验报告。
4. 通过蓝球架测试等实践活动，能够分析影响结构强度的因素，并写出试验报告。
5. 通过对经典结构的欣赏能从技术和文化的角度评价典型结构。
内容
经典结构的欣赏
简单结构的设计
常见结构的认识
稳固结构的探析
第一节 常见结构的认识
第一节 常见结构的认识
教学目标：
一、了解结构的含义。
二、从力学角度了解结构概念和一般分类。
三、能结合几种简单的结构案例，分析机构是如何承受力的。
四、看图或找出日常生活、生产中的几个例子，观察外观，分析用途，从而初步建立起结构功能之间的联系，引发学生探究的兴趣。
一、无处不在的结构
广义地说，结构是指事物的各个组成部分之间的有序搭配和排列。
但这里所谈的结构，是指可以承受一定应力的架构形态，它可以抵抗能引起形状和大小改变的力。
苍耳子与尼龙搭扣
鹰眼与导弹跟踪系统
二、结构与力
结构从力学角度说，是指可承受一定力的架构形态，它可以抵抗能引起形状和大小改变的力。
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。组成结构的部分称为构件。
生活中的物品举例说明（自行车）
一个设计合理的结构应能承受外界的各种作用力，抵抗各种变形。
二、结构与力
主要是指物体的以下基本受力形式：
拉力、弯曲力、压力、扭转力、剪切力
例：梁的受力：
上部受到压力
下部受到拉力
三、常见的结构类型
实体结构
框架结构
壳体结构
举例说明生活中有哪些物品是上述的结构，并分析它们的受力特点
结构类型的实例：
埃菲尔铁塔底座的实体结构
埃菲尔铁塔上部的框架结构
高压储气罐、贝壳的壳体结构
简单结构的设计案例
斜拉桥作为一种拉索体系，比梁式桥的跨越能力更大，是大跨度桥梁的最主要桥型。
斜拉桥由索塔、主梁、斜拉索组成。索塔型式有A型、倒Y型、H型、独柱，材料有钢和混凝土的。斜拉索布置有单索面、平行双索面、斜索面等。
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。
杭州湾大桥的设计方案
杭州钱江大桥结构
桥的受力分析实验
活动案例：不同形状的桥，做桥的受力分析
活动目标：
1、认识结构，了解结构的类型
2、从力学的角度理解什么是结构
3、比较不同形状的桥所能承受压力的大小。（引发学生对结构与力的思考——结构的形状与结构的受力之间的关系）
桥的受力分析实验
搭建图片：
桥的受力分析实验
实验工具：
参考使用乐高零件如下：
1×16梁 4根 1×12梁 四根 1×4梁 四根
2×4白砖 20块 2×4蓝砖 16块 2×2 白砖 18块
2×2蓝砖 4块 2×6板 4块 2×4板 2块
25×25 底板
一块纸板
桥的受力分析实验
活动步骤：
第一步：搭建不同形状的桥，用几条同样材质的纸张当桥面，桥面有平面的和拱形的。
第二步：依次在不同形状的桥面上叠放重物，找到它们各自承受重物的极限，记录下来。
第三步：比较不同形状的桥承受重物的极限。
桥的受力分析实验
实验小结：
拱桥与一字桥相比，可以承受更大的力。
结构的形状不同，其承受压力的大小不同。
通过本次实验，引导学生认识到：结构设计无处不在，每种结构形式都代表特定的力学道理，合理的结构实际上是理论计算和实践经验的统一，我们平时学到的力学原理随时可以在生活中找到用武之地。
桥的受力分析实验拓展
搭建图片：第二种桥
桥的受力分析实验拓展
实验拓展：
在完成以上实验的基础上，若课堂上还有剩余时间或是有的学生提前做完以上的实验，可以让学生搭建手册中的第二种桥梁。
整个搭建过程用时7-10分钟。
可以用拉力称来测验桥的受力情况。看看谁的桥能够承受的力最大。